FR2827651A1 - Combined seal and bearing for rotating shaft in centrifugal compressor comprises casing in which sleeve is centered by sealing rings and tolerance collar, shaft being centered in this - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention concerne un dispositif pour étancher et supporter un arbre fixe en translation et libre en rotation, traversant une enceinte contenant un gaz sous pression. The present invention relates to a device for sealing and supporting a fixed shaft in translation and free in rotation, passing through an enclosure containing a gas under pressure.
Les enceintes de ce type sont traditionnellement équipées de deux systèmes distincts et séparés pour assurer d'une part : l'étanchéité du gaz à l'intérieur de l'enceinte et d'autre part : le support de l'arbre. Enclosures of this type are traditionally equipped with two distinct and separate systems to ensure on the one hand: the gas tightness inside the enclosure and on the other hand: the support of the shaft.
Le dispositif, selon l'inventeur permet de simplifier et de réunir en un seul ensemble, l'étanchéité et le palier de l'arbre. En outre, on n'utilise pas de graissage ou d'huile pour le palier, ce qui diminue les risques de pollution, et préserve l'environnement. The device, according to the inventor, makes it possible to simplify and bring together in a single assembly, the seal and the bearing of the shaft. In addition, no lubrication or oil is used for the bearing, which reduces the risk of pollution and preserves the environment.
Le dispositif comporte suivant une première caractéristique un boîtier monté et centré sur l'enceinte contenant le gaz sous pression. According to a first characteristic, the device comprises a box mounted and centered on the enclosure containing the gas under pressure.
Une chemise de faible épaisseur est montée à l'intérieur du boîtier et est arrêtée en translation et en rotation. A thin jacket is mounted inside the housing and is stopped in translation and in rotation.
L'arbre est monté glissant dans la chemise. Des rainures de quelques microns de profondeur sont usinées sur la périphérie de l'arbre de façon à entraîner le gaz vers l'extérieur de l'enceinte. The tree is mounted sliding in the shirt. Grooves a few microns deep are machined on the periphery of the shaft so as to entrain the gas towards the outside of the enclosure.
Lorsque l'arbre tourne, le gaz entrainé par les rainures passe entre l'arbre et la chemise et fuit par un évent. L'effet dynamique du passage du gaz crée un auto centrage de l'arbre dans la chemise. When the shaft rotates, the gas entrained by the grooves passes between the shaft and the jacket and leaks through a vent. The dynamic effect of the passage of gas creates self-centering of the shaft in the jacket.
Une partie du diamètre extérieur de la chemise limitée entre 2 joints peut être soumise à une pression. Cette pression permet de comprimer la chemise et par conséquent, de diminuer son diamètre. Le réglage de la pression permet de régler le jeu entre la chemise et l'arbre. A part of the outer diameter of the jacket limited between 2 seals can be subjected to pressure. This pressure makes it possible to compress the jacket and consequently to reduce its diameter. The pressure adjustment allows you to adjust the clearance between the sleeve and the shaft.
Trop de jeu entre la chemise et l'arbre, les pertes de gaz sont importantes. Too much play between the jacket and the shaft, the gas losses are significant.
Trop peu de jeu, l'échauffement est trop important. Too little play, the warm-up is too important.
Le réglage de la pression permet également d'avoir un contact métal/métal de la chemise sur l'arbre et par conséquent une étanchéité absolue, lorsque ce dernier ne tourne pas. The pressure adjustment also makes it possible to have a metal / metal contact of the jacket on the shaft and therefore an absolute seal, when the latter does not rotate.
Par ailleurs, une ouverture dans la partie inférieure de la chemise permet d'envoyer une pression directement sur l'arbre, afin de compenser le poids de ce dernier. In addition, an opening in the lower part of the shirt allows pressure to be applied directly to the shaft, in order to compensate for the weight of the latter.
Ceci est nécessaire pour limiter le frottement de l'arbre sur la chemise, et l'usure au démarrage. Un dégagement dans la partie supérieure de la chemise permet de limiter la partie de la chemise en contact avec l'arbre. Un trou au milieu du dégagement permet This is necessary to limit the friction of the shaft on the jacket, and wear at start-up. A clearance in the upper part of the shirt makes it possible to limit the part of the shirt in contact with the shaft. A hole in the middle of the clearance allows
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d'évacuer la petite partie de gaz entraînée par les rainures de l'arbre. L'étanchéité autour de l'ouverture de la chemise est réalisé par deux joints circulaires et deux joints transversaux dans le boîtier. to evacuate the small part of gas entrained by the grooves of the shaft. The seal around the opening of the jacket is achieved by two circular seals and two transverse seals in the housing.
Selon des mode particuliers de réalisation :
Une ou deux rangées de rainures peuvent être utilisées. Si deux rangées sont utilisées, le système de réglage du jeu entre la chemise et l'arbre est doublé. According to particular embodiments:
One or two rows of grooves can be used. If two rows are used, the system for adjusting the clearance between the sleeve and the shaft is doubled.
Une douille intermédiaire peut être montée et solidaire sur l'arbre. Dans ce cas, les rainures d'entraînement du gaz sont usinées sur cette douille. Cette manière de faire permet d'utiliser des matériaux différents de l'arbre, qui ont de meilleurs coefficients de frottement, et qui résistent mieux à l'usure. An intermediate sleeve can be mounted and secured to the shaft. In this case, the gas drive grooves are machined on this sleeve. This way of making it possible to use materials different from the shaft, which have better coefficients of friction, and which are more resistant to wear.
La chemise et la douille peuvent être montées avec ou sans bague de tolérance. The jacket and sleeve can be mounted with or without a tolerance ring.
Les bagues de tolérances permettent toutefois de centrer, et d'absorber les variations de diamètre, suivant la température, dues au coefficients de dilatation différents en fonction des matières. Tolerance rings do however allow centering and absorbing variations in diameter, depending on the temperature, due to the different expansion coefficients depending on the materials.
Un labyrinthe peut être intercalé pour diminuer l'effet de la pression de l'enceinte sur le dispositif
Un gaz neutre peut être envoyé entre le labyrinthe et le boîtier. Ce gaz neutre injecté entre le boîtier et le labyrinthe avec une pression égale ou supérieure à la pression intérieure de l'enceinte sert de tampon. et permet d'isoler le gaz de l'enceinte, du dispositif. A labyrinth can be inserted to reduce the effect of the pressure of the enclosure on the device
Neutral gas can be sent between the labyrinth and the housing. This neutral gas injected between the housing and the labyrinth with a pressure equal to or greater than the internal pressure of the enclosure serves as a buffer. and isolates the gas from the enclosure, from the device.
Ainsi, un gaz nocif reste contenu dans l'enceinte, la fuite générée par la rotation de l'arbre n'utilisant que ce gaz neutre. Thus, a harmful gas remains contained in the enclosure, the leakage generated by the rotation of the shaft using only this neutral gas.
La forme et la profondeur des rainures peut être variable en fonction des pressions à étancher et de la taille des différents composants, mais se termine toujours avec une ou deux pointes. The shape and depth of the grooves can be variable depending on the pressures to be sealed and the size of the different components, but always ends with one or two points.
Les dessins annexés illustrent l'invention :
La figure let 2 représente en coupe le dispositif de l'invention. The accompanying drawings illustrate the invention:
Figure let 2 shows in section the device of the invention.
La figure 3 et 4 représente en coupe une variante de ce dispositif
Selon la figure 1 : Le dispositif comporte un boîtier (3) monté et centré sur l'enceinte (1) contenant le gaz sous pression, Le boîtier (3) possède des gorges pour les logements de joints (7) et (8) et pour les bagues de tolérance (6). Figure 3 and 4 shows in section a variant of this device
According to FIG. 1: The device comprises a housing (3) mounted and centered on the enclosure (1) containing the gas under pressure, The housing (3) has grooves for the seal housings (7) and (8) and for tolerance rings (6).
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Une chemise de faible épaisseur (4) est centrée intérieurement avec un jeu de quelques centièmes de mm sur l'arbre (2), et un jeu de quelques dixièmes de mm sur le boîtier (3). A thin jacket (4) is internally centered with a play of a few hundredths of a mm on the shaft (2), and a play of a few tenths of mm on the housing (3).
Le centrage du diamètre extérieur de la chemise (4) dans le boîtier (3) est réalisé par les bagues de tolérances (6) et les joints (7). Les parties en contact de la chemise et de l'arbre, doivent avoir une bonne qualité géométrique, et un état de surface proche d'un polimiroir. The outer diameter of the jacket (4) is centered in the housing (3) by the tolerance rings (6) and the seals (7). The parts in contact with the jacket and the shaft must have good geometrical quality and a surface finish close to a mirror finish.
Une ouverture (10) est réalisée dans la partie inférieure de la chemise et un dégagement excentré (11) dans la partie supérieure. Le dégagement excentré est plus large que l'ouverture. An opening (10) is made in the lower part of the jacket and an eccentric clearance (11) in the upper part. The offset clearance is wider than the opening.
Deux gorges circulaires (9) sur le diamètre intérieur de la chemise délimitent la largeur du dégagement excentré Ainsi : dans la partie inférieure ; entre les 2 gorges (9), l'arbre (2) et la chemise (4) ont seulement une zone de contact commune tout autour de l'ouverture. Two circular grooves (9) on the inside diameter of the jacket define the width of the eccentric clearance. Thus: in the lower part; between the 2 grooves (9), the shaft (2) and the jacket (4) have only a common contact area all around the opening.
Dans la partie supérieure, entre les 2 gorges, l'arbre (2) et la chemise (4) n'ont pas de zone en contact. In the upper part, between the 2 grooves, the shaft (2) and the jacket (4) have no area in contact.
La chemise (4) est arrêtée en translation et en rotation par des ergots (5). The jacket (4) is stopped in translation and in rotation by lugs (5).
Un usinage par un procédé électro érosion ou électro chimique de rainures (12) équidistantes est effectué sur l'arbre (2) avec un angle de 450 environ et sur une profondeur de 4 a 6 microns. Machining by an electroerosion or electro chemical process of equidistant grooves (12) is carried out on the shaft (2) with an angle of approximately 450 and to a depth of 4 to 6 microns.
L'extrémité des rainures se termine en pointe et se situe environ entre les 2 joints (7). The end of the grooves ends in a point and is located approximately between the 2 seals (7).
Une entrée PI et P2 permettent d'alimenter en gaz les zones délimitées par les joints (7) Une sortie P4 sert d'évent
Fonctionnement : a-l'arbre ne tourne pas : Une pression supérieure à la pression PO de l'enceinte (1) est envoyée en P2 Cette pression limitée par les joints (7) agit sur le diamètre extérieur de la chemise (4) et déforme élastiquement cette dernière. La chemise (4) vient en appui sur l'arbre (2). Le contact métal/metal de la partie lisse de l'arbre et de la chemise crée un barrage au gaz et donc une étanchéité absolue. b-l'arbre tourne :
Au démarrage, une pression est envoyée en PI. Cette pression est limitée par les joints (7) et (8) et la zone de contact située autour de l'ouverture de la chemise (4) A PI and P2 inlet supply gas to the areas delimited by the seals (7) A P4 outlet serves as a vent
Operation: a-the shaft does not rotate: A pressure greater than the pressure PO of the enclosure (1) is sent at P2 This pressure limited by the seals (7) acts on the outside diameter of the jacket (4) and elastically deforms the latter. The shirt (4) bears on the shaft (2). The metal / metal contact of the smooth part of the shaft and the jacket creates a gas barrier and therefore an absolute seal. b-the shaft turns:
At start-up, pressure is sent in PI. This pressure is limited by the seals (7) and (8) and the contact area located around the opening of the jacket (4)
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La pression PI traverse cette ouverture et produit une force qui pousse l'arbre (2) verticalement de bas en haut. The pressure PI crosses this opening and produces a force which pushes the shaft (2) vertically from bottom to top.
Le produit de la pression PI x par la section d'ouverture de la chemise doit être égal ou légèrement supérieur au poids de l'arbre. The product of the pressure PI x by the opening section of the jacket must be equal to or slightly greater than the weight of the shaft.
Un débit de fuite très faible se crée entre la zone de contact arbre/chemise et s'échappe par l'évent P4. A very low leakage rate is created between the shaft / jacket contact area and escapes through the P4 vent.
Ainsi, l'arbre est supporté par la pression Pl, et non par la chemise (4). Thus, the shaft is supported by the pressure Pl, and not by the jacket (4).
Ceci est nécessaire pour éviter une usure prématurée par frottement, de l'arbre et de la chemise. This is necessary to avoid premature friction wear of the shaft and the jacket.
Quand l'arbre (2) commence à tourner, le gaz sous pression PO de l'enceinte est entraîné par les rainures (12) situées à la périphérie coté gauche sur l'arbre. When the shaft (2) starts to rotate, the pressurized gas PO from the enclosure is entrained by the grooves (12) located on the left-hand periphery on the shaft.
Le gaz à la pression PO, entrainé et poussé par l'effet dynamique des rainures, passe entre la chemise et l'arbre et s'échappe par l'évent P4. The gas at pressure PO, entrained and pushed by the dynamic effect of the grooves, passes between the jacket and the shaft and escapes through the vent P4.
L'arbre se trouve auto-centré dans la chemise. The tree is self-centered in the shirt.
L'étanchéité relative de l'enceinte, lorsque l'arbre tourne, est réglée par l'envoi d'une pression P2 entre les joints (7) sur la chemise (4) qui se trouve comprimée et qui diminue de diamètre. Un jeu de quelques microns est nécessaire entre la chemise et l'arbre. The relative tightness of the enclosure, when the shaft rotates, is adjusted by sending a pressure P2 between the seals (7) on the jacket (4) which is compressed and which decreases in diameter. A clearance of a few microns is necessary between the jacket and the shaft.
L'ajustement de la pression P2, qui permet de régler le jeu entre la chemise et l'arbre autorise le meilleur compromis : - trop de jeu donne une fuite de gaz importante, - trop peu de jeu donne un échauffement inacceptable. The pressure adjustment P2, which makes it possible to adjust the play between the jacket and the shaft, allows the best compromise: - too much play gives a significant gas leak, - too little play gives unacceptable heating.
Selon une variante de la figure 3, une douille intermédiaire (16) peut être montée sur l'arbre (2). Ceci autorise l'emploi de matière dure possédant un coefficient de frottement bas et une bonne résistance à l'usure. Cette douille est rendue solidaire de l'arbre par les ergots 1 ou un usinage non représenté comme un clavetage et un écrou
Un jeu de quelque dixièmes de mm est nécessaire entre l'arbre et la douille, pour compenser les variations de diamètre dues aux coefficients de dilatation différents. Le centrage de la douille intermédiaire sur l'arbre est réalisé par les bagues de tolérance (15) et les joints (14). According to a variant of Figure 3, an intermediate sleeve (16) can be mounted on the shaft (2). This allows the use of hard material with a low coefficient of friction and good wear resistance. This socket is made integral with the shaft by the lugs 1 or a machining not shown as a keying and a nut
A play of some tenths of mm is necessary between the shaft and the bush, to compensate for variations in diameter due to the different expansion coefficients. The centering of the intermediate sleeve on the shaft is achieved by the tolerance rings (15) and the seals (14).
Les rainures d'entraînement du gaz sont réalisées sur le diamètre extérieur de la douille. Une deuxième rangée de rainures peut être réalisée pour augmenter la portance de la douille. The gas drive grooves are made on the outside diameter of the sleeve. A second row of grooves can be made to increase the bearing capacity of the socket.
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Le diamètre extérieur de la douille doit avoir une bonne géométrie et un état de surface proche du poli-miroir car, il est en contact avec la chemise (4) au démarrage. The outside diameter of the socket must have a good geometry and a surface condition close to that of mirror polish because, it is in contact with the jacket (4) at startup.
Un labyrinthe (13) peut être intercalé pour réduire la pression PO sur le dispositif. A labyrinth (13) can be inserted to reduce the pressure PO on the device.
Une injection de gaz neutre avec une pression égale ou supérieure à la pression PO peut aussi être envoyé entre le labyrinthe et le dispositif par la connexion P5. An injection of neutral gas with a pressure equal to or greater than the pressure PO can also be sent between the labyrinth and the device by connection P5.
Cette injection de gaz neutre permet d'isoler un gaz nocif dans l'enceinte, et permet le fonctionnement du dispositif. This injection of neutral gas makes it possible to isolate a harmful gas in the enclosure, and allows the device to operate.
Le dispositif semble particulièrement destiné au compresseurs centrifuges.The device seems particularly intended for centrifugal compressors.
Claims (10)
Priority Applications (1)
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| FR0109832A FR2827651B1 (en) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | GAS BEARING SEAL |
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2001
- 2001-07-23 FR FR0109832A patent/FR2827651B1/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2827651B1 (en) | 2003-10-17 |
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