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Système de compression de gaz ou vapeur à haute pression et bourrage pour arbre en rotation.
Dans le domaine des gaz et vapeurs il est connu d'uti- liser des pressions élevées Dans le cas notamment de machines à vapeur il est établi que l'utilisation de pressions élevées, par exemple de l' ordre d'une centaine d'atmosphères , pré sente de multiplesavantages
Il existe notamment un système dans lequel des vapeurs - à haute pression formées dans une chaudière sont envoyées vers un serpentin où elles sont surchauffées ; une partie des vapeurs surchauffées est transmise à une machine à vapeur telle qu'une turbine , l'autre partie , généralement la plus importante 9 retourne dans la chaudière où elle chauffe l'eau à vaporiser .
Les pertes de charge dues au passage des vapeurs à travers le serpentin et de l'eau de la chaudière sont consi- dérables , aussi a-t-il été nécessaire d'utiliser une pompe destinée à compenser ces pertes de charges ; celle-ci aspire les vapeurs à haute pression de la chaudière et les refoule à une pression plus élevée vers le serpentin .
La principale difficulté rencontrée dans ce système réside dans les dispositifs d'étanchéité de la pompe , tels
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que bourrages des tiges et segments des pistons , il existe en effet des fuites de vapeurs très conséquentes dues au fait que ces dispositifs d'étanchéité sont soumis à des différences de pressions extrêmement élevées .
Cesinconvénients sont d'autant plus marqués qu'il s' agit en général d'organes en mouvement alternatif notamment des bourrages des tiges de pistons dans le cas de pistons à double effet .
L' invention se propose de remédiera cet inconvénient en réduisant de façon notable les différences de pressions existant de part et d'autre de ces dispositifs d'étanchéité.
Dans ce but , l'une des faces de ces dispositifs d'étanchéité est disposée dans une enceinte où règne une pression de même ordre de grandeur que celle deshautes pressions mises en oeuvre , l'autre face de ces dispositifs étant soumise à l'action des gaz ou vapeurs créés dans l'installation .
La pression régnant dans l'enceinte susdite peut , suivant l'invention , être égale à la pression des gaz ou vapeurs comprimés ou à comprimer.
La pression dans cette enceinte peut être obtenue au moyen de gaz de nature différente de celle des gaz ou vapeurs mis en oeuvre dans l'installation ; il suffit en général que les organes de la pompe ou analogue destinés à comprimer les gaz ou vapeurs susdits soient disposés dans une chambre où règne une haute pression telle que spécifiée précédemment .
L'un demoyens de réalisation consiste par exemple à disposer la pompe ou analogue ainsi que ses organes dans une chambre en communication avec lesgaz ou vapeurs
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sous pression comprimés ou à comprimer , la commande de la pompe se faisant par un arbre en rotation traversant 'une paroi de la chambre , De cette façon et quel que soit le nombre d'éléments compresseurs (cylindre ou pompe en rotation) il n'existe qu'un seul bourrage soumis à des différences de pressions élevées ;
de plus ce bourrage est traversé par un arbre tournant ce qui en facilite la réalisation , l'entretien et la surveillance , cet arbre en rotation étant par exemple le vilebrequin de la pompe
L'invention se rapporte encore à un mode de réalisation particulièrement avantageux de ce bourrage 0 Il comporte essentiellement un ou plusieurs disques solidaires de l'arbre en rotation contre lesquels prennent appui ,;, par l'intermé- diaire d'éléments élastiques , l'Une ou plusieurs couronnes guidées dans des rainures appropriées de la boite à bourrage.
Afin de réduire complètement les faites dans ce bourrage, la boite à bourrage peut être remplie d'un fluide sous pression, tel que de l'huile . A l'effet de donner à ce fluide une pression élevée , l'invention prévoit que les gaz ou vapeurs comprimés ou à comprimer arrivent par une conduite et pressent contre le fluide par l'intermédiaire d'un piston mobile ou d'une membrane déformable évitant tout mélange du fluide avec les gaz ou.vapeurs susdits
Pour garantir l'étanchéité absolue de tout le système par rapport à l'extérieur , l'invention prévoit que la pompe ou analogue est commandée par un moteur électrique disposé dans une chambre remplie d'un gaz , par exemple de l'air ,
sous une pression de même ordre de grandeur que les hautes pressions mises en oeuvre et que la liaison entre l'enceinte du moteur électrique et celle dans laquelle tourne l'arbre
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de la pompe est effectuée de façon à ce que la liaison susdite soit complètement étanche ,
De plus la réalisation de ce système est facilitée en disposant l'arbre de la pompe et'l'arbre du moteur dans le prolongement l'un de l'autre .
Il,va de soi que l'on peut prévoir demoyens pour maintenir dans la chambre du moteur électrique une tempé- rature appropriée à la marche de celui-ci .
Un autre mode de réalisation contenant les organes de la pompe de l'invention consiste à rendre le carter de la pompe absolument étanche et à mettre l'intérieur' de ce carter en communication avec des gaz ou vapeurs à haute pression .
Cette disposition convient quel que soit le type de pompe envisagé : pompes à pistons ou pompes rotatives .
Il est évident que , comme dans le cas précédent , la pompe peut être commandée par un moteur électrique logé dans une chambre à haute pression réuni au carter par une liaison étanche . Il peut être néanmoins utile de séparer les deux chambres par un bourrage tel que décrit précé- demment .
L'invention ne se limite pas seulement à ces modes de réalisation mais s'applique à tout système dans lequel les organes de la pompe ou analogue sont contenus dans une enceinte renfermant des gaz ou vapeurs à haute pression.
Dans le cas où l'une ou l'autre des chambres à haute pression est remplie d'un gaz autre'que les gaz ou vapeurs à comprimer , l'invention prévoit que ces gaz possèdent , éventuellement , des propriétés physiques spéciales par exemple en tant que lubrification ,
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Les dessins annexés indiquent à titre exemplatif et non limitatif différents modes d'exécution de l'invention.
Celle-ci s'étend aux diverses particularités originales que comportent les dispositions représentées
La fig.l est une vue schématique de l'ensemble du système appliqué à une pompe à simple effet . '
La fig.2 est relative à un autre mode de réalisation appliqué à une pompe à double effet
Les fig.3 et 4 sont relatives à l'emploi d'une pompe rotative et d'un bourrage pour un arbre en rotation ,
La fig.5 est une coupe agrandie de l'un des éléments du bourrage .
Dans le cas de la fig.l la chaudière schématisée par , la chambre 2 est la source de vapeurs à haute pression ces vapeurs sont aspirées à travers le conduit 2a par les pistons 3a et 3b de la pompe et sont ensuite refoulées sous une pression supérieure à travers le conduit 4 dans des récepteurs; appropriés .
Le carter 3c de la dite pompe est entièrement noyé dans une chambre étanche 5 qui peut être mise en commu-- nication par une vanne 6 avec les conduits 2a ou 4 contenant les vapeurs à comprimer ou comprimées , l'intérieur du carter communiquant librement avec la chambre 5
De cette façon les fuites possibles sont en grande partie supprimées du fait que les organes d'étanchéité et ' notamment les segments des pistons sont soumis à des diffé- rences de pressions très réduites et égales au maximum au degré de compression. de la pompe .
De même la vanne 6 peut être disposée dans une chambre étanche 6a; en communication avec les conduits 2a ou 4 ou encore la chambre 5.
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, Le vilebrequin 3f de la pompe se prolonge à travers ' la paroi de la chambre 5 et traverse un bourrage 7 qui sera décrit en détail plus loin.; l'arbre tournant dans ce bourrage est accouplé d'une manière quelconque avec - l'arbre du rotor d'un moteur. électrique 8.
: Dans le but de rendr'e l'installation absolument étanche le dit moteur électrique est disposé dans une autre chambre étanche 9 dans laquelle règne une pression de même ordre de grandeur que les pressions des vapeurs mises en oeuvre .
La boite du bourrage ,7 est établie de façon à relier les chambres 9 et 5 de telle sorte que les enveloppes de ces chambres et la boite à bourrage forment un tout complètement hermétique .
I1 est bien entendu possible de réunir les chambres 9 et 5 par une liaison étanche autre que la boite du bourrage ; ce bourrage peut.cependant être utile afin d'éviter le mélange des gaz ou vapeurs remplissant les dites'chambres ,
La température dans la chambre 9 peut être maintenue par des moyens extérieurs à une valeur appropriée au bon fonctionnement du moteur.
.. Dans le cas ou la chambre 5 est en communication avec une .source de gaz sous pression analogue en tant que .propriétés physiques à celui de la chambre 9 , l'invention prévoit de réunir en une seule les chambres 9 et 5 ce qui permet la suppression du bourrage 7 ainsi que la réunion de la pompe 3 et du moteur 8 sous une forme très compacte.
La ig.2 est une variante dans laquelle le carter 3c de la pompe est rendu étanche mais n'est plus disposé dans
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une enceinte telle que 5.
L'intérieur de ce carter ,est dans le cas de la figure mis en communication avec le conduit 4 contenant les vapeurs comprimées , suivant l'invention , le mot "carter" s'applique aussi bien au carter proprement dit de la pompe qu'à toute l'enve-
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loppe de celle-ci , et s'enteê:t:9..une façon générale à l'en- :':.:'l , -J :-$ veloppe de tous les espaces de la pompe où les vapeurs.. "';. '8r comprimées ou à comprimer ne devraient pas agir et où des: ',-:
fuites pourraient se produire
L'intérieur du carter peut , ainsi que dans le cas de' la fig.l , être mis 9 à volonté ,en communication avec les vapeurs comprimées ou à comprimer
La disposition figurée dans laquelle le carter est' en communication avec des gaz ou vapeurs à haute pression convient.-' quel que soit le type de pompe envisagé et s'applique avan- ' tageusement dans le cas d'une pompe rotative .
Les fig.3 et 4 sont relatives à cette éventualité-,..-',
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!f'""" 'f;.;'- , if-t.
Dans cette réalisationles vapeurs à comprimer arrivent
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.. t ;-< . ',: par le conduit 2a et sont refoulées dans le conduit 4 'la. "; /" '-*'<' :' :t flèche X indiquant le sens de rotation de la pompe . L'arbre
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10 de cette pompe est légèrement inférieur au diamètre itité" -0.-" ßr' " . ;7,' ,'; ,N, rieur de l'enveloppe 10a de façon à ce que desfluides gaz-
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f .<: ;;it.:'; ou liquides) à haute pression introduits par le conduüsl,OlY .;25, puissent pénétrer jusqu'à l'espace 10d du rotor de la pomp ,..'=-'
La fig.4 est également relative à un bourrage pour., arbre tournant convenant particulièrement dans les divers 'cas,
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envisagés par la présente iriventioii - bzz Celui-ci comporte deux disques pleins tels que 11 soli-
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,t::, t'Q daires de l'arbre 10 sur lesquels prennent appui par l' 3:ritèr , ";;
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médiaire d'éléments élastiques, tels que des ressorts lla (fig.5) des couronnes telles que llb ; ces couronnes sont guidées dans des rainures appropriées de la boite du bourrage . Le nombre de couronnes n'est pas limité .
A l'effet d'empêcher'les fuites ,par les joints du bourrage , un fluide à haute pression est introduit par le conduit 12b dans la boite du bourrage ..Ce fluide est avantageusement constitué par de l'huile qui assure en plus une bonne lubrification .
La pression du fluide est obtenue par exemple par les vapeurs comprimées ou à comprimer qui arrivant par l'e con- duit 12a pressent contre un piston mobile 12 où une mem- brane flexible de manière à éviter le mélange du,fluide avec vapeurs ,
Dans les différents cas envisagés précédemment les gaz remplissant les chambres ou le carter peuvent présen- ter des propriétés physiques spéciales par exemple en tant que lubrification , Ils peuvent par exemple comporter une suspension de liquide lubrifiant assurant un graissage meilleur des organes en mouvement relatif .
REVENDI'CATIONS.
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High pressure gas or vapor compression system and packing for rotating shaft.
In the field of gases and vapors, it is known to use high pressures. In the case in particular of steam engines, it has been established that the use of high pressures, for example of the order of a hundred atmospheres , has many advantages
There is in particular a system in which the high pressure vapors formed in a boiler are sent to a coil where they are superheated; part of the superheated vapors is transmitted to a steam engine such as a turbine, the other part, generally the largest, returns to the boiler where it heats the water to be vaporized.
The pressure losses due to the passage of the vapors through the coil and the water from the boiler are considerable, so it was necessary to use a pump intended to compensate for these pressure losses; this sucks the high pressure vapors from the boiler and delivers them at a higher pressure to the coil.
The main difficulty encountered in this system lies in the sealing devices of the pump, such
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that jams of the rods and piston rings, there are indeed very substantial vapor leaks due to the fact that these sealing devices are subjected to extremely high pressure differences.
These drawbacks are all the more marked since it is generally a matter of reciprocating members, in particular jams of the piston rods in the case of double-acting pistons.
The invention proposes to remedy this drawback by significantly reducing the pressure differences existing on either side of these sealing devices.
For this purpose, one of the faces of these sealing devices is arranged in an enclosure where a pressure of the same order of magnitude as that of the high pressures used exists, the other face of these devices being subjected to the action. gases or vapors created in the installation.
The pressure prevailing in the aforesaid enclosure may, according to the invention, be equal to the pressure of the gases or vapors compressed or to be compressed.
The pressure in this chamber can be obtained by means of gases of a different nature from that of the gases or vapors used in the installation; it is generally sufficient that the members of the pump or the like intended to compress the aforementioned gases or vapors are arranged in a chamber where there is a high pressure as specified above.
One of the embodiments consists, for example, of placing the pump or the like as well as its components in a chamber in communication with the gases or vapors.
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under pressure compressed or to be compressed, the pump being controlled by a rotating shaft passing through a wall of the chamber, In this way and whatever the number of compressor elements (cylinder or pump in rotation) it does not there is only one packing subjected to high pressure differences;
moreover this jam is crossed by a rotating shaft which facilitates its production, maintenance and monitoring, this rotating shaft being for example the crankshaft of the pump
The invention also relates to a particularly advantageous embodiment of this packing 0 It essentially comprises one or more discs integral with the rotating shaft against which bear,;, by means of elastic elements, the 'One or more rings guided in suitable grooves of the stuffing box.
In order to completely reduce the made in this jam, the stuffing box can be filled with a pressurized fluid, such as oil. In order to give this fluid a high pressure, the invention provides that the compressed gases or vapors or to be compressed arrive by a pipe and press against the fluid by means of a mobile piston or a deformable membrane. avoiding any mixing of the fluid with the aforementioned gases or vapors
To guarantee the absolute tightness of the whole system with respect to the outside, the invention provides that the pump or the like is controlled by an electric motor arranged in a chamber filled with a gas, for example air,
under a pressure of the same order of magnitude as the high pressures used and that the connection between the enclosure of the electric motor and that in which the shaft turns
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of the pump is carried out so that the aforesaid connection is completely sealed,
In addition, the realization of this system is facilitated by placing the pump shaft and the motor shaft in the extension of one another.
It goes without saying that means can be provided for maintaining in the chamber of the electric motor a temperature suitable for the operation of the latter.
Another embodiment containing the parts of the pump of the invention consists in making the pump casing absolutely sealed and in placing the interior of this casing in communication with high pressure gases or vapors.
This arrangement is suitable whatever the type of pump envisaged: piston pumps or rotary pumps.
It is obvious that, as in the previous case, the pump can be controlled by an electric motor housed in a high pressure chamber joined to the casing by a sealed connection. It may nevertheless be useful to separate the two chambers by a stuffing as described above.
The invention is not limited only to these embodiments but applies to any system in which the pump members or the like are contained in an enclosure containing high pressure gases or vapors.
In the case where one or the other of the high pressure chambers is filled with a gas other than the gases or vapors to be compressed, the invention provides that these gases possibly have special physical properties, for example by as lubrication,
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The appended drawings indicate by way of example and not by way of limitation various embodiments of the invention.
This extends to the various original features contained in the provisions represented
The fig.l is a schematic view of the entire system applied to a single-acting pump. '
Fig. 2 relates to another embodiment applied to a double-acting pump
Figs. 3 and 4 relate to the use of a rotary pump and a packing for a rotating shaft,
Fig. 5 is an enlarged section of one of the elements of the stuffing.
In the case of fig.l the boiler shown diagrammatically by, the chamber 2 is the source of high pressure vapors these vapors are sucked through the duct 2a by the pistons 3a and 3b of the pump and are then delivered under a higher pressure through line 4 into receivers; appropriate.
The casing 3c of said pump is fully embedded in a sealed chamber 5 which can be put into communication by a valve 6 with the conduits 2a or 4 containing the vapors to be compressed or compressed, the interior of the casing communicating freely with bedroom 5
In this way the possible leaks are largely suppressed because the sealing members and in particular the piston rings are subjected to very small pressure differences and maximum equal to the degree of compression. of the pump.
Likewise the valve 6 can be placed in a sealed chamber 6a; in communication with conduits 2a or 4 or else chamber 5.
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The crankshaft 3f of the pump extends through the wall of the chamber 5 and passes through a packing 7 which will be described in detail later. the rotating shaft in this stuffing is coupled in some way with - the rotor shaft of a motor. electric 8.
: In order to make the installation absolutely sealed, said electric motor is placed in another sealed chamber 9 in which there is a pressure of the same order of magnitude as the vapor pressures used.
The stuffing box, 7 is established so as to connect the chambers 9 and 5 so that the envelopes of these chambers and the stuffing box form a completely hermetic whole.
I1 is of course possible to join the chambers 9 and 5 by a sealed connection other than the stuffing box; this stuffing can however be useful in order to avoid the mixture of gases or vapors filling the said chambers,
The temperature in chamber 9 can be maintained by external means at a value appropriate for the correct operation of the engine.
.. In the case where the chamber 5 is in communication with a .source of pressurized gas similar in physical properties to that of the chamber 9, the invention provides for joining the chambers 9 and 5 into a single one, which allows the removal of the jam 7 as well as the reunion of the pump 3 and the motor 8 in a very compact form.
Fig. 2 is a variant in which the pump casing 3c is sealed but is no longer placed in
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an enclosure such as 5.
The interior of this casing, is in the case of the figure placed in communication with the conduit 4 containing the compressed vapors, according to the invention, the word "casing" applies equally to the casing proper of the pump as to to all the envi-
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lope of this one, and is entê: t: 9 .. in a general way to the-: ':.:' l, -J: - $ spreads of all the spaces of the pump where the vapors .. "';.' 8r compressed or to be compressed should not act and where: ', -:
leaks could occur
The interior of the housing can, as in the case of 'fig.l, be placed at will, in communication with the compressed vapors or to be compressed.
The arrangement shown in which the casing is in communication with high pressure gases or vapors is suitable whatever the type of pump envisaged and advantageously applies in the case of a rotary pump.
Figs. 3 and 4 relate to this eventuality -, ..- ',
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! f '"" "' f;.; '-, if-t.
In this embodiment the vapors to be compressed arrive
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.. t; - <. ',: by the duct 2a and are returned into the duct 4' la. "; /" '- *' <':': t arrow X indicating the direction of rotation of the pump. The tree
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10 of this pump is slightly smaller than the diameter itité "-0.-" ßr '".; 7,', ';, N, inside the casing 10a so that gas fluids
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f. <: ;; it .: '; or liquids) at high pressure introduced by the conduüsl, OlY.; 25, can penetrate up to the space 10d of the rotor of the pump, .. '= -'
Fig. 4 also relates to a packing for., Rotating shaft particularly suitable in the various' cases,
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contemplated by the present iriventioii - bzz This has two solid discs such as 11 soli-
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, t ::, t'Q daires of tree 10 supported by 3: ritèr, ";;
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medial of elastic elements, such as springs lla (fig.5) crowns such as llb; these rings are guided in suitable grooves in the packing box. The number of crowns is not limited.
With the effect of preventing leaks, through the seals of the packing, a high pressure fluid is introduced through the conduit 12b into the box of the packing. This fluid is advantageously constituted by oil which also provides a good lubrication.
The pressure of the fluid is obtained for example by the compressed vapors or to be compressed which arriving by the pipe 12a press against a movable piston 12 or a flexible membrane so as to avoid the mixture of the fluid with vapors,
In the various cases envisaged above, the gases filling the chambers or the casing may have special physical properties, for example as lubrication. They may for example include a lubricating liquid suspension ensuring better lubrication of the members in relative movement.
REVENDI'CATIONS.
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