Installation pour comprimer un gaz. L'invention a pour objet une installation pour comprimer un gaz, qui pourrait être, notamment, de l'oxygène. Cette installation comprend un compresseur à pistons à au moins deux étages du type dans lequel les pistons sont lubrifiés par de l'eau, qui est conduite aux cylindres avec le gaz devant être comprimé.
Dans les installations connues de ce genre, servant par exemple à comprimer l'oxygène, on sépare du gaz, aprè sa com pression, l'eau amenée pour la lubrification des cylindres, et cette séparation s'effectue dans un séparateur construit et disposé de telle manière que l'eau accumulée doit en être enlevée périodiquement et conduite soit dans un réservoir d'eau distinct, soit à la décharge. L'installation selon la, présente in vention ne présente pas cet inconvénient et peut fonctionner automatiquement d'une ma nière continue, sans qu'une évacuation inter mittente d'eau accumulée soit nécessaire.
Dans cette installation, l'eau suit un cir cuit fermé et passe avec le gaz dans les cy lindres du compresseur en une quantité telle, qu'en plus d'une lubrification des cylindres, elle effectue intérieurement un refroidisse ment enlevant la chaleur produite par la compression et le frottement, l'eau après avoir quitté les cylindres avec le gaz com primé passant dans un réfrigérant et ensuite dans un réservoir pour le gaz et l'eau, d'où elle est ramenée, après avoir traversé un dis positif de jaugeage, à l'admission du cy lindre du premier étage du compresseur, dans lequel elle pénètre avec le gaz à comprimer.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation selon l'invention, ainsi qu'une variante de détail.
La fig. 1 est une coupe verticale du coin- presseur à deux étages de cette forme d'exé cution.
La fig. 2 est une coupe semblable, à une échelle un peu agrandie, des cylindres du premier et du second étage de ce compres seur.
La fig. 3 est une coupe du cylindre du premier étage de ce compresseur par 3-3 de la fig. 2, en regardant dans le sens des flèches.
La fig. 4 est une coupe transversale par 4-4 de la fig. 3.
La fig. 5 est une coupe verticale prinoi- palement par 5-5 de la fig. 4, mais aussi en partie, pour ce qui concerne une partie du cylindre du premier étage, par 5a-5a de la fig. 4.
La fig. 6 est une coupe verticale. :du ey- lindre ,du second étage montrant une variante de lai soupape de refoulement.
La fig. 7 est une coupe longitudinale du dispositif d'alimentation :d'eau. La fig. 8 représente schématiquement l'ensemble de cette forme d'exécution de l'ins tallation.
L'installation représentée, servant à com primer de l'oxygène, comprend un compres seur à deux étages, ayant un cylindre A de premier étage ou à basse pression et un cy lindre B de second étage ou à haute pres sion. Dans le cylindre à basse pression A se trouve un piston C, qui est creux, et dans le cylindre à haute pression B est un piston D constitué par une tige pleine. Ces pistons sont reliés respectivement à un vilebrequin E, entraîné par un moteur. Une tige C1 accouple le piston C à l'une des extrémités d'un organe de guidage Cê, dont l'autre extrémité est reliée par une bielle C à une manivelle du vilebrequin E, l'organe de guidage Cê faisant un mouvement de va-et-vient dans un guide C4.
Le piston D est relié directement à l'une des extrémités d'un organe de guidage Dl, dont l'autre extrémité est reliée par une bielle D2 à l'autre manivelle du vilebrequin, l'organe de guidage D1 faisant un mouve ment de va-et-vient dans un guide D'. Le cylindre A comprend un fourreau A1, dans lequel coulisse le piston C et dans la paroi duquel sont ménagées des lumières d'admis sion A2 communiquant avec un espace annu laire A3, où pénètrent le gaz à comprimer et l'eau, depuis une chambre latérale F. La chambre de travail du cylindre A est fermée à son extrémité opposée au piston par un disque G, sur lequel agit un ressort G1 et qui a son siège à l'extrémité du fourreau A1. Ce disque G a un diamètre plus grand que celui de l'alésage du cylindre A et sert de soupape de refoulement.
L'eau et le gaz refoulés à travers la soupape G passent par un passage A4, visible sur la fig. 5, vens le cylindre B à haute pression. Dans certains cas, les lumières d'admission A2 peuvent con duire tangentiellement dans le cylindre A. Le piston C ne porte pas de garniture de joint, confiance étant faite à l'ajustement exact des surfaces métalliques en contact du piston et du cylindre, l'étanchéité étant assu- rée uniquement par l'eau se trouvant dans le cylindre.
Le cylindre B à haute pression comprend un fourreau B1, dans lequel coulisse le pis ton D et dans la paroi duquel sont ménagées des lumières d'admission B2 communiquant avec un espace annulaire d'entrée B3, dans lequel débouche un passage B4 communi quant, comme on le voit à la fig. à, avec le passage de décharge A4 du cylindre A à basse pression. La chambre de travail du cy lindre B est fermée à son extrémité opposée au piston D par un disque H, dont le dia mètre est plus grand que celui de l'alésage du cylindre B, et qui fonctionne comme soupape de refoulement. L'eau et le gaz refoulés par la soupape H passent dans un tuyau B5, qui s'en va latéralement. La soupape H, sur la quelle agit un ressort Hl, a son siège sur un anneau H2 qui, de son côté, repose sur l'ex trémité du fourreau B1.
Cette disposition per met de remplacer l'anneau H2 par un nouvel anneau sans devoir enlever le fourreau B1, quand le siège de la soupape H sur l'anneau Hz est usé. Cela permet aussi que le siège de la soupape H soit en un métal différent de celui qui est utilisé pour le fourreau.
Le disque constituant la soupape H est solidaire de l'extrémité d'un manchon H3, qui est guidé dans un organe cylindrique H4 fixé à l'extrémité du cylindre B, au-delà de l'ex trémité du fourreau B1. Le ressort Hl, qui tend à maintenir le disque de la soupape H sur son siège, sur l'anneau H2, est guidé par une cheville centrale H5, qui agit aussi comme une butée pour limiter le soulèvement ,de .la soupape. L'.extr6inité du ressort H' bute contre un épaulement,de ,cette eheville. Dans une variante, la disposition pourrait être celle représentée par la fig. 6.
Dans eette va riante, le disque H constituant .la soupape n'est pas- guidé, mais flotte librement, sauf que le ressort H' ,appuie sur le dos<B>du</B> disque et par son autre extrémité bute contre un bouchon He, fixé à l'extrémité du cy- lindre B.
Le piston D ne présente pas non plus d'or- ganes d'étanchéité. L'étanchéité -du joint entre les surfaces métalliques en contact du piston et du cylindre est assurée uniquement par l'eau se trouvant dans le cylindre.
La fig. 7 montre de quelle manière est disposé le tronçon de tube capillaire qui cons titue un étranglement intercalé dans le cir cuit fermé de l'eau et qui sert de dispositif de jaugeage pour cette eau. Près de l'une de ses extrémités, ce tronçon J passe au tra vers d'un bouchon J1, dans lequel il est main tenu et qui est fixé à une extrémité J2 d'un tuyau J3, par lequel l'eau coule sous pres sion vers la chambre F, sur un côté de la quelle pénètre l'extrémité du tronçon de tube J. Une partie du tronçon de tube capillaire J se trouve à l'intérieur du tuyau J3, où il est soumis, extérieurement aussi bien qu'inté rieurement, à la haute pression sous laquelle l'eau est amenée.
U n tel tronçon de tube ca pillaire, s'il est par exemple fait en acier inoxydable, résistera d'une manière satisfai sante à l'érosion et à la corrosion, si on l'em ploie pour fournir et dans le but de jauger de l'eau fortement chargée d'oxygène passant avec une grande vitesse dans la tuyauterie.
Dans l'installation décrite, on peut, par exemple, utiliser un tronçon de tube capil laire rectiligne en acier inoxydable ayant environ 508 mm de longueur et environ 0,74 mm de diamètre intérieur. Avec de l'eau ordinaire, un tel tube donnera une courbe de débit ayant les caractéristiques suivantes:
EMI0003.0002
Différence <SEP> de <SEP> pression
<tb> entre <SEP> tes <SEP> extrémités <SEP> du <SEP> tube <SEP> Débit
<tb> kg/cmê <SEP> lit/min.
<tb> 0 <SEP> 0
<tb> 35,2 <SEP> 0,45
<tb> 70,3 <SEP> 0,72
<tb> 105,5 <SEP> 0,87
<tb> 140,6 <SEP> 1,02
<tb> 175,8 <SEP> 1,17
<tb> 210,9 <SEP> 1,33
<tb> 246,1 <SEP> 1,46 Un tronçon de tube de ce genre pourra régler d'une manière satisfaisante le débit de l'eau fortement chargée d'oxygène dans une installation telle que celle décrite.
L'eau est envoyée par le tronçon de tube J dans la chambre F à une vitesse pratiquement cons tante pour une différence de pression cons tante; taudis que le compresseur est actionné à une vitesse fixe. Le tronçon de tube pour rait aussi, par exemple, être enroulé sur un mandrin d'environ 19 mm de diamètre. Dans ce cas, Il suffira de lui donner une longueur égale à la moitié de celle qui serait néces saire, si le tube était employé en ligne droite, pour donner le même débit d'eau avec la même différence de pression, le tube ayant dans chaque cas le même dia mètre intérieur.
De la chambre F, l'eau est aspirée au travers des lumières A2 dans le cylindre A avec le gaz provenant de la source d'alimentation et entrant dans la chambre F par un tuyau L et, comme il a été décrit, le gaz et l'eau passent alors ensem ble au travers des cylindres du comspresseur.
Des presse-étoupe sont disposés pour em pêcher l'huile de graissage de se frayer un chemin au-delà des guides C4 et D3, vers les presse-étoupe des cylindres A et B. Les fourreaux des cylindres sont en bronze et de préférence dans le cas du fourreau à haute pression, en bronze au chrome et les pistons C et D sont en acier inoxydable pla qué de chrome. Comme on l'a mentionné, aucun des pistons n'est pourvu d'une garni ture d'étanchéité, mais on compte sur l'eau et l'ajustement exact des pistons dans, leurs fourreaux pour assurer une étanchéité suffi sante pour deo gaz.
On aidmet un jeu d'envi ron 0,025 mm pour un piston à basse pres sion .d'environ 57 mm ,de diamètre, et,d'envi- ron 0,013 mm pour un piston à haute pres sion d'environ<B>15,9</B> mm de diamètre. A l'ex trémité extérieure du fourreau A' sic trouve un presse-étoupe A' au traivers duquel passe le corps du piston C. Dans le cas du cylindre à haute pression B, il y a un presse-étoupe semblable B'.
Afin (de récupérer l'eau et le gaz qui peuvent suinter au-delà du piston D, un évidement B est ménagé entre l'extré mité extérieure du fourreau B' et le presse,- étoupe BJ, et, (<B>de,</B> la chambre de captage ainsi formée, tout le gaz et toute l'.eau, qui auraient réussi à passer le long du piston D, sont ramenés par un passage B7 à l'espace annu laire A3 entourant le fourreau A1 du cylindre à basse pression et ainsi aux lumières d'ad mission A2.
De cette manière, les presse- étoupe ne sont jamais soumis qu'à la pression d'admission du premier étage.
Puisque dans chaque étage les lumières d'ad mission ménagées dans la paroi du fourreau du cylindre sont séparées de l'extrémité inté rieure ou à haute pression du cylindre, par une distance représentant une partie appré ciable de la course du piston au moment de la pression maximum, un long joint est assuré et tout le gaz et toute l'eau, qui peu vent se frayer un passage le long de la sur face du piston, sont reçus dans les lumières d'admission. Il en résulte que dans le second étage, les parties en contact du piston D et du fourreau B' au-delà des lumières d'admis sion B2 et vers le presse-étoupe B' ne sont jamais soumises qu'à la différence entre la pression intermédiaire et la pression d'ad mission du premier étage.
On peut remarquer qu'en construisant et en disposant les soupapes de refoulement G et H de façon que chacune constitue en fait la totalité de la paroi de fond de la, chambre de travail de son ,cylindre, il devient impos sible à un bouchon d'eau de se former dans les cylindres A et B et l'extrémité de chaque piston peut être amenée contre la soupape à la fin de la course montante. Cette disposi tion, combinée avec l'eau, qui se trouve sur la face du piston, réduit l'espace mort à une quantité négligeable.
Une soupape de sûreté H est disposée sur le passage A4 et B4, entre les cylindres à basse et haute pression. Cela évite tout risque de formation, entre la décharge A4 du cy lindre à basse pression A et l'entrée du cy lindre à haute pression B, d'un bouchon d'eau qui pourrait avoir suinté au-delà du dispositif de jaugeage d'eau, pendant que le compresseur est arrêté, avec le réservoir encore sous pression.
L'installation donnée à titre d'exemple dont on vient de décrire le compresseur et qui est représentée schématiquement<B>à</B> la fig. 8 est particulièrement convenable pour être utilisée pour transférer sous pression de l'oxygène d'un cylindre de stockage par tiellement vide dans un cylindre de stockage vide ou partiellement vide. Dans le tuyau d'amenée de gaz L au compresseur sont insérées une soupape d'arrêt L1 et une sou pape de réduction de pression L2. Le gaz arrive par ce tuyau dans la chambre F du compresseur dans laquelle l'eau arrive par le tronçon de tube capillaire J relié au tuyau d'amenée d'eau J3. Le mélange du gaz et de L'eau s'écoule vers l'espace annulaire A3 du cylindre à basse pression A.
Le gaz et l'eau sont déchargés par la soupape G, pendant la course montante du piston C et passent par les passages A4 et B4 dans l'espace annu laire B3 et dans le cylindre à haute pression B. Comme on l'a mentionné, une soupape de, sûreté M est disposée dans les passages A4 et B4 et il y a à cela une seconde raison, s'ajoutant à la fonction qui lui a été attri buée plus haut.
La quantité d'eau délivrée par le tube capillaire de jaugeage J par unité de temps dépend de 9a pression existant dans le tuyau d'amenée d'eau J3, tandis que la fa culté du compresseur de recevoir de l'eau est déterminée par le déplacement volumétrique du piston plongeur D du second étage par unité de temps.
Par conséquent, si la vitesse de rotation du compresseur tombait sensible ment en dessous de la vitesse admise dans la, détermination des proportions du tube capil laire J pou.- une pression :donnée au réser voir, l'eau serait alors fournie au -compres seur en une quantité plus grande que celle que la @dépla;;cement du second étage peut sup- porter.
Le gaz et l'eau sortant :du eylindre à haute pression <I>B</I> par la soupape<I>11</I> sont con duits par un tuyau B' au travers. -d'un réfri gérant N,, qui peut être un quelconque @dis- positif d'échange de chaleur, ou qui, dans certains cas,
peut être constitué par une che- mise réfrigérante entourant le tuyau B'. De là, le gaz et Peau entrent dansa un réservoir 0, dans lequel iüs se séparent, l'eau se rass:em- blant dans la partie inférieure du réservoir, dont la hauteur est notablement plus brande due le diamètre. Le réservoir est pourvu d'une soupape de sûreté 01.
Du fond du ré servoir, l'eau est ramenée, sous la pression existant dans le réservoir, par un tuyau J4 vers un filtre J5, d'où elle coule une fois de plus par le tuyau J3 et de tronçon de tube ca pillaire de jaugeage J, pour entrer dans le cylindre à basse pression A avec un nouvel apport de gaz.
Pour que le gaz comprimé soit évacué du réservoir O dans un état raisonnablement sec, le gaz quittant le réservoir par un tuyau P est conduit à une chambre de des siccation Q, contenant par exemple un des- siccateur au gel de silice. Dans le tuyau P est disposée une soupape p1 changée par un ressort, de façon que, pendant le fonctionne ment, une pression d'une valeur minimum déterminée d'avance, par exemple pas infé rieure à 14,06 kg/cm2, soit maintenue dans le réservoir pour garantir que la quantité d'eau fournie au compresseur soit suffi sante pour lui conserver, à une vitesse nor male, une température qui ne soit pas dange reuse.
Dans un branchement du tuyau P est disposée une soupape P2 pour permettre de faire tomber la pression du gaz avant l'arrêt du compresseur, de façon que la fourniture d'eau au compresseur puisse cesser quand on arrête le compresseur. Le gaz traverse la chambre de dessiccation et la quitte par un tuyau de décharge R, dans lequel est dis posée une soupape d'arrêt R1. Entre cette soupape et la chambre Q, un tuyau R2 por tant une soupape d'arrêt R3 est branché sur le tuyau R et le relie au tuyau d'amenée de gaz L. Ce tuyau R2 se raccorde sur le tuyau L entre la soupape d'arrêt L1 et la soupape de réduction de pression L2. Une soupape P3 est disposée sur le tuyau P, entre la sou pape P1 chargée par un ressort et le dessic- cateur Q.
Si, avant d'arrêter le compresseur, on ferme les soupapes P3 et R3, le gel de silice se trouvant dans le dessiccateur Q sera enfermé sous la pression maximum existant dans l'installation, avant qu'elle ne soit arrêtée.
L'installation décrite peut être utilisée de diverses manières. Elle peut par exemple être employée comme pompe de transvasage pour prendre les contenus de récipients de stockage partiellement remplis et transférer le gaz de ces derniers à haute pression dans un autre récipient de stockage partiellement rempli, ou bien on peut s'en servir pour recevoir du gaz à une faible pression ou à la pression atmosphérique et le pomper sous une pression élevée dans un récipient de stockage.
Dans ce dernier cas, il convient que la soupape de réduction de pression L2 soit enlevée de la position dans laquelle elle est représentée dans le tuyau L et placée dans le tuyau R2, parce que des soupapes de réduction de prés- Sion appropriées pour recevoir du gaz sous une pression élevée ne fonctionneront pas, si on les alimente avec du gaz à très faible pression ou à la pression atmosphérique. En transportant la soupape de réduction de pres sion vers une position située sur le tuyau R2,
on peut faire passer du gaz à basse pression vers l'entrée du premier étage, tandis que la pression -d'un gaz détourné -par le tuyau RZ sera réduite avant qu'il ne passe à l'entrée du premier étage pour être remis en cir culation.
Quand on :se sert de l'installation pour le transvasiage, on procède comme -suit: avant la mise en marche, on contrôle la, quantité d'eau se trouvant dans le circuit et, s'il, y a.
lieu, on ajoute un supplément -d'eau au réser voir par un bouchon de remplissage- sse. trou vant .au haut -du réservoir. On relie au tuyau R le récipient dans lequel le gaz doit être conservé et on ouvre sa soupape,. On relie au tuyau L un ou plusieurs récipients, par- fiellement vides, dont le gaz doit être trans vasé.
On ferme alors les soupapes P2, R', <I>P"</I> et R3 et on ouvre leo soupapes des récipients partiellement vides. On met aloirs en marche le compresseur, qu'il convient d'actionner à l'aide d'un moteur électrique, et on l'amène rapidement à sa vitesse normale de marche. Tandis qu'il continue à marcher, la pression s'élève dans le réservoir 0 et, quand cette pression atteint une valeur égale ou légère ment supérieure à celle de la pression du récipient raccordé au tuyau de décharge B, on ouvre les, soupapes P3 et R1.
Quand la pression maximum désirée a été atteinte dans le réservoir, dans lequel on transvase le gaz, ou quand dans les récipients, dont on enlève le gaz, la pression est tombée au minimum ad missible, l'installation doit être déchargée, de façon que les récipients auxquels elle est raccordée puissent être enlevés et remplacés par d'autres. Pour décharger l'installation, on ferme en premier lieu la soupape R1, après quoi on ouvre la soupape R3. Cela permet au gaz quittant la chambre Q de s'écouler par le tuyau R2 et de revenir au tuyau d'en trée L.
A cause de la soupape d'arrêt L1, le gaz ne peut revenir en arrière et s'échap per par le tuyau d'alimentation L, et la soupape de réduction de pression L2, qu'elle soit dans le tuyau L ou dans le tuyau de retour R2, garantit que la pression du gaz revenant par le tuyau R2 sera abaissée à une valeur convenable avant que le, gaz ne pé nètre dans l'espace annulaire A3 du cylindre à basse pression, sur lé chemin qu'il suit pour être remis en circulation dans l'instal lation.
Quand d'installation doit être arrêtée, on ferme les soupapes R1, P3 et R3, en inter rompant par ce fait l'écoulement par les tuyaux P, R et R2 et en enfermant ainsi la pression dans la chambre Q, et on ouvre la soupape de décharge de pression P2. Quand la pression du réservoir 0 est tombée à une valeur faible, on peut arrêter le compres seur.
Par le fait du refroidissement intérieur du compresseur, qui est effectué par le pas sage dans les cylindres d'une quantité d'eau suffisante pour accomplir ce refroidisse ment et le refroidissement subséquent de cette eau, avant qu'elle ne repasse dans les cylindres, on obvie à la nécessité d'un re froidissement s'asccomplissant à l'extérieur, par exemple en disposant une chemise d'eau, des ailettes de dispersion ou d'autres moyens analogues sur la face extérieure du bloc des cylindres.