FR3113446A1 - Système comprenant un dispositif de refroidissement pour une machine enfermée dans un carter sous pression - Google Patents

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Abstract

Système comprenant : un carter sous pression (2) délimitant une enceinte pour au moins une machine (3) ; un dispositif de refroidissement (4) incluant : une chemise de refroidissement (5) située à l’intérieur du carter sous pression (2) ; au moins un élément d’étanchéité amovible entre la chemise de refroidissement (5) et l’un parmi un tuyau d’entrée ou de sortie de milieu de refroidissement (10, 11) situé à l’extérieur du carter sous pression (2), dans lequel l’élément d’étanchéité amovible (9a, 9b) comprend des pièces cylindriques intérieure et extérieure (12, 13) s’étendant coaxialement à travers le carter (2) et une bride (18) fixée au carter (2) pour maintenir les pièces cylindriques (12, 13), la pièce cylindrique intérieure (12) permettant la circulation du milieu de refroidissement entre la chemise de refroidissement (5) et l’un parmi le tuyau d’entrée ou de sortie de milieu de refroidissement (10, 11), l’élément d’étanchéité amovible (9a, 9b) comprenant une barrière d’étanchéité au milieu de refroidissement incluant un dispositif d’étanchéité (20) situé entre la pièce cylindrique intérieure (12) et la chemise de refroidissement (5), et une barrière d’étanchéité au gaz incluant un dispositif d’étanchéité (21) situé entre la pièce cylindrique extérieure (13) et la chemise de refroidissement (5). Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Système comprenant un dispositif de refroidissement pour une machine enfermée dans un carter sous pression
DOMAINE DE L’INVENTION
Des modes de réalisation de l’invention concernent de manière générale une machine enfermée dans un carter sous pression.
En particulier, des modes de réalisation de l’invention concernent un dispositif de refroidissement pour une machine enfermée dans un carter sous pression, et plus particulièrement des éléments d’étanchéité amovibles d’un dispositif de refroidissement pour la circulation d’un milieu refroidissant à travers le carter sous pression.
En particulier, des unités moteur-compresseur intégrées dans lesquelles le moteur électrique et le compresseur sont hermétiquement enfermés dans un carter cylindrique sont connues.
L’intégration d’un dispositif de refroidissement dans une telle configuration exige des précautions de sécurité relatives à la pression différentielle entre le milieu de refroidissement, de l’eau par exemple, et le gaz sous pression à l’intérieur du carter. En particulier, le gaz sous pression a tendance à se déplacer vers le milieu de refroidissement à basse pression, le mélange exposant le système de refroidissement à un risque potentiel de surpression.
DESCRIPTION DE L’ART CONNEXE
Une intégration habituelle consiste à souder le dispositif de refroidissement à l’intérieur du carter sous pression.
Néanmoins, la fabrication est compliquée et, compte tenu de l’emplacement des soudures, elle pose des problèmes d’accessibilité. De plus, le soudage est difficile sur le carter en fonte.
Selon une autre solution couramment utilisée, des joints toriques sont positionnés entre une chemise de refroidissement et le carter. Bien qu’elle soit simple, cette approche exige une maintenance fréquente et compliquée pour remplacer les joints impliquant le démontage complet du système. En outre, une détérioration potentielle du joint torique pendant le montage ne peut être identifiée qu’après le montage complet, ce qui nécessite le démontage complet du système.
Il existe un besoin d’éviter au moins certains des inconvénients susmentionnés, particulièrement en empêchant un mélange entre le circuit de milieu refroidissant et le gaz sous pression à l’intérieur du carter.
RESUME
Selon un aspect, un système comprenant un carter sous pression délimitant une enceinte pour au moins une machine et un dispositif de refroidissement est proposé.
Le dispositif de refroidissement inclut :
une chemise de refroidissement située à l’intérieur du carter sous pression ;
au moins un élément d’étanchéité amovible entre la chemise de refroidissement et l’un parmi un tuyau d’entrée ou de sortie de milieu de refroidissement situé à l’extérieur du carter sous pression,
dans lequel l’élément d’étanchéité amovible comprend des pièces cylindriques intérieure et extérieure s’étendant coaxialement à travers le carter et une bride fixée au carter pour maintenir les pièces cylindriques,
la pièce cylindrique intérieure permettant la circulation du milieu de refroidissement entre la chemise de refroidissement et l’un parmi le tuyau d’entrée ou de sortie de milieu de refroidissement,
l’élément d’étanchéité amovible comprenant une barrière d’étanchéité au milieu de refroidissement incluant un dispositif d’étanchéité situé entre la pièce cylindrique intérieure et la chemise de refroidissement, et une barrière d’étanchéité au gaz incluant un dispositif d’étanchéité situé entre la pièce cylindrique extérieure et la chemise de refroidissement.
De préférence, les pièces cylindriques intérieure et extérieure sont maintenues séparées l’une de l’autre de manière à former un espacement relié à un évent conduisant à l’extérieur du carter sous pression.
Avantageusement, l’élément d’étanchéité amovible peut comprendre une pièce d’adaptation, située entre le carter et la bride, et maintenir les pièces cylindriques intérieure et extérieure.
Avantageusement, l’évent peut être situé dans la pièce d’adaptation.
De préférence, la barrière d’étanchéité au gaz inclut en outre un dispositif d’étanchéité situé entre la pièce cylindrique extérieure et le carter.
De préférence, la barrière d’étanchéité au gaz inclut en outre un dispositif d’étanchéité situé entre la pièce cylindrique intérieure et la pièce d’adaptation, ou situé entre la pièce cylindrique intérieure et la bride si l’élément d’étanchéité amovible n’inclut pas une pièce d’adaptation, ou situé entre la pièce cylindrique intérieure et le carter.
Avantageusement, le dispositif de refroidissement comprend :
un premier élément d’étanchéité amovible pour la circulation du milieu de refroidissement entre la chemise de refroidissement et un tuyau d’entrée de milieu de refroidissement situé à l’extérieur du carter sous pression, et
un second élément d’étanchéité amovible pour la circulation du milieu de refroidissement entre la chemise de refroidissement et un tuyau de sortie de milieu de refroidissement situé à l’extérieur du carter sous pression.
Selon un mode de réalisation, la chemise de refroidissement et la pièce cylindrique intérieure sont fixées par filetages de vis complémentaires de manière à former une barrière d’étanchéité au milieu de refroidissement entre la pièce cylindrique intérieure et la chemise de refroidissement.
Avantageusement, la chemise de refroidissement peut comprendre deux parties supérieure et inférieure indépendantes, renfermant un circuit de refroidissement et soudées l’une à l’autre à leurs extrémités.
Selon un mode de réalisation en variante, la chemise de refroidissement peut être réalisée par fabrication additive.
Selon un autre mode de réalisation en variante, la chemise de refroidissement peut être réalisée par processus de moulage.
De plus, le carter sous pression peut renfermer au moins l’une parmi les machines suivantes : une turbine, un générateur électrique, un compresseur et un entraînement électrique.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention vont apparaître à l’examen de la description détaillée de modes de réalisation, en aucun cas restrictive, et des dessins annexés sur lesquels :
représente un mode de réalisation d’un système comprenant un dispositif de refroidissement pour une machine enfermée dans un carter sous pression selon l’invention ;
est une vue détaillée d’un élément d’étanchéité amovible selon un mode de réalisation de l’invention, comprenant une pièce d’adaptation ;
est une vue détaillée d’un élément d’étanchéité amovible selon un autre mode de réalisation de l’invention ;
est une vue détaillée d’un élément d’étanchéité amovible selon un autre mode de réalisation de l’invention, incluant une étanchéité par filetages de vis ; et
représente un autre mode de réalisation d’un système comprenant un dispositif de refroidissement pour une machine enfermée dans un carter sous pression selon l’invention, comprenant un passage pour des câbles d’alimentation électrique.
DESCRIPTION DETAILLEE
Des modes de réalisation dans les présentes concernent des agencements d’un système de refroidissement de compresseur comprenant au moins un élément d’étanchéité amovible pour un milieu de refroidissement circulant dans un dispositif de refroidissement s’étendant entre l’intérieur et l’extérieur d’un carter sous pression.
L’élément d’étanchéité amovible comprend au moins une barrière d’étanchéité au milieu de refroidissement et une barrière d’étanchéité au gaz empêchant tout mélange entre le milieu de refroidissement s’écoulant dans le circuit de refroidissement et le gaz contenu dans le carter sous pression.
Il est fait référence à la figure 1 qui représente un mode de réalisation d’un système 1 comprenant un carter sous pression 2 délimitant une enceinte pour au moins une machine 3 et un dispositif de refroidissement 4.
Dans l’exemple illustré, la machine 3 est une unité moteur-compresseur. Néanmoins, le carter sous pression renferme au moins l’une parmi les machines suivantes : une turbine, un générateur électrique, un compresseur et un entraînement électrique.
Le carter sous pression 2 s’étend autour d’un axe central A qui coïncide avec un axe de rotation de l’unité moteur-compresseur.
Le dispositif de refroidissement 4 inclut une chemise de refroidissement 5 située à l’intérieur du carter sous pression 2, de préférence contre la surface intérieure du carter sous pression 2.
Dans un exemple, la chemise de refroidissement 5 illustrée comprend deux parties supérieure et inférieure indépendantes, respectivement 5a et 5b, renfermant un circuit de refroidissement 6. Les parties supérieure et inférieure 5a et 5b sont soudées l’une à l’autre à leurs extrémités par des soudures 7 et 8.
Selon des modes de réalisation en variante, la chemise de refroidissement 5 peut être réalisée par fabrication additive ou peut être réalisée par processus de moulage.
Le circuit de refroidissement 6 peut s’étendre en tant qu’une bobine à l’intérieur de la chemise de refroidissement 5.
De plus, dans l’exemple illustré, le milieu de refroidissement est de l’eau.
Le dispositif de refroidissement 4 comprend en outre au moins un élément d’étanchéité amovible entre la chemise de refroidissement 5 et l’un parmi un tuyau d’entrée ou de sortie de milieu de refroidissement situé à l’extérieur du carter sous pression 2.
De préférence, le dispositif de refroidissement 4 inclut deux éléments d’étanchéité amovibles, un premier élément d’étanchéité amovible 9a pour la circulation du milieu de refroidissement entre la chemise de refroidissement 5 et un tuyau d’entrée de milieu de refroidissement 10 et un second élément d’étanchéité amovible 9b pour la circulation du milieu de refroidissement entre la chemise de refroidissement 5 et un tuyau de sortie de milieu de refroidissement 11.
Le milieu de refroidissement provenant de l’entrée de milieu de refroidissement 10 peut ainsi pénétrer dans le carter sous pression 2 en passant à travers le premier élément d’étanchéité amovible 9a, il peut circuler à l’intérieur de la chemise de refroidissement 5 puis sortir du carter sous pression 2 en passant à travers le second élément d’étanchéité amovible 9b vers la sortie de milieu de refroidissement 11.
Chaque élément d’étanchéité amovible comprend des pièces cylindriques intérieure et extérieure, respectivement 12 et 13, s’étendant coaxialement à travers le carter sous pression 2, dans une ouverture prévue à cet effet, respectivement 14 et 15 pour les éléments d’étanchéité amovibles 9a et 9b.
Dans un autre mode de réalisation, des pièces cylindriques intérieure et extérieure 12 et 13 peuvent également être fusionnées dans un seul élément. Dans ce cas, un trou d’évent entre les dispositifs d’étanchéité est percé.
La pièce cylindrique intérieure 12 permet la circulation du milieu de refroidissement entre la chemise de refroidissement 5 et l’un parmi le tuyau d’entrée ou de sortie de milieu de refroidissement 10, 11.
Avantageusement, par mesure de sécurité, les pièces cylindriques intérieure et extérieure 12, 13 sont maintenues séparées l’une de l’autre de manière à former un espacement 16 relié à un évent 17, visible sur la figure 2, conduisant à l’extérieur du carter sous pression 2. En cas de fuites à travers cet évent 17, on peut rapidement identifier si un élément fuyant ne fonctionne pas correctement.
Une bride 18 est fixée au carter sous pression 2 pour maintenir les pièces cylindriques 12 et 13. Par exemple, la bride 18 peut être fixée par des vis. Une ouverture est prévue à travers la bride 18 pour la circulation du milieu de refroidissement entre l’élément d’étanchéité amovible 9a, 9b et le tuyau d’entrée ou de sortie de milieu de refroidissement 10, 11.
Le mode de réalisation de l’élément d’étanchéité amovible illustré sur les figures 1 et 2 comprend une pièce d’adaptation 19. La pièce d’adaptation 19 est une pièce intermédiaire située entre le carter sous pression 2 et la bride 18, et maintenant les pièces cylindriques intérieure et extérieure 12, 13 en position à l’intérieur du carter sous pression 2. Dans un exemple, la bride 18 peut être fixée au carter sous pression 2 par des vis passant à travers la pièce d’adaptation 19.
Comme cela est illustré, l’évent 17 peut être situé dans la pièce d’adaptation 19.
Selon un mode de réalisation en variante représenté sur la figure 3, la bride 18 peut être configurée pour remplacer la pièce d’adaptation 19. Dans ce cas, la bride 18 peut comprendre l’évent 17. Comme cela est représenté sur la figure 3, le diamètre de partie supérieure de la pièce cylindrique intérieure 12 peut être avantageusement adapté pour coopérer avec la bride 18.
De plus, chaque élément d’étanchéité amovible 9a, 9b comprend une barrière d’étanchéité au milieu de refroidissement incluant un dispositif d’étanchéité 20 situé entre la pièce cylindrique intérieure 12 et la chemise de refroidissement 5, empêchant toute fuite du milieu de refroidissement depuis le circuit de refroidissement 6 vers l’extérieur de la pièce cylindrique intérieure 12.
Chaque élément d’étanchéité amovible 9a, 9b comprend en outre une barrière d’étanchéité au gaz incluant un dispositif d’étanchéité 21 situé entre la pièce cylindrique extérieure 13 et la chemise de refroidissement 5, empêchant toute fuite de gaz depuis le carter sous pression 2 vers l’intérieur de la pièce cylindrique extérieure 13.
Dans les exemples illustrés sur les figures, les dispositifs d’étanchéité de la barrière d’étanchéité au milieu de refroidissement et la barrière d’étanchéité au gaz incluent un joint, de préférence un joint torique.
Cela forme une double barrière d’étanchéité empêchant tout mélange du milieu de refroidissement et du gaz.
La barrière d’étanchéité au gaz inclut en outre un dispositif d’étanchéité 22, de préférence situé entre la pièce cylindrique extérieure 13 et le carter sous pression 2.
La barrière d’étanchéité au milieu de refroidissement de chaque élément d’étanchéité amovible 9a, 9b du mode de réalisation illustré inclut également un dispositif d’étanchéité 23 situé entre la pièce cylindrique intérieure 12 et la pièce d’adaptation 19 comme cela est illustré sur la figure 2. Le dispositif d’étanchéité 23 peut également être situé entre la pièce cylindrique intérieure 12 et la bride 18 comme cela est illustré sur la figure 3, ou situé entre la pièce cylindrique intérieure 12 et le carter 2 (non illustré ici), si l’élément d’étanchéité amovible 9a, 9b n’inclut pas une pièce d’adaptation 19.
Chacun des dispositifs d’étanchéité 20 et 23 de la barrière d’étanchéité au milieu de refroidissement est situé à une extrémité de la pièce cylindrique intérieure 12, et chacun des dispositifs d’étanchéité 21 et 22 de la barrière d’étanchéité au gaz est situé à une extrémité de la pièce cylindrique extérieure 13.
La pièce cylindrique intérieure 12 peut inclure une jante supérieure 24 coopérant avec la pièce d’adaptation 19 ou la bride 18 si aucune pièce d’adaptation 19 n’est prévue, afin d’être bien positionnée et bien alignée à l’intérieur de l’ouverture 14, 15 du carter 2.
En référence maintenant à la figure 4 qui représente un autre mode de réalisation de la barrière d’étanchéité au milieu de refroidissement, la chemise de refroidissement 5 et la pièce cylindrique intérieure 12 sont fixées par filetages de vis complémentaires de manière à former le dispositif d’étanchéité 20 de la barrière d’étanchéité au milieu de refroidissement entre la pièce cylindrique intérieure 12 et la chemise de refroidissement 5. Le dispositif d’étanchéité peut être par exemple un filetage de gaz ou un filetage NPT (« National Pipe Thread », NPT).
En outre, le carter sous pression 2 du système 1 peut également être pourvu d’une ouverture 25 pour le passage de câbles d’alimentation électrique depuis la machine 3 jusqu’à un bornier 26, visible sur la figure 5.
Dans ce mode de réalisation, la chemise de refroidissement 5 est avantageusement pourvue d’un passage 27.
Pour protéger les câbles d’alimentation électrique contre le gaz, une pièce cylindrique extérieure 13 et, par exemple, une pièce d’adaptation 19, peuvent être insérées à l’intérieur de l’ouverture 25 du carter sous pression 2.
En référence maintenant aux figures 1, 2, 3, 4 et 5, un cycle de fonctionnement du système 1 va être décrit ci-après. En fonctionnement, un milieu de refroidissement provenant du tuyau d’entrée de milieu de refroidissement 10 peut pénétrer à l’intérieur du carter sous pression 2 à travers la pièce cylindrique intérieure 12 du premier élément d’étanchéité amovible 9a et circuler à travers le circuit de refroidissement 6 de la chemise de refroidissement 5 pour refroidir l’unité moteur-compresseur 3.
Le premier élément d’étanchéité amovible comprend une barrière d’étanchéité au milieu de refroidissement incluant un dispositif d’étanchéité 20 situé entre la pièce cylindrique intérieure 12 et la chemise de refroidissement 5. De plus, une barrière d’étanchéité au gaz incluant un dispositif d’étanchéité 21 est située entre la pièce cylindrique extérieure 13, qui s’étend coaxialement depuis la pièce cylindrique intérieure 12, et la chemise de refroidissement 5.
La barrière d’étanchéité au milieu de refroidissement et la barrière d’étanchéité au gaz du système empêchent tout risque de surpression en empêchant tout mélange entre le gaz et le milieu de refroidissement.
De manière similaire, le milieu de refroidissement peut ensuite s’écouler vers l’extérieur du carter sous pression 2, en circulant à travers le second élément d’étanchéité amovible 9b, vers le tuyau de sortie de milieu de refroidissement 11.
La configuration des éléments d’étanchéité amovibles 9a, 9b permet une maintenance facile et rapide.

Claims (12)

  1. Système comprenant :
    un carter sous pression (2) délimitant une enceinte pour au moins une machine (3) ;
    un dispositif de refroidissement (4) incluant :
    une chemise de refroidissement (5) située à l’intérieur du carter sous pression (2) ;
    au moins un élément d’étanchéité amovible (9a, 9b) entre la chemise de refroidissement (5) et l’un parmi un tuyau d’entrée ou de sortie de milieu de refroidissement (10, 11) situé à l’extérieur du carter sous pression (2),
    dans lequel l’élément d’étanchéité amovible (9a, 9b) comprend des pièces cylindriques intérieure et extérieure (12, 13) s’étendant coaxialement à travers le carter (2) et une bride (18) fixée au carter (2) pour maintenir les pièces cylindriques (12, 13),
    la pièce cylindrique intérieure (12) permettant la circulation du milieu de refroidissement entre la chemise de refroidissement (5) et l’un parmi le tuyau d’entrée ou de sortie de milieu de refroidissement,
    l’élément d’étanchéité amovible comprenant une barrière d’étanchéité au milieu de refroidissement incluant un dispositif d’étanchéité (20) situé entre la pièce cylindrique intérieure (12) et la chemise de refroidissement (5), et une barrière d’étanchéité au gaz incluant un dispositif d’étanchéité (21) situé entre la pièce cylindrique extérieure (13) et la chemise de refroidissement (5).
  2. Système selon la revendication 1, dans lequel les pièces cylindriques intérieure et extérieure (12, 13) sont maintenues séparées l’une de l’autre de manière à former un espacement (16) relié à un évent (17) conduisant à l’extérieur du carter sous pression (2).
  3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’élément d’étanchéité amovible (9a, 9b) comprend une pièce d’adaptation (19), située entre le carter (2) et la bride (18), et maintient les pièces cylindriques intérieure et extérieure (12, 13).
  4. Système selon les revendications 2 et 3, dans lequel l’évent (17) est situé dans la pièce d’adaptation (19).
  5. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la barrière d’étanchéité au gaz inclut en outre un dispositif d’étanchéité (22) situé entre la pièce cylindrique extérieure (13) et le carter (2).
  6. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la barrière d’étanchéité au gaz inclut en outre un dispositif d’étanchéité (23) situé entre la pièce cylindrique intérieure (12) et la pièce d’adaptation (19), ou situé entre la pièce cylindrique intérieure (12) et le carter (2), ou situé entre la pièce cylindrique intérieure (12) et la bride (18) si l’élément d’étanchéité amovible (9a, 9b) n’inclut pas une pièce d’adaptation (19).
  7. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de refroidissement comprend :
    un premier élément d’étanchéité amovible (9a) pour la circulation du milieu de refroidissement entre la chemise de refroidissement (5) et un tuyau d’entrée de milieu de refroidissement (10) situé à l’extérieur du carter sous pression (2), et
    un second élément d’étanchéité amovible (9b) pour la circulation du milieu de refroidissement entre la chemise de refroidissement (5) et un tuyau de sortie de milieu de refroidissement (11) situé à l’extérieur du carter sous pression (2).
  8. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la chemise de refroidissement (5) et la pièce cylindrique intérieure (12) sont fixées par filetages de vis complémentaires de manière à former une barrière d’étanchéité au milieu de refroidissement entre la pièce cylindrique intérieure (12) et la chemise de refroidissement (5).
  9. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la chemise de refroidissement (5) comprend deux parties supérieure et inférieure indépendantes (5a, 5b), renfermant un circuit de refroidissement et soudées l’une à l’autre à leurs extrémités.
  10. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la chemise de refroidissement (5) est réalisée par fabrication additive, renfermant un circuit de refroidissement (6).
  11. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la chemise de refroidissement (5) est réalisée par processus de moulage, renfermant un circuit de refroidissement (6).
  12. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le carter sous pression (2) renferme au moins l’une parmi les machines (3) suivantes : une turbine, un générateur électrique, un compresseur et un entraînement électrique.
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