FR2685392A1 - DEVICE FOR SECURING THE LUBRICATION OF GAS TRANSFER MACHINES. - Google Patents
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Abstract
Dans une machine comportant des chambres de compression dites "sèches" (11) reliées par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement (3) avec un carter (1) contenant des organes mécaniques (2) à lubrifier et une charge de lubrifiant liquide, un dispositif (7) est agencé pour recueillir le flux de fuite de lubrifiant dans un volume tampon (8). Un dispositif (12) assure le transfert du lubrifiant depuis le volume tampon vers le carter. L'invention s'applique notamment aux machines de transfert de gaz dites "sèches", dans lesquelles tout contact entre le gaz pompé et l'huile de lubrification doit être empêché.In a machine comprising so-called "dry" compression chambers (11) connected by means of a drive shaft (3) with a casing (1) containing mechanical members (2) to be lubricated and a charge of lubricant liquid, a device (7) is arranged to collect the lubricant leakage flow in a buffer volume (8). A device (12) transfers the lubricant from the buffer volume to the sump. The invention applies in particular to so-called "dry" gas transfer machines, in which any contact between the pumped gas and the lubricating oil must be prevented.
Description
DISPOSITIF POUR ASSURER L'ETANCHEITE AU LUBRIFIANT DE MACHINES DE
TRANSFERT DE GAZ
La présente invention concerne un dispositif pour assurer
l'étanchéité au lubrifiant de machines de transfert de gaz du type comportant au moins une chambre de compression dite "sèche", en liaison mécanique, par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement, avec un carter contenant des organes mécaniques à lubrifier et une charge de lubrifiant liquide.DEVICE FOR SECURING THE LUBRICATION OF LUBRICATING MACHINES
GAS TRANSFER
The present invention relates to a device for ensuring
sealing lubricant of gas transfer machines of the type comprising at least one compression chamber called "dry", in mechanical connection, via a drive shaft, with a casing containing mechanical organs to be lubricated and a charge of liquid lubricant.
Les machines destinées au transfert de gaz, telles que les pompes à vide et les compresseurs, sont généralement équipées d'éléments mécaniques nécessitant une lubrification à l'huile. Dans les machines modernes, dites "sèches", il est impératif que tout contact entre le gaz pompé et l'huile de lubrification soit empêché afin d'éviter le risque de pollution par rétrodiffusion et, en conséquence, une dégradation du procédé. L'huile est toutefois indispensable pour sa fonction d'origine, c.à.d. pour la lubrification des éléments mécaniques hors de la partie de compression de la machine, tels que les roulements, pignons d'engrenage et, éventuellement, les joints d'étanchéité.Gas transfer machines, such as vacuum pumps and compressors, are usually equipped with mechanical components that require oil lubrication. In modern machines, called "dry", it is imperative that any contact between the pumped gas and the lubricating oil is prevented in order to avoid the risk of pollution by backscattering and, consequently, a degradation of the process. The oil is however essential for its original function, i.e. for the lubrication of mechanical elements outside the compression part of the machine, such as bearings, gear pinions and, possibly, seals.
II s'agit par conséquent d'assurer, autour des passages de l'arbre d'entraînement, un barrage efficace à la migration de l'huile, sous forme liquide ou gazeuse, depuis le carter d'huile d'un côté, vers les chambres de compression de l'autre. Un barrage parfait n'étant pas réalisable, quelque soit le principe d'étanchéité retenu, un écoulement minimum d'huile, plus ou moins régulier et plus ou moins important, est inévitable. On a ainsi été amené à équiper la machine d'un dispositif tampon situé entre les parties lubrifiée et sèche, ce dispositif étant appelé piège à huile. II comporte un volume tampon recueillant le flux d'huile de fuite, qui est généralement faible mais relativement imprévisible, sa valeur pouvant parfois varier rapidement de manière importante.De plus, la dispersion entre les niveaux d'écoulement peut être grande entre les éléments d'une même série de machines produites. II faut, par conséquent, prévoir la vidange du volume tampon avant que la quantité d'huile recueillie ne dépasse une valeur limite définie par le niveau maximal acceptable dans le volume tampon, correspondant en général à la hauteur du passage de l'arbre, par la diminution autorisée de la charge d'huile dans le carter, compte tenu des contraintes de lubrification des différents éléments afin d'éviter des risques de grippage mécanique, et, par ailleurs, par les contraintes de production et de maintenance de la machine. It is therefore a question of ensuring, around the passages of the drive shaft, an effective barrier to the migration of oil, in liquid or gaseous form, from the oil sump on one side, towards the compression chambers on the other. Since a perfect barrier is not achievable, whatever the sealing principle adopted, a minimum flow of oil, more or less regular and more or less important, is inevitable. It was thus necessary to equip the machine with a buffer device located between the lubricated and dry parts, this device being called an oil trap. It has a buffer volume which collects the leakage oil flow, which is generally small but relatively unpredictable, its value sometimes varying rapidly rapidly. In addition, the dispersion between the flow levels can be large between the elements '' the same series of machines produced. It is therefore necessary to provide for the emptying of the buffer volume before the quantity of oil collected exceeds a limit value defined by the maximum acceptable level in the buffer volume, generally corresponding to the height of the passage of the shaft, by the authorized reduction of the oil charge in the crankcase, taking into account the lubrication constraints of the various elements in order to avoid risks of mechanical seizure, and, moreover, by the constraints of production and maintenance of the machine.
La présente invention vise à fournir, dans un dispositif du type mentionné au début, une solution au problème de la surveillance du niveau de lubrifiant dans le volume tampon qui assure une autonomie, sans limitation dans le temps de la fonction étanchéité.The present invention aims to provide, in a device of the type mentioned at the beginning, a solution to the problem of monitoring the level of lubricant in the buffer volume which ensures autonomy, without limitation in time of the sealing function.
A cet effet, le dispositif selon l'invention, est caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif agencé pour recueillir le flux de fuite de lubrifiant entre ledit carter et ladite chambre de compression dans un volume tampon, ce volume étant relié audit carter par l'intermédiaire d'un dispositif de transfert de lubrifiant depuis le volume tampon vers ledit carter.To this end, the device according to the invention is characterized in that it comprises a device designed to collect the leakage flow of lubricant between said casing and said compression chamber in a buffer volume, this volume being connected to said casing by via a lubricant transfer device from the buffer volume to said casing.
Le dispositif de transfert de lubrifiant peut être agencé pour être actionné de façon périodique, et il peut par exemple être piloté par un dispositif de temporisation ou par l'action d'un détecteur de niveau de lubrifiant dans le volume tampon.The lubricant transfer device can be arranged to be actuated periodically, and it can for example be controlled by a time delay device or by the action of a lubricant level detector in the buffer volume.
Selon une première forme d'exécution, le dispositif de transfert peut comporter un dispositif de pompage relié, par l'intermédiaire de dispositifs anti-retour, respectivement au volume tampon et audit cartier.According to a first embodiment, the transfer device may comprise a pumping device connected, by means of non-return devices, respectively to the buffer volume and to said housing.
Ce dispositif de pompage est, de préférence, un dispositif à piston plongeant, et les dispositifs anti-retour sont agencés de façon que, lors du mouvement du piston dans un sens, une certaine quantité de lubrifiant provenant du volume tampon est aspirée vers le dispositif de pompage et, lors du mouvement du piston dans le sens opposé, ce lubrifiant est refoulé et injecté dans ledit carter. Le piston plongeant peut être actionné, dans un sens, par un gaz ou un liquide moteur, et, dans le sens opposé, par un ressort de rappel. II peut également, selon une variante d'exécution, être actionné par un dispositif à électro-aimant.This pumping device is preferably a plunger device, and the non-return devices are arranged so that, when the piston moves in one direction, a certain quantity of lubricant from the buffer volume is drawn towards the device. pumping and, when the piston moves in the opposite direction, this lubricant is discharged and injected into said casing. The plunger can be actuated, in one direction, by a gas or a working liquid, and, in the opposite direction, by a return spring. It can also, according to an alternative embodiment, be actuated by an electromagnet device.
Selon une autre forme d'exécution, le dispositif de transfert comporte un dispositif d'injection de gaz comprimé dans une conduite reliant une partie inférieure du volume tampon à une partie supérieure dudit carter, de manière à transporter le lubrifiant de fuite en mélange avec le flux de ce gaz vers une partie du carter située au-dessus du niveau de la charge d'huile qu'il contient. Ce dispositif de transfert comporte, de préférence, un dispositif de filtration disposé à la partie supérieure du carter pour filtrer le gaz ayant servi au transport. II peut comporter une canalisation reliant la sortie du dispositif de filtration, à laquelle apparaît le gaz de transport, à une conduite de refoulement de la machine. Le dispositif de filtration peut être muni d'une soupape de tarage agencée pour s'ouvrir en cas de surpression.According to another embodiment, the transfer device comprises a device for injecting compressed gas into a pipe connecting a lower part of the buffer volume to an upper part of said casing, so as to transport the leakage lubricant in mixture with the flow of this gas to a part of the crankcase located above the level of the oil charge it contains. This transfer device preferably includes a filtration device disposed at the upper part of the casing to filter the gas used for transport. It may include a pipe connecting the outlet of the filtration device, to which the transport gas appears, to a discharge pipe of the machine. The filtration device may be provided with a calibration valve arranged to open in the event of overpressure.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description suivante de deux formes de réalisation du dispositif selon l'invention, exposées à titre d'exemples et illustrées par les dessins annexés, dans lesquels:
La Fig. 1 est une coupe axiale partielle d'une pompe à vide munie d'un dispositif d'étanchéité selon une première forme d'exécution de l'invention;
La Fig. 2 est une vue en coupe similaire à celle de la Fig. 1, illustrant une seconde forme d'exécution du dispositif selon l'invention;
La Fig. 3 montre un détail du dispositif de transfert utilisé dans le cadre de l'exemple de la Fig. 2; et
La Fig. 4 montre un autre détail du dispositif de l'exemple de la Fig.Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly in the light of the following description of two embodiments of the device according to the invention, set out by way of examples and illustrated by the appended drawings, in which:
Fig. 1 is a partial axial section of a vacuum pump provided with a sealing device according to a first embodiment of the invention;
Fig. 2 is a sectional view similar to that of FIG. 1, illustrating a second embodiment of the device according to the invention;
Fig. 3 shows a detail of the transfer device used in the context of the example in FIG. 2; and
Fig. 4 shows another detail of the device of the example of FIG.
2. 2.
Dans la machine représentée à la Fig. 1, on distingue un carter 1 dans lequel un pignon 2 est monté sur un arbre d'entrainement 3. Ce carter contient une charge d'huile, non représentée, dont le niveau atteint la partie inférieure du pignon 2. Un roulement 4, supportant l'arbre 3, communique également avec l'intérieur du carter 1. Le fond du carter comporte une conduite de sortie 5 fermée par un bouchon de vidange 6.In the machine shown in FIG. 1, there is a casing 1 in which a pinion 2 is mounted on a drive shaft 3. This casing contains an oil charge, not shown, the level of which reaches the lower part of the pinion 2. A bearing 4, supporting the shaft 3 also communicates with the inside of the casing 1. The bottom of the casing has an outlet pipe 5 closed by a drain plug 6.
Un dispositif pour recueillir un flux de fuite d'huile, dit "piège à huile", 7 comporte un volume tampon 8, dans lequel s'accumule l'huile de fuite provenant de la partie lubrifiée de la machine. II peut être avantageux de prévoir un refroidissement de ce volume pour obtenir la condensation des vapeurs d'huile et augmenter ainsi l'efficacité du piège. Le volume 8 comporte une conduite de sortie usuelle 9 fermée par un bouchon 10.A device for collecting an oil leakage flow, known as an “oil trap”, 7 comprises a buffer volume 8, in which the leakage oil from the lubricated part of the machine accumulates. It may be advantageous to provide cooling of this volume in order to obtain the condensation of the oil vapors and thus increase the efficiency of the trap. The volume 8 comprises a usual outlet pipe 9 closed by a plug 10.
La Fig. 1 montre, en outre, la partie 1 1 de compression de la machine qui doit être totalement "sèche", c'est-à-dire n'avoir aucun contact avec l'huile de lubrification.Fig. 1 shows, in addition, the compression part 1 1 of the machine which must be completely "dry", that is to say have no contact with the lubricating oil.
Entre le volume tampon 8 et le carter 1 se trouve un dispositif de transfert de lubrifiant de fuite 12 qui comporte un cylindre plongeant 13, soumis à l'action d'un ressort de rappel 14 et déplaçable dans un cylindre 15. Ce cylindre communique par des conduites respectives 16 et 17, et par l'intermédiaire de dispositifs anti-retour correspondants 18 et 19, avec les conduites de sortie 5 et 9 du carter 1 et du volume tampon 8. Le cylindre 15 est relié à son extrémité inférieure, par l'intermédiaire d'une connexion 20, à une source de gaz comprimé tel que, par exemple, de l'air. Le dispositif anti-retour 18, formé par un clapet équipé d'un ressort de tarage, et le dispositif anti-retour 19, comportant une lamelle déformable, sont agencés de façon à ne permettre le passage de l'huile que dans le sens du volume 8 vers le carter 1.Between the buffer volume 8 and the casing 1 is a leakage lubricant transfer device 12 which comprises a plunging cylinder 13, subjected to the action of a return spring 14 and displaceable in a cylinder 15. This cylinder communicates by respective pipes 16 and 17, and by means of corresponding non-return devices 18 and 19, with the outlet pipes 5 and 9 of the casing 1 and of the buffer volume 8. The cylinder 15 is connected at its lower end, by via a connection 20, to a source of compressed gas such as, for example, air. The non-return device 18, formed by a valve fitted with a calibration spring, and the non-return device 19, comprising a deformable strip, are arranged so as to allow the passage of the oil only in the direction of volume 8 to housing 1.
A l'état de repos du dispositif de transfert, le piston plongeant 13 se trouve, sous l'action du ressort 14, dans la position basse représentée à la Fig. 1, la pression du gaz au niveau de la connexion 20 étant faible. Au début de la phase active, le dispositif d'alimentation en gaz comprimé, non représenté, comportant par exemple une électrovanne à trois voies, fournit une pression élevée, de sorte que le piston 13 remonte et refoule l'huile contenue dans le cylindre 15 vers le carter 1, le dispositif anti-retour 18 autorisant le passage du liquide dans ce sens. Puis la pression du gaz est ramenée à son niveau bas de sorte que le piston 13 se déplace vers le bas sous l'action du ressort de rappel 14 et aspire une certaine quantité de l'huile récupérée dans le volume 8.On alimente ensuite le cylindre 15 à nouveau en gaz sous pression pour répéter l'opération de transfert de l'huile depuis le cylindre 15 vers le carter 1.In the idle state of the transfer device, the plunging piston 13 is, under the action of the spring 14, in the low position shown in FIG. 1, the gas pressure at the connection 20 being low. At the start of the active phase, the compressed gas supply device, not shown, comprising for example a three-way solenoid valve, supplies a high pressure, so that the piston 13 rises and discharges the oil contained in the cylinder 15 towards the casing 1, the non-return device 18 authorizing the passage of the liquid in this direction. Then the gas pressure is brought back to its low level so that the piston 13 moves downwards under the action of the return spring 14 and sucks a certain amount of the oil recovered in the volume 8. cylinder 15 again in pressurized gas to repeat the operation of transferring the oil from the cylinder 15 to the casing 1.
La commande du dispositif de transfert 12 s'effectue, de préférence, de manière périodique, la périodicité de cette opération pouvant être pilotée par une temporisation électrique ou pneumatique commandant l'ensemble du cycle de transfert. Le transfert peut également être déclenché par un détecteur, non représenté, surveillant le niveau d'huile dans le piège à huile. La durée de l'opération de transfert est déterminée en fonction de la capacité du piège à huile et du débit du dispositif de transfert. Le piston du dispositif de transfert peut, bien entendu, être actionné, au lieu d'un gaz, par un liquide de travail, ou encore par un dispositif à électroaimant agissant sur le piston.The control of the transfer device 12 is preferably carried out periodically, the periodicity of this operation being able to be controlled by an electric or pneumatic time delay controlling the entire transfer cycle. The transfer can also be triggered by a sensor, not shown, monitoring the oil level in the oil trap. The duration of the transfer operation is determined according to the capacity of the oil trap and the flow rate of the transfer device. The piston of the transfer device can, of course, be actuated, instead of a gas, by a working liquid, or even by an electromagnet device acting on the piston.
Les Figures 2 et 3 montrent une autre forme d'exécution du dispositif de transfert dans une machine de même type que celle de la Fig. 1. Dans cette forme de réalisation, le volume tampon 8 présente une conduite de sortie 21, qui débouche sur un dispositif de transfert d'huile 22 (Fig. 3) dans lequel on réalise un mélange de l'huile récupérée avec un gaz de transport. A cet effet, un gaz comprimé, tel que l'air ou l'azote, est amené par une conduite 23 dans une tuyère d'accélération 24. Autour de l'extrémité de cette tuyère se produit une dépression qui aspire l'huile collectée par gravité à la partie inférieure du piège à huile et amenée par la conduite 21 vers le dispositif de transfert. Celui-ci est relié par une canalisation de sortie 25 à un orifice d'entrée 26 situé dans la partie supérieure du carter 1.Lors d'une opération de transfert, le mélange air/huile mis en vitesse dans la conduite 25, est ainsi amené dans le carter 1, au dessus du niveau de l'huile contenue dans celui-ci, de sorte que des gouttelettes d'huile de fuite se séparent du flux gazeux ayant servi au transport de cette huile. La séparation gaz/huile se fait par détente brutale dans le carter, mais peut aussi être assurée par un dispositif faisant appel à l'inertie, tel qu'un mini-cyclone ou un dispositif à chicanes.Figures 2 and 3 show another embodiment of the transfer device in a machine of the same type as that of FIG. 1. In this embodiment, the buffer volume 8 has an outlet pipe 21, which opens onto an oil transfer device 22 (Fig. 3) in which a mixture of the recovered oil is produced with a transport. For this purpose, a compressed gas, such as air or nitrogen, is brought through a line 23 into an acceleration nozzle 24. Around the end of this nozzle there is a vacuum which sucks the collected oil by gravity to the lower part of the oil trap and brought via line 21 to the transfer device. This is connected by an outlet pipe 25 to an inlet orifice 26 located in the upper part of the casing 1. During a transfer operation, the air / oil mixture speeded up in the pipe 25, is thus brought into the casing 1, above the level of the oil contained therein, so that droplets of leakage oil separate from the gas flow used to transport this oil. The gas / oil separation is done by sudden expansion in the casing, but can also be ensured by a device calling for inertia, such as a mini-cyclone or a baffle device.
La Fig. 4 montre un dispositif de filtration 27 qui est monté sur la partie supérieure du carter 1, au-dessus d'un orifice de sortie 28 de celui-ci. Ce dispositif de filtration comporte un élément filtrant 29, à travers lequel passe le gaz de transport pour être ensuite canalisé, depuis un orifice de sortie 30, vers la conduite de refoulement principale de la machine ou tout autre système de récupération. Si le gaz utilisé est de l'air, il peut aussi être rejeté à l'atmosphère après avoir été filtré par le dispositif 27.Fig. 4 shows a filtration device 27 which is mounted on the upper part of the casing 1, above an outlet orifice 28 thereof. This filtration device comprises a filter element 29, through which the transport gas passes to be then channeled, from an outlet orifice 30, to the main discharge line of the machine or any other recovery system. If the gas used is air, it can also be released to the atmosphere after being filtered by the device 27.
Le dispositif 27 est, de préférence, équipé d'une soupape de tarage 31 appliquée par un ressort montré schématiquement sous la référence 32. Cette soupape est agencée pour s'ouvrir automatiquement en cas de surpression due, par exemple, à un colmatage de l'élément filtrant.The device 27 is preferably equipped with a calibration valve 31 applied by a spring shown diagrammatically under the reference 32. This valve is arranged to open automatically in the event of overpressure due, for example, to clogging of the filter element.
Le chemin du gaz de transport dans la partie de la machine représentée à la Fig. 2 est indiqué schématiquement par une ligne pointillée 33.The path of the transport gas in the part of the machine shown in FIG. 2 is indicated schematically by a dotted line 33.
Le processus de recirculation de l'huile récupérée dans le volume tampon peut être soit continu, soit discontinu. II est à noter que, pratiquement, I'écoulement d'huile de fuite vers ce volume est très faible, soit d'un ordre de grandeur ne dépassant pas quelques dizaines de cm3 par an en fonctionnement continu. The recirculation process of the oil recovered in the buffer volume can be either continuous or discontinuous. It should be noted that, practically, the flow of leakage oil to this volume is very low, ie of an order of magnitude not exceeding a few tens of cm 3 per year in continuous operation.
Dans le cas d'un processus continu, le débit de gaz est donc le plus réduit possible, de même que le diamètre des orifices concernés et de la conduite 25.In the case of a continuous process, the gas flow rate is therefore as small as possible, as is the diameter of the orifices concerned and of the pipe 25.
Dans le cas d'un processus discontinu, qui est préférable en raison de la faible quantité d'huile récupérée dans le piège, la commande peut être effectuée par un dispositif de temporisation ou par un détecteur de niveau d'huile dans le piège 8. La durée de chaque période de réinjection peut être très brève. II est même possible de n'utiliser que des impulsions périodiques, étant entendu qu'il faut éviter une mise en pression du carter d'huile.In the case of a discontinuous process, which is preferable due to the small quantity of oil recovered in the trap, the control can be carried out by a time delay device or by an oil level detector in the trap 8. The duration of each reinjection period can be very short. It is even possible to use only periodic pulses, it being understood that the oil pan must not be pressurized.
Le dispositif de transfert décrit en rapport avec la Fig. 2 peut être aisément intégré dans la machine en prévoyant dans la fonderie notamment la conduite de liaison pour le transfert de l'huile récupérée dans le piège à huile vers la partie supérieure du carter. The transfer device described in connection with FIG. 2 can be easily integrated into the machine by providing in the foundry in particular the connecting pipe for the transfer of the oil recovered in the oil trap to the upper part of the casing.
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FR9115731A FR2685392B1 (en) | 1991-12-18 | 1991-12-18 | DEVICE FOR SECURING THE LUBRICATION OF GAS TRANSFER MACHINES. |
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FR2685392A1 true FR2685392A1 (en) | 1993-06-25 |
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1991
- 1991-12-18 FR FR9115731A patent/FR2685392B1/en not_active Expired - Fee Related
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Date | Code | Title | Description |
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ST | Notification of lapse |