TITRE : Machine tournante, groupe moto-pompe primaire muni de cette machine tournante

L'invention concerne une machine tournante, ainsi qu’un groupe moto-pompe muni de cette machine tournante.

Le domaine de l’invention concerne d’une manière générale les machines tournantes nécessitant d’être lubrifiées par de l’huile. C’est le cas par exemple des moteurs de pompes de circulation d’eau installées dans le circuit primaire d’une centrale nucléaire ; ces pompes de circulation et leur moteur respectif seront nommés dans la suite du texte groupe moto pompe primaire. Les domaines d’applications peuvent être étendus aux turbines, pompes, moteurs, alternateurs, et tout engin ou machine comprenant un arbre tournant.

D’une manière générale, en référence aux figures 1 et 2, une machine tournante 10 connue dans l’état de la technique comporte un carter 32, un arbre rotatif 33 sur des paliers 22, 23, 24 de guidage, le carter 32 contenant un volume 310 d’huile de lubrification pour lubrifier les paliers 22, 23, 24. La machine tournante 10 comporte une partie tournante 360, solidaire en rotation de l’arbre rotatif 33. La machine tournante 10 comporte un dispositif 35 d’étanchéité d’huile, situé entre une partie tournante 360 solidaire de l’arbre 33 et une partie supérieure 320 du carter 32.

Dans le domaine des machines tournantes 10 de groupe moto-pompe primaire formées par un moteur monté dans le circuit primaire d’une centrale nucléaire de production d’électricité, on connaît de tels dispositifs 35 d’étanchéité, formés par un système 35 de chicanes et de labyrinthe, situé entre la partie tournante 360 et la partie supérieure 320 du carter 32, ainsi que représenté aux figures 1 et 2.

Ce dispositif 35 est nommé dans le langage courant « dispositif d’étanchéité » en raison du fait qu’il offre une fonction de limitation de la fuite du lubrifiant, du carter 32 vers l’extérieur de ce dernier.

Cette limitation des fuites ne conduit pas à une étanchéité totale, cependant elle est fonction de plusieurs paramètres dont par exemple, et non limitativement : la longueur des chicanes : plus elles sont longues, et plus la limitation des fuites est améliorée, le nombre de dents disposées entre la chicane et la partie tournante : plus elles sont nombreuses, et plus la limitation des fuites est améliorée, la distance entre la partie tournante 360 et l’extrémité des dents de labyrinthes : plus elle est faible, et plus la limitation des fuites est améliorée, les fluctuations de pression et de vitesse ayant pour origine des organes tournants dont l’arbre tournant 33 lui-même, combiné à la présence d’un volant d’inertie 36 dans le cas d’un groupe moto-pompe primaire: plus elles sont faibles, et plus la limitation des fuites est améliorée.

Ainsi, l’un des problèmes posé par cette machine tournante 10 connue à dispositif 35 d’étanchéité à chicanes et labyrinthes est que la rotation de l’arbre 33 et la présence de l’huile 310 dans le carter engendre des fuites d’huile vers l’extérieur au niveau du dispositif 35 d’étanchéité entre l’arbre 33 et le carter 32. Les variations de pression et turbulences liées au fonctionnement du moteur (rotation de l’arbre 33 notamment) permettent à l’huile de migrer par diffusion et de traverser le dispositif d’étanchéité 35 en place. En effet, la rotation de l’arbre 33 en contact avec l’huile crée des embruns d’huile, qui s’échappent par le dispositif 35 d’étanchéité entre l’arbre 33 et le carter 32, formant un chemin de fuite, ainsi que représenté par la flèche F à la figure 2. L’air chargé d’huile est ainsi libéré dans l’environnement de la machine tournante 10, suivant la flèche M représentée en figure 1 et va générer de la pollution par de l’huile sur différentes surfaces et équipements situés à proximité de la machine tournante 10.

En référence aux figures 1 à 5, dans certaines desdites machines tournantes 10 connues à dispositif 35 d’étanchéité à chicanes et labyrinthes, il est prévu, aux fins de limiter les fuites d’huiles au niveau du dispositif 35, un dispositif 100 de filtration de l’air chargé d’huile couplé à un moto-ventilateur 101. Ledit dispositif de filtration 100 est destiné à assurer la séparation de l’huile contenue dans l’air, cette huile est réinjectée dans le carter 32. Ledit moto-ventilateur 101 assure une mise en dépression du carter 32 par rapport à la pression extérieure de la machine générant un flux d’air en provenance de l’extérieur de la machine et traversant le dispositif d’étanchéité 35 ce qui a pour effet de limiter les remontées de brouillard d’huile 39 en provenance du carter 32 au travers du dispositif d’étanchéité 35.

Cette machine tournante 10 connue a l’inconvénient de nécessiter un moto- ventilateur / extracteur 101 qui doit être alimenté en électricité pour fonctionner (voire d’être entraîné mécaniquement). Ce type de moto-ventilateur / extracteur 101 présente d’une part un coût élevé d’installation, particulièrement en centrale nucléaire et cela en raison de nombreux composants à installer tels que les cellules des départs électriques, les câbles et le contrôle-commande. D’autre part, une telle installation génère des coûts supplémentaires de maintenance dont une maintenance périodique du moto-ventilateur / extracteur 101 (remplacement de roulements, visite mécanique). Et enfin, une telle installation génère des coûts d’exploitation élevés en raison des consommations électriques élevées du moto-ventilateur.

En outre, l’étanchéité dynamique des paliers de moteurs de pompe primaire a fait l’objet de plusieurs modifications (dont la forme du labyrinthe 35, augmentation du nombre de dents, qui le composent, ajout d’ailettes sous le capot 38 du volant 36 d’inertie). Néanmoins ces modifications ne garantissent pas un niveau de fuite d’huile faible.

L’invention vise à obtenir une machine tournante et un groupe moto-pompe primaire muni de cette machine tournante, qui résout le problème mentionné ci-dessus et permet de limiter d’une manière robuste, voire de supprimer les fuites d’huile par le dispositif d’étanchéité entre l’arbre et le carter.

A cet effet, un premier objet de l’invention est une machine tournante, comportant un carter, au moins un arbre rotatif suivant un sens prescrit de rotation, au moins un palier de guidage, qui est monté dans le carter et dans lequel l’arbre rotatif est monté tournant, le carter délimitant un compartiment destiné à contenir un volume d’air et un volume d’huile de lubrification pour lubrifier le palier, la machine tournante comportant une partie tournante, solidaire en rotation de l’arbre rotatif et entourée par une partie supérieure du carter transversalement à l’arbre rotatif et à distance du palier, un dispositif d’étanchéité d’huile, situé entre la partie tournante et la partie supérieure du carter, et un dispositif de filtration d’air du compartiment et de rejet de l’air vers l’extérieur du compartiment, caractérisée en ce que le dispositif d’étanchéité d’huile comporte au moins un rainurage d’aspiration d’air extérieur dans le sens de rotation de l’arbre, le rainurage étant situé dans la partie tournante et/ou dans la partie supérieure du carter, la partie tournante étant sans contact avec la partie supérieure du carter, le rainurage s’étendant d’une extrémité amont d’aspiration d’air, de la partie tournante et/ou de la partie supérieure du carter, à une extrémité aval d’éjection d’air, de la partie tournante et/ou de la partie supérieure du carter, l’extrémité amont d’aspiration d’air étant située du côté d’une ouverture de communication d’air de la machine tournante avec l’extérieur et l’extrémité aval d’éjection d’air étant en communication avec le compartiment, le rainurage d’aspiration d’air extérieur étant configuré pour aspirer de l’air de l’extrémité amont à l’extrémité aval vers le compartiment lorsque l’arbre tourne dans le sens prescrit de rotation.

Grâce à l'invention, la rotation de l’arbre dans le sens prescrit crée dans le rainurage un contre-courant d’air, qui vient de l’extérieur, passe de l’extrémité amont à l’extrémité aval dans le dispositif d’étanchéité entre le carter et la partie tournante vers le compartiment d’huile du carter, et pénètre depuis l’extrémité aval dans le compartiment d’huile du carter à l’encontre du brouillard d’huile, ayant été généré dans le carter par la rotation de l’arbre. Cela fait que le brouillard d’huile généré dans le carter par la rotation de l’arbre est confiné à l’intérieur du compartiment d’huile du carter. Cela permet de faire l’économie, dans certains cas, du moto-ventilateur extracteur d’air. L’invention permet d’incorporer un dispositif autonome apte à mettre en mouvement et détourner les flux d’air de l’extérieur vers l’intérieur au niveau du dispositif d’étanchéité.

On connaît dans l’état de la technique comme dispositif d’étanchéité d’huile un joint d’étanchéité à contact (radial ou axial, par exemple un joint à lèvre) ou une garniture mécanique qui a l’avantage de présenter un faible niveau de taux de fuite. Toutefois ces dispositifs connus présentent des inconvénients suivants, ne les rendant pas capables de résoudre le problème mentionné ci-dessous avec une durée de vie suffisante de ces joints pour une grande vitesse périphérique de l’arbre au niveau de ces joints, particulièrement dans des groupes moto-pompe primaires de centrales nucléaires : la vitesse périphérique (vitesse périphérique = ‘rayon arbre’ x ‘vitesse de rotation’) est trop élevée pour le type d’application sur le moteur de pompe primaire, où cette vitesse est au moins de 35 m/s et en pratique ces joints connus à contact ont une limite autour de 20 m/s (voire jusqu’à 100 m/s pour des applications très spécifiques), la durée de vie de ces joints connus n’est pas suffisante (usure liée au frottement généré par le contact arbre / joint) pour garantir une exploitation de plus de 25 ans sans maintenance : sur la partie en rotation la plus petite diamétralement, le joint connu devrait avoir une tenue sans dégradation de plus de 25 000000 km entre deux maintenances moteur ce qui n’existe pas sur le marché à l’heure actuelle (limité à environ 4000000 km actuellement).

Au contraire, l’invention permet de résoudre le problème mentionné ci-dessous avec une durée de vie suffisante du dispositif d’étanchéité pour une grande vitesse périphérique de l’arbre au niveau de ce dispositif d’étanchéité, particulièrement dans des groupes moto pompe primaires de centrales nucléaires. Suivant un mode de réalisation de l’invention, l’arbre rotatif est vertical, l’extrémité amont d’aspiration d’air est une extrémité supérieure d’aspiration d’air, l’extrémité aval d’éjection d’air est une extrémité inférieure d’éjection d’air.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le rainurage d’aspiration d’air extérieur est incliné d’un angle déterminé non nul d’inclinaison par rapport à un plan transversal à l’arbre et s’étend autour d’une direction d’extension de l’arbre, autour de laquelle l’arbre est apte à tourner dans le sens prescrit de rotation.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, l’angle déterminé non nul d’inclinaison par rapport au plan transversal est supérieur à 0° et inférieur ou égal à 60° .

Suivant un mode de réalisation de l’invention, l’angle déterminé non nul d’inclinaison par rapport au plan transversal est supérieur ou égal à 1 °et inférieur ou égal à 45° .

Suivant un mode de réalisation de l’invention, la profondeur du rainurage dans un plan transversal à l’arbre est supérieure à 0 mm et inférieure ou égale à 30 mm.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, la longueur du rainurage le long d’une direction d’extension de l’arbre, autour de laquelle l’arbre est apte à tourner dans le sens prescrit de rotation, est supérieure à 0 mm et inférieure ou égale à 200 mm.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le rainurage comporte un nombre de rainures supérieur ou égal à 1 et inférieur ou égal à 150 le long d’une direction d’extension de l’arbre, autour de laquelle l’arbre est apte à tourner dans le sens prescrit de rotation.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le jeu radial entre le diamètre extérieur de la partie tournante et le diamètre intérieur de la partie supérieure est supérieur à 0 mm et inférieur ou égal à 6 mm.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le rainurage d’aspiration d’air extérieur est en forme de vissage de l’extrémité amont d’aspiration d’air à l’extrémité aval d’éjection d’air dans le sens prescrit de rotation.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le rainurage d’aspiration d’air extérieur est hélicoïdal.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de filtration d’air du compartiment et de rejet de l’air vers l’extérieur du compartiment comporte une entrée d’air reliée à une sortie d’air du compartiment, une sortie d’huile filtrée, reliée à une entrée d’huile du compartiment, et une sortie d’éjection d’air filtré, mise à l’air libre vers l’extérieur du compartiment. Suivant un autre mode de réalisation de l’invention, le dispositif de filtration d’air du compartiment comporte une entrée d’air reliée à une sortie d’air du compartiment, une sortie d’huile filtrée, reliée à une entrée d’huile du compartiment, et une sortie d’éjection d’air filtré, reliée à une entrée d’aspiration d’air d’un moto-ventilateur d’extraction d’air vers l’extérieur du compartiment.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, la sortie d’huile filtrée est reliée à l’entrée d’huile du compartiment par l’intermédiaire d’au moins une canalisation d’huile comportant au moins un col de cygne orienté vers le bas.

Un deuxième objet de l’invention est un groupe moto-pompe primaire, destiné à être monté dans au moins un circuit primaire à eau sous pression d’une centrale nucléaire de production d’électricité, le groupe moto-pompe primaire comportant une pompe primaire à roue de pompage d’eau et une machine tournante telle que décrite ci-dessus, dont l’arbre rotatif est fixé à la roue de pompage de la pompe primaire pour son entraînement en rotation.

Un troisième objet de l’invention est un groupe moto-pompe primaire tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce que le groupe moto-pompe primaire comporte un volant d’inertie fixé à l’arbre rotatif, la partie tournante est une paroi annulaire solidaire du volant d’inertie et s’étendant autour de l’arbre rotatif.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif en référence aux figures ci-dessous des dessins annexés.

La figure 1 représente une vue schématique en coupe verticale d’une machine tournante connue.

La figure 2 représente une vue schématique agrandie en coupe verticale de la machine tournante connue de la figure 1.

La figure 3 représente une vue schématique en perspective d’un circuit primaire d’une centrale nucléaire de production d’électricité dans lequel est monté la machine tournante suivant un mode de réalisation de l’invention.

La figure 4 représente une vue schématique en perspective ouverte d’un groupe moto-pompe primaire du circuit primaire de la figure 3, comportant la machine tournante suivant un mode de réalisation de l’invention.

La figure 5 représente une vue schématique en coupe verticale d’une partie de la machine tournante de la figure 4 suivant l’état de la technique. La figure 6 représente une vue schématique en coupe verticale d’une partie de la machine tournante suivant un mode de réalisation de l’invention.

La figure 7 représente une vue schématique en coupe verticale d’une partie de la machine tournante suivant un autre mode de réalisation de l’invention.

La figure 8 représente une vue schématique en coupe verticale d’une partie de la machine tournante suivant un autre mode de réalisation de l’invention.

La figure 9 représente une vue schématique en coupe verticale agrandie d’une partie de la machine tournante suivant le mode de réalisation de l’invention de la figure 6.

La figure 10 représente une vue schématique en coupe verticale agrandie d’une partie de la machine tournante suivant le mode de réalisation de l’invention de la figure 6.

La figure 11 représente une vue schématique en coupe verticale d’une partie de la machine tournante suivant un autre mode de réalisation de l’invention.

La figure 12 représente une vue schématique en coupe verticale d’une partie de la machine tournante de la figure 4 suivant un mode de réalisation de l’invention.

La figure 13 représente une vue schématique en coupe verticale d’une partie d’un dispositif de filtration d’air de la machine tournante suivant un mode de réalisation de l’invention.

D’une manière générale, aux figures 1 à 13, la machine tournante 10 suivant l’invention comporte un carter 32, au moins un arbre rotatif 33 suivant un sens S prescrit de rotation, au moins un palier 22, 23, 24 de guidage, qui est monté dans le carter 32 et dans lequel l’arbre rotatif 33 est monté tournant. Dans un mode de réalisation de l’invention, la machine tournante 10 peut fonctionner comme moteur. Dans un autre mode de réalisation de l’invention, la machine tournante 10 peut fonctionner comme génératrice. L’arbre rotatif

33 est apte à tourner autour d’une direction D d’extension de l’arbre 33 dans le sens S prescrit de rotation. Le carter 32 délimite un compartiment 31 destiné à contenir un volume

34 d’air et un volume d’huile 310 liquide de lubrification pour lubrifier le palier 22, 23, 24. La machine tournante 10 comporte une partie tournante 360, solidaire en rotation de l’arbre rotatif 33. La partie tournante 360 entoure l’arbre rotatif 33 et peut être annulaire autour de la direction D d’extension de l’arbre 33 et par exemple cylindrique circulaire autour de cette direction D. La machine tournante 10 comporte une traversée 50 de l’arbre 33 dans le carter 32. Dans cette traversée 50, la partie tournante 360 fait face à et est entourée par une partie supérieure 320 du carter 32 transversalement à l’arbre rotatif 33 et à distance du palier 22, 23, 24. La partie supérieure 320 du carter 32 peut être annulaire autour de la direction D d’extension de l’arbre 33 et peut être cylindrique circulaire autour de cette direction D. La machine tournante 10 comporte un dispositif 35 d’étanchéité d’huile, situé entre la partie tournante 360 et la partie supérieure 320 du carter 32, et un dispositif 100 de filtration d’air du compartiment 31, lequel est destiné à séparer l’air de l’huile. Le dispositif 35 d’étanchéité d’huile est situé à distance du palier 22, 23, 24. L’arbre 33 traverse le carter 32 et le dispositif 35 d’étanchéité d’huile. Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif 100 de filtration d’air est configuré pour réinjecter de l’huile, ayant été piégée dans ce dispositif 100 de filtration, dans le volume 310 d’huile.

Aux figures 3, 4, 5 et 12, un exemple d’utilisation de la machine tournante 10 suivant l’invention est un groupe moto-pompe primaire 2, monté dans le circuit primaire 20 d’une centrale nucléaire de production d’électricité. Le groupe moto-pompe primaire 2 comporte une pompe primaire 28 à roue 280 de pompage d’eau et la machine tournante 10 suivant l’invention, fonctionnant comme moteur. L’arbre 33 rotatif est fixé à la roue 280 de pompage de la pompe primaire 28 pour que la rotation de l’arbre 33 entraîne la rotation de la roue 280 de pompage. Bien entendu, la machine tournante 10 suivant l’invention pourrait être utilisée ailleurs que dans un groupe moto-pompe primaire 2. D’autres exemples d’utilisation sont l’étanchéité de paliers de turbine, d’alternateurs, de pompes, de moteurs.

A la figure 3, le circuit primaire 20 de circulation d’eau de la centrale nucléaire, par exemple à réacteur à eau sous pression, comprend une ou plusieurs boucles primaires 11a, 11b, 11c de circulation d’eau, qui sont reliées à une cuve 1 d’eau. Dans chaque boucle primaire 11a, 11b, 11c de circulation d’eau se trouve un groupe moto-pompe primaire 2, un générateur 3 de vapeur d’eau pour envoyer de l’eau successivement de la cuve 1 au générateur 3 de vapeur (selon le sens S1 de circulation d’eau), puis du générateur 3 de vapeur à une canalisation amont 29 d’entrée d’eau du groupe moto-pompe primaire 2 (selon le sens S2 de circulation d’eau), et enfin d’une canalisation aval 30 de sortie d’eau du groupe moto-pompe primaire 2 (selon le sens S3 de circulation d’eau) à la cuve 1. L’une des boucles primaires 11a, 11b, 11c, par exemple la boucle primaire 11a, comprend un pressuriseur 4 d’eau destiné au contrôle de la pression dans tout le circuit primaire 20.

Un exemple de groupe moto pompe primaire 2 comportant la machine tournante 10 fonctionnant comme moteur est représenté plus en détail à la figure 4 et comporte, de haut en bas :

- un volant d’inertie 36, fixé à une partie supérieure de l’arbre rotatif 33,

- le palier supérieur 22, 23, 24 de guidage, constitué par le palier supérieur 22 de guidage radial et par une butée double, à savoir le palier inférieur 24 de butée axiale et le palier supérieur 23 de butée axiale, - un ensemble rotor-stator 25, dont le rotor est fixé à une partie médiane de l’arbre 33 rotatif et dont le stator est fixé au carter 32, le stator étant apte à entraîner en rotation le rotor et l’arbre 33 rotatif,

- le palier inférieur 26 de guidage radial,

- un support moteur 27, fixé à la partie inférieure du châssis 32 du moteur,

- une pompe primaire 28 constituée de sa volute, sa roue de pompage 280, son diffuseur, et de son dispositif d’étanchéité et de ses organes de pivotement.

Le palier inférieur 26 a son propre carter d’huile (différent du palier supérieur 22,23,24) et sa propre huile et n’est donc pas concerné par les problèmes de fuite selon l’invention (distincte de celle du palier supérieur).

Suivant les figures 1 à 13, pour assurer le fonctionnement de la machine tournante 10 (et du groupe moto-pompe primaire 2 dans le cas où la machine tournante 10 est utilisée dans celui-ci) et limiter les frottements, les organes de pivotement 22, 23, 24 de la machine tournante 10 tels que les paliers de guidage radiaux 22 et les paliers de butées axiales 23, 24 sont lubrifiés par l’huile 310 située dans le compartiment 31 du carter 32.

En fonctionnement, en référence aux figures 1 à 13, un brouillard 39 d’huile est généré en raison de la rotation de l’arbre 33 et du fonctionnement des paliers 22, 23, 24, notamment le palier guide supérieur 22, tant et si bien que l’air 34 situé au-dessus du niveau 313 d’huile 310 dans le compartiment 31 est chargé d’un fin brouillard 39 d’huile et de vapeur d’huile. Plus de 95% des gouttelettes d’huile de ce brouillard 39 ont une taille comprise entre 0,15 et 1,0 pm.

Ce brouillard 39 circule selon le chemin B tel que représenté en figure 5, ledit brouillard 39 se diffusant en deux chemins qui se séparent, le premier selon un chemin de fuite interne Fl, le second selon un chemin de fuite F externe traversant l’étanchéité 35 et générant une fuite globale externe M chargée d’huile que la présente invention se propose de limiter ou de supprimer grâce au contrôle dynamique de la fuite F.

Dans l’état de la technique des figures 1 et 2, l’étanchéité dynamique entre le carter d’huile 32 et la partie tournante 360 de la machine tournante 10 est assurée par un système de chicanages / labyrinthes 35. Ce dispositif d’étanchéité dynamique 35 a pour objectif d’éviter les transferts du brouillard/vapeur d’huile 39 de l’intérieur du carter 32 vers l’extérieur 60 du carter 32.

Néanmoins, dans l’état de la technique des figures 1 et 2, les fluctuations de pression et circulations d’air liées au fonctionnement de la machine tournante 10, notamment la rotation de l’arbre 33, permettent à l’air 34 chargé d’huile 39 de migrer par diffusion et de traverser l’étanchéité dynamique 35 en place, ainsi qu’illustré par les flèches M montrées à la figure 1. L’air 34 chargé d’huile 39 est libéré suivant les flèches M dans l’environnement 60 de la machine tournante 10 et va générer d’une manière indésirable de la pollution par de l’huile sur différentes surfaces et équipements à proximité de la machine tournante 10 en dehors du compartiment 31 du carter 32. Dans le cas du groupe moto-pompe primaire 2 des figures 3 à 5, ce phénomène est accentué par la présence du volant d’inertie 36, et cet air 34 chargé d’huile 39 est ensuite éjecté vers l’extérieur 60 de la machine tournante 10 via les ouïes 37 de ventilation du carter 38 de protection du volant d’inertie 36 de la machine tournante 10.

La présente invention vise à limiter voire supprimer l’ensemble de ces inconvénients en proposant une installation assurant une étanchéité dynamique sur des machines tournantes 10 en fonctionnement, par une installation incorporée dès la fabrication et mise en œuvre de ces machines tournantes 10. L’invention vise à réduire de manière importante les fuites M d’huile par embruns / brouillard d’huile émis dans l’atmosphère par les machines tournantes 10 nécessitant une lubrification des figures 6 à 12, comme par exemple les moteurs de pompes de circulation d’eau exploités dans des centrales nucléaire suivant les figures 3 à 5.

Suivant l’invention, ainsi qu’illustré aux figures 6 à 12, le dispositif 35 d’étanchéité d’huile comporte au moins un rainurage 52 d’aspiration d’air extérieur dans le sens S de rotation de l’arbre 33. Suivant un mode de réalisation de l’invention, illustré aux figures 7 et 8, le rainurage 52 est situé dans la partie tournante 360 solidaire de l’arbre 33.

Suivant un autre mode de réalisation de l’invention, illustré aux figures 6 et 8 à 12, le rainurage 52 est situé dans la partie supérieure 320 du carter 32, entourant la partie tournante 360 solidaire de l’arbre 33. Ce rainurage 52 dans la partie statique 320 est typiquement bien adapté pour des mises à niveau de machines existantes, par exemple les moteurs de pompe primaire, en raison de la diminution des modifications à apporter sur la machine et à la non création de balourd mécanique.

Suivant un autre mode de réalisation de l’invention, illustré à la figure 8, le rainurage 52 est situé à la fois dans la partie tournante 360 solidaire de l’arbre 33 et dans la partie supérieure 320 du carter 32, entourant la partie tournante 360 solidaire de l’arbre 33.

Une ou plusieurs rainures peuvent être prévues dans le rainurage 52.

Suivant l’invention, ainsi qu’illustré aux figures 6 à 12, la partie tournante 360 (ou rotorique) solidaire de l’arbre 33 ne touche pas la partie supérieure 320 (ou statorique) du carter 32, le rainurage 52 étant situé entre la partie tournante 360 solidaire de l’arbre 33 et la partie supérieure 320 du carter 32. Ainsi, le dispositif 35 d’étanchéité d’huile est sans contact dans la traversée 50 de l’arbre 33 dans le carter 32.

Suivant l’invention, ainsi qu’illustré aux figures 6 à 12, le rainurage 52 s’étend d’une extrémité amont 521 d’aspiration d’air de la partie tournante 360 et/ou de la partie supérieure 320 du carter 32 à une extrémité aval 522 d’éjection d’air de la partie tournante 360 et/ou de la partie supérieure 320 du carter 32. L’extrémité amont 521 d’aspiration d’air est située du côté d’une ouverture 37, 370 de communication d’air de la machine tournante 10 avec l’extérieur 60. L’extrémité aval 522 d’éjection d’air est en communication avec le compartiment 31 du carter 32. L’ouverture 370 de communication d’air avec l’extérieur 60 est située entre la partie tournante 360 solidaire de l’arbre 33 et la partie supérieure 320 du carter 32.

Suivant l’invention, le rainurage 52 d’aspiration d’air extérieur est configuré (orienté) pour aspirer de l’air (flèches AA aux figures 6, 7, 8, 9 et 11) de l’extrémité amont 521 à l’extrémité aval 522, c’est-à-dire de l’ouverture 37, 370 de communication d’air vers le compartiment 31, lorsque l’arbre 33 tourne dans le sens S prescrit de rotation.

Ainsi, la présente invention vient améliorer l’état de la technique actuel représenté par les figures 1 et 2, en ce que l’installation selon l’invention, ainsi qu’illustré aux figures 6 à 12, permet de refouler par l’air aspiré AA le brouillard 39 d’huile dans le compartiment 31, d’éloigner ce brouillard 39 d’huile par rapport à l’interstice situé entre la partie tournante 360 et la partie supérieure 320 du carter 32 et de le pousser vers le dispositif 100 de filtration d’air, et est combinée à l’incorporation d’un dispositif 35 autonome lors de la rotation de l’arbre 33 dans le sens S prescrit pour mettre en mouvement et pousser les flux 34 d’air chargés d’huile 39 vers le dispositif 100 de filtration d’air, grâce à une (ou des) pièce 360 et/ou 320 ayant une (ou des) rainure 52 à la place du labyrinthe de l’état de la technique des figures 1 et 2. Cela permet ainsi un piégeage du brouillard 39 d’huile vers le dispositif 100 de filtration d’air. Cela peut se faire en faisant l’économie d’un ventilateur extracteur 101 aux figures 6 à 10 et 12. Le rainurage 52 d’aspiration d’air extérieur permet d’aspirer et de mettre en vitesse l’air propre situé à l’extérieur 60 de la zone à étancher (ici le palier) pour l’injecter dans le compartiment 31 d’huile et de faire barrage aux remontées de brouillard 39 d’huile présent dans le compartiment 31 d’huile. Ainsi, l’invention permet de récupérer une plus grande quantité de gouttelettes / vapeurs d’huile 39 et de renvoyer des condensats de cette huile récupérée 39 dans la zone à étancher (palier) ou dans le compartiment 31 d’huile pour la réutiliser. Le dispositif 100 permet de retraiter une plus grande quantité d’air entrant pour le débarrasser de son huile 39 et d’évacuer l’air propre hors de la machine tournante 10. L’invention utilise la rotation de l’arbre 33 dans le sens S prescrit pour créer le flux d’air aspiré AA de barrage. On réalise l’étanchéité du dispositif 35 et la mise en vitesse de l’air aspiré AA par une seule pièce 52 qui vient en lieu et place des labyrinthes classiquement utilisés sur les machines tournantes 10. Ainsi, le dispositif 35 d’étanchéité est autonome : il n’est pas nécessaire d’alimenter électriquement ou mécaniquement le système (intéressant pour les machines isolées, réduction importante des coûts d’installation et de maintenance, pas de tuyauterie, pas de départ électrique). Le fait que le dispositif 35 d’étanchéité soit sans contact entre la partie statorique 320 et la partie rotorique 360 est avantageuse, du fait qu’il n’y a donc pas d’usure mécanique, ni influence sur le comportement dynamique de la ligne d’arbre (vibration,...) et qu’il n’y a pas de maintenance à réaliser sur le dispositif 35 d’étanchéité dynamique (hormis le suivi de l’encrassement des filtres et le remplacement des filtres qui sont des consommables classiques). L’ajout du système 100 de mise à l’air libre permet de garantir une étanchéité totale de la traversée 50 d’arbre en assurant un débit minium de fluide entrant AA. Ce débit minimum est fonction de plusieurs paramètres (jeu J entre rotor et stator, vitesse de rotation, diamètre à étancher...). Suivant un mode de réalisation de l’invention, pour les moteurs de pompe primaire 28, il est de l’ordre de la centaine de litres / minute.

Dans le cas du groupe moto-pompe primaire 2 des figures 3, 4, 5 et 12, l’invention permet de résoudre les problématiques de fuites d’huile par embruns des paliers 22, 23, 24 des moteurs de pompes primaires 28 formant des machines tournantes 10. Dans l’état de la technique, lors des arrêts de tranches de la centrale nucléaire, la présence indésirable d’huile a été détectée sur les moteurs de pompes primaires (ouïes de capot 38 du volant 36, bacs de récupération d’huile, aéroréfrigérants, support moteur de pompe primaire,...) et leurs environnements (mur du bâtiment réacteur, calorifuge, caillebotis,...). Le besoin à satisfaire est la non pollution de l’environnement du moteur de pompe primaire, afin de réduire les coûts de maintenance et d’exploitation (nettoyage, remplacement de composant souillés, gestion des déchets, dosimétrie, ces coûts engendrés par les fuites pouvant être d’environ 20 k€ / an / tranche et jusqu’à 80 k€ si le calorifuge de circuit primaire principale était pollué), afin de diminuer le risque de fortuit lié à la migration de l’huile sur des composants sensibles (capteurs,...), et afin de sécuriser les installations : diminution du risque de chute de plain-pied, diminuer la durée des interventions humaine en lien avec ces fuites. L’amélioration apportée par l’invention permet de garantir le confinement de l’huile à l’intérieur du carter 32 et des paliers du moteur en prenant en compte les contraintes suivantes (non exhaustives) sans ajouter d’opération de maintenance notable, ni modifier le comportement en exploitation de la machine : moteur de pompe primaire à arbre vertical, diamètre de l'arbre au niveau du palier d’environ 440 mm, vitesse de rotation nominale de l’arbre de 1485 tours/minute, fluide à étancher : huile minérale grade 46 sous forme de projection ou vapeur à une température entre 10 et 80° C, nombre d’heures de marche d’un moteur de pompe primaire d’environ 8000 heures/an (marche continue), durée entre deux maintenances générales de moteur supérieure à 25 ans, condition d'ambiance du moteur (ambiance du bâtiment réacteur) : pression de 1 ± 0,2 bar absolu, humidité relative de 50 %, niveau de radiation de 0,5 Gy/h, température ambiante normale entre 10 et 45°C.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, illustré aux figures 1 à 12, l’arbre rotatif 33 est vertical et est apte à tourner dans le sens S prescrit de rotation autour de la direction D d’extension de l’arbre 33, qui est la direction verticale Z.

Dans la suite du texte, il sera fait référence à une machine tournante 10 d’arbre rotatif 33 présenté selon un axe vertical D, Z - c’est-à-dire selon un angle de 90 degrés par rapport à un plan horizontal - , cependant la portée de l’invention concerne tout type de machine tournante quelle que soit l’orientation spatiale de l’axe D de rotation, pouvant être également entre 0 et 90 degrés par rapport audit plan horizontal.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, illustré aux figures 5 à 12, l’extrémité amont 521 d’aspiration d’air est une extrémité supérieure 521 d’aspiration d’air. L’extrémité aval 522 d’éjection d’air est une extrémité inférieure 522 d’éjection d’air.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, illustré aux figures 5 à 12, le rainurage 52 d’aspiration d’air extérieur est continu de l’extrémité amont 521 d’aspiration d’air à l’extrémité aval 522 d’éjection d’air.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, illustré aux figures 5 à 12, le rainurage 52 d’aspiration d’air extérieur est incliné d’un angle déterminé a non nul par rapport à un plan PT transversal (normal) à l’arbre 33 et à la direction D et s’étend autour de la direction D d’extension de l’arbre 33, autour de laquelle l’arbre 33 est apte à tourner dans le sens S prescrit de rotation. Par exemple, dans le cas où la direction D de l’arbre 33 est verticale, le plan PT est horizontal. Suivant un mode de réalisation de l’invention, illustré aux figures 5 à 12, l’angle déterminé a par rapport au plan PT transversal est compris entre 0 et 60°, notamment entre 1 ° et 45°, par exemple entre 1 ° et 25° . Le nombre de rainures du rainurage 52 se raccordant l’une à la suite de l’autre le long de la direction D, leur profondeur P dans le plan transversal PT, leur forme, leur angle a avec la normale à la direction D d’extension, la longueur L du dispositif 35 d’étanchéité le long de la direction D d’extension et le jeu radial J (dans la direction du plan transversal PT, partant de la direction D) entre le diamètre extérieur de la partie tournante 360 et le diamètre intérieur de la partie supérieure 320 sont fonction de la géométrie de la zone 50 à étancher et des paramètres fonctionnels de la machine (niveau vibratoire, jeux aux paliers...). Suivant un mode de réalisation de l’invention, sur les moteurs de pompe primaire 28, le nombre de rainures est compris entre 1 et 150, la profondeur P des rainures 52 est comprise entre 0 et 30 mm, l’angle a des rainures avec la normale à la direction D d’extension est compris entre 0 et 60°, la longueur L du dispositif 35 d’étanchéité le long de la direction D d’extension est comprise entre 0 et 200 mm, et le jeu radial J entre le diamètre extérieur de la partie tournante 360 et le diamètre intérieur de la partie supérieure 320 est compris entre 0 et 6 mm.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, illustré aux figures 5 à 12, le rainurage 52 d’aspiration d’air extérieur est en forme de vissage de l’extrémité amont 521 d’aspiration d’air à l’extrémité aval 522 d’éjection d’air dans le sens S prescrit de rotation. Cela peut être une mise en œuvre particulière de l’angle déterminé a, du nombre de rainures (chaque rainure étant dans ce cas un filet faisant un tour autour de la direction D et les rainures étant raccordées les unes aux autres le long de la direction D), de la profondeur P, de la longueur L et du jeu J.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, illustré aux figures 5 à 12, le rainurage 52 d’aspiration d’air extérieur est hélicoïdal. Cela peut être une mise en œuvre particulière de l’angle déterminé a, du nombre de rainures (chaque rainure étant dans ce cas un filet faisant un tour autour de la direction D et les rainures étant raccordées les unes aux autres le long de la direction D), de la profondeur P, de la longueur L et du jeu J.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, illustré aux figures 6, 7, 8, 12 et 13, le dispositif 100 de filtration d’air du compartiment 31 et de rejet de l’air vers l’extérieur 60 du compartiment 31 comporte une entrée 112 d’air reliant une sortie 312 d’air du compartiment 31 à un filtre 104, par exemple coalescent. Le filtre 104 filtre l’air 34 chargé d’huile arrivant dans l’entrée 112 d’air pour séparer l’huile 39 et l’air et envoyer l’huile 39 ainsi récupérée à sa sortie 110 d’huile filtrée, puis au compartiment 31 par une canalisation 114 d’huile reliant l’entrée 311 d’huile du compartiment 31 à cette sortie 110 d’huile filtrée. Le filtre 104 envoie l’air filtré 120 à sa sortie 102 d’éjection d’air filtré, qui est mise à l’air libre vers l’extérieur 60 du compartiment 31. Le dispositif 100 de filtration de l’air permet ainsi de mettre à l’air libre le compartiment 31 d’huile 310, de filtrer l’air 34 contenu dans le compartiment 31 d’huile 310, de séparer l’air 34 de ses gouttelettes / vapeurs d’huile 39, de restituer à l’extérieur 60 du carter 32 l’air 120 débarrassé de son huile 39, et retourner les condensats d’huile 39 extraits de l’air 34 au volume 310 d’huile liquide du compartiment 31 via la sortie 110 et l’entrée 311. L’air 34 chargé d’huile 39 et de particules en provenance du compartiment 31 d’huile 310 passe au travers du media filtrant 150 du (des) filtre(s) 104. Les gouttelettes et vapeur d’huile 39 sont séparées de l’air par le média filtrant 150. Une fois séparées, les gouttelettes d’huile 39 s’agglomèrent en plus grosses gouttes d’huile et descendent par gravité suivant la flèche G dans le filtre 104. Le retour de ces condensats d’huile 39 jusqu’au compartiment 31 d’huile 310 par le système de retour d’huile 110, 311 est caractérisé par le fait qu’il interdit à de l’air 34 chargé de particules situé dans le carter 32 à étancher de contourner le ou les filtres 104 du système 100 de filtration. Par exemple, l’entrée 311 d’huile est située au-dessus du niveau 313 d’huile du volume 310 d’huile liquide dans le compartiment 31 ; ainsi le retour des condensats 39 d’huile par cette entrée 311 se fait au-dessus de ce niveau 313 d’huile, afin de diminuer les points de fuite possibles. L’air 120 sortant du ou des éléments filtrants 150 est dépollué de son huile 39 et est évacué dans l’environnement 60 de la machine tournante 10. Le nombre de filtres 104 équipant le dispositif 100 de mise à l’air libre est fonction de plusieurs paramètres, dont notamment des performances du dispositif 35 d’étanchéité, du niveau de pollution en particules et en huile 39 de l’air 34 situé dans le compartiment 31, des intervalles de maintenance espérés, des caractéristiques des filtres 104 (perte de charge, efficacité de séparation de l’huile,...).

Suivant un autre mode de réalisation de l’invention, illustré à la figure 11, le dispositif 100 de filtration d’air du compartiment 31 et de rejet de l’air vers l’extérieur 60 du compartiment 31 comporte une entrée 112 d’air reliant à une sortie 312 d’air du compartiment 31 à un filtre 104, par exemple coalescent. Le filtre 104 filtre l’air chargé d’huile arrivant dans l’entrée 113 d’air pour séparer l’huile et l’air et envoyer l’huile ainsi récupérée à sa sortie 110 d’huile filtrée, puis au compartiment 31 par une canalisation 114 d’huile reliant l’entrée 311 d’huile du compartiment 31 à cette sortie 110 d’huile filtrée. Le filtre 104 envoie l’air filtré à un moto-ventilateur 101 d’extraction d’air, la première sortie 102 d’éjection d’air filtré du filtre 104 étant reliée à une entrée 103 d’aspiration d’air du moto-ventilateur 101 d’extraction d’air, dont une deuxième sortie 105 d’éjection d’air est mise à l’air libre vers l’extérieur 60 du compartiment 31. Bien entendu, ce mode de réalisation peut être combiné aux différents modes de réalisation du rainurage 52.

D’une manière générale, dans les modes de réalisation des figures 6 à 13, la présente innovation vient améliorer l’état de la technique le plus performant à l’heure actuelle, car le système 35 d’étanchéité dynamique de l’invention est, à perte de charge équivalente, plus performant en termes de taux de fuite d’huile que le dispositif par labyrinthe classiquement utilisé. Cela peut donc permettre de diminuer la puissance du groupe moto- ventilateur 101 et donc de réduire les coûts d’installation et d’exploitation, ou d’améliorer le taux de fuite d’huile de l’arbre 33 pour une conception à iso puissance du moto-ventilateur 101. Dans le cas d’une situation où le dispositif d’étanchéité 35 permet de mettre en mouvement et de créer un flux d’air aux caractéristiques de pression et de débit suffisants, la mise en œuvre du moto-ventilateur 101 sera inutile, voire pas nécessaire dans l’installation.

On pourrait donc retrouver ce type de configuration par exemple pour des conditions exigeantes (niveau de pollution en sortie d’arbre très faible), ou des cas spécifiques (par exemple diminuer les coûts d’installation et d’exploitation (avec par exemple la diminution de la puissance voire l’absence du moto-ventilateur 101)). Le dispositif 35 d’étanchéité suivant l’invention pourrait être mis en place partout où les vitesses périphériques d’arbres 33 sont élevées et où les fuites d’huile sont pénalisantes.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, illustré à la figure 13, la sortie 110 d’huile filtrée est reliée à l’entrée 311 d’huile du compartiment 31 d’huile 310 par l’intermédiaire d’au moins une canalisation 114 d’huile comportant au moins un col 1120 de cygne (ou syphon 1120) orienté vers le bas. Ainsi, le col 1120 de cygne ou syphon 1120 a une partie inférieure 1121 (ou fond 1121) remplie d’huile dans la canalisation 114, ce qui empêche l’envoi d’air vers l’entrée 311 du compartiment 31. Ce col 1120 de cygne peut être par exemple en forme de U, ou autre. Le col 1120 de cygne ou syphon 1120 garantit un blocage de l’air 34 contenu dans le compartiment 31 d’huile grâce à la présence d’huile dans le fond 1121 du col 1120 de cygne ou syphon 1120.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, illustré à la figure 12, la partie tournante 360 est une paroi annulaire solidaire du volant 36 d’inertie et s’étendant autour de l’arbre rotatif 33. Le volant 36 d’inertie dépasse transversalement à la direction D d’extension de l’arbre 33. La partie tournante 360 peut être formée par une pièce annulaire pouvant prendre la forme d’une couronne fixée sous le volant 36 d’inertie. La partie supérieure 320 du carter 32 est située à distance sous le volant 36 d’inertie. Le dispositif 35 d’étanchéité suivant l’invention est situé à distance sous le volant 36 d’inertie. Bien entendu, les modes de réalisation, caractéristiques, possibilités et exemples décrits ci-dessus peuvent être combinés l’un avec l’autre ou être sélectionnés indépendamment l’un de l’autre.