chapitre 2 généralités sr les compresseurs c

Généralités sur les compresseursChapitre II

Le présente chapitre, a pour but de citer les différents types des compresseurs

et de présenter les caractéristiques de construction d'un compresseur centrifuge.

II. 1. Généralités sur les compresseurs centrifuges

Toutes les turbomachines qui sont les turbocompresseurs, les ventilateurs, les

turbines; à vapeur; à gaz; hydrauliques; les pompes centrifuges; et axiales…etc,

fonctionnent théoriquement d'après les mêmes principes, et obéissent en particulier

à la loi de réversibilité. On peut donc imaginer qu'il soit possible d'utiliser la même

méthode de calcul pour des machines de cette nature.

Mais en réalité l'existence de phénomènes physiques tels que la viscosité, la

compressibilité des gaz, etc.… modifient les règles qui ne sont valables, que pour

un fluide idéal; et il est impossible de négliger ces éléments sous risque de lourdes

erreurs (d'autre part, la réversibilité ne peut avoir lieu et qu'entre certaines limites

surtout s'il s'agit de liquide).

Les turbocompresseurs sont des machines dans lesquelles, un fluide échange de

l'énergie avec des impluseurs munis d'aubes, tournant autour d'un axe.

L'indice principal de ces compresseurs est la continuité de l'écoulement de l'entrée

à la sortie. Les aubes ménagent entre elles des canaux par lesquels le fluide

s'écoule. Elles sont des obstacles prolongés donnant la direction au fluide qui les

traverse.

Les turbocompresseurs peuvent être divisés en plusieurs types à savoir:

ventilateurs;

soufflantes;

compresseurs axiaux et les compresseurs centrifuges.

Les turbocompresseurs sont appliqués dans divers domaines; ils peuvent être

utilisés dan l'industrie du gaz, la métallurgie mécanique etc.…

Les avantages de ces machines sont qu'elles peuvent être accouplées directement à

un moteur électrique ou à une turbine sans mécanisme bielle-manivelle. C'est pour

BOUMERDESFHC 2006 13

Généralités sur les compresseursChapitre IIcette raison qu'elles sont moins encombrantes par rapport aux compresseurs à

piston.

II.2. Définition

Les compresseurs sont des appareils qui transforment l`énergie mécanique

fournie par une machine motrice en énergie de pression; (en réalisant un

accroissement de pression d`un fluide à l’état gazeux).

I. 3. But de la compression

La compression en générale, peut être imposée par la nécessité technique de

déplacer une certaine quantité de gaz d'un système à une certaine pression, vers un

autre système à une autre pression plus élevée.

Cette opération a pour but de:

faire circuler un gaz dans un circuit fermé.

produire des condition favorables (de pression) pour des réactions

chimiques.

envoyer un gaz dans un pipe-line de la zone de production vers

l'utilisateur.

obtenir de l'air comprimé pour la combustion.

récupérer du gaz (unités de G.N.L ou autres).

II.4. Classification des compresseurs

Les compresseurs peuvent être classées selon plusieurs caractéristiques selon:

le principe de fonctionnement (volumétrique, turbocompresseur);

mouvement des pièces mobiles (mouvement linéaire, rotatif);

les compresseurs d'air;

les compresseurs des gaz.

En général il existe deux grandes familles de compresseur, les compresseurs

volumétriques et les turbocompresseurs. Dans les premiers, l'élévation de pression

est obtenue en réduisant un certain volume de gaz par action mécanique, dans les

seconds, on augmente la pression en convertissant de façon continue l'énergie


Les compresseurs

Les compresseurs Volumétriques

Les turbo-compresseurs

Les compresseursaxiaux

Les compresseurs centrifuges

Les compresseurs à piston

Les compresseurs rotatifs

Fig: II.1 Classification des compresseurs

Généralités sur les compresseursChapitre IIcinétique communiquée au gaz en énergie de pression dûe à l'écoulement autour

des aubages dans la roue.

D'après leurs principes de fonctionnement, on distingue les types suivants:

II.4.1. Compresseurs volumétriques

a. Compresseurs à piston

Ces compresseurs réalisent la compression du gaz par réduction du volume qui

lui est offert. La variation du volume et le déplacement du gaz est obtenu par le

mouvement alternatif d'un piston à l'intérieur d'un cylindre. On classe les

compresseurs à piston d'après les différentes indices:

disposition des cylindres (horizontale, verticale);

nombres des cylindres (monocylindrique, …);

méthode de refroidissement (air, eau);

méthode de graissage (barbotage, sous pression,…).

b. Compresseurs rotatifs volumétriques

Ces compresseurs tels que les compresseurs à piston compriment les gaz par

réduction du volume. Parmi ces appareils :

Les une réalisent la compression progressivement dans une capacité

fermée de volume, décroissant suivant un cycle semblable à celui qui est

obtenue dans les compresseurs à piston.



Les autres transportent les gaz d’une enceinte à basse pression à une autre

à pression élevée, le cycle est alors tout à fait différent.

Parmi les compresseurs rotatifs on distingue:

compresseurs à palettes mobiles;

compresseur à anneau liquide;

compresseur à rotors hélicoïdaux.

II.4.2. Les turbocompresseurs

Dans les turbo-compresseurs, l'élévation de la pression résulte précisément d'une

action sur la vitesse de fluide. Ici encore, l'énergie nécessaire au fonctionnement du

compresseur est dépensée sous forme de travail, celui-ci est transformé sous forme

d'énergie cinétique au fluide à comprimer, et cette dernière à son tour est

transformée en pression. La mise en vitesse est obtenue en soumettant le fluide à

l'action des roues à aubes ayant une grande vitesse rotative.

Ces machines assurent la compression grâce à la force centrifuge, dûe au

mouvement de rotation des roues munies d'aubes ou d’ailettes.

Les turbocompresseurs sont divisés en:

a. Compresseurs centrifuges

Les turbocompresseurs peuvent être des compresseurs centrifuges (fig.II.2),

dans lesquels le parcours du gaz dans les roues est dirigé du centre vers la

périphérie. Donc l'énergie de gaz comprimé augmente grâce à la force centrifuge

qui est provoquée par le mouvement de rotation des roues des aubes. Les

compresseurs centrifuges sont employés pour des hauteurs manométriques élevées.

b. Compresseurs axiaux

Les compresseurs axiaux comme les compresseurs centrifuges, sont des

turbocompresseurs, L'accroissement de la pression résulte d'une action sur la

vitesse de fluide (fig II.3 en annexe).

Le travail fourni par la turbine sous forme d'énergie mécanique transmise à

l'aube du compresseur est transformé en énergie cinétique du gaz à comprimer


Généralités sur les compresseursChapitre IIgrâce à la rotation des aubes; celle-ci est à son tour transformé en énergie de

pression dans le diffuseur.


Généralités sur les compresseursChapitre II Chaque étage est constitué par une rangée d'aubes fixes, et une rangée

d'aubes mobiles, disposées en un même cylindre. Les compresseurs axiaux sont

utilisés pour les grands débits.

II.5. Description générale du compresseur centrifuge

Le compresseur centrifuge est une turbomachine dans laquelle le gaz s'écoule

principalement dans le sens radial. L'énergie nécessaire pour augmenter la pression

de gaz est fournie en fluide par les aubes d'une roue centrifuge.

Ces aubes divisent la surface latérale de la roue en secteurs servant de canaux

d'écoulement, et forment un aubage.

Le compresseur centrifuge très utilisé en raffinage et dans les industries

chimiques. Par exemple; le compresseur du gaz commercial de l'unité de GPL du

Guellala conçu pour envoyer le gaz vers la région de Hassi R'Mel pour la

réinjection dans le gisement dont le but de maintenir la pression de gisement

constante.

Ce type de machine est constitué par (fig.II.4): un corps extérieur (A) contenant

la partie du stator dite ensemble de diaphragmes (B) où est introduit un rotor


Fig II.4: Compresseur centrifuge

Généralités sur les compresseursChapitre IIformé par un arbre (C), une ou plusieurs roues (D), le tambour ou piston

d'équilibrage (E), le collet du palier de butée (F).

Le rotor entraîné par la machine motrice tourne sur les paliers porteurs (H), il

est gardé dans sa position axiale par le palier de butée (I).

Des dispositifs d'étanchéité à labyrinthe (L), si nécessaire et des étanchéités

d'huile d'extrémité agissent sur le rotor.

II.6. Les types de compresseurs centrifuges

Les compresseurs centrifuges ont des formes différentes en fonction du service

pour lequel ils doivent être utilisés et de la pression nominale, selon les

classifications, on peut adopter les subdivisions suivantes:

II.6.1. Compresseurs avec corps ouverts horizontalement (Split)

L'enveloppe du compresseur se divise le long du plan horizontal en deux

parties, supérieure et inférieure (assemblées par boulonnages au niveau du plan de

joint horizontal). L'étanchéité du joint est de type métal ces enveloppes sont

souvent moulés.

La construction de la machine est conçue pour permettre un démontage facile. Il

n'est pas cependant adéquat en vue de l'opération à haute pression ou celle utilisant

le gaz contenant une quantité importante d'hydrogène; ce qui rend la masse

moléculaire réduite. Dans l'ordre général, la limite maximale de pression devait

être de 50 à 60 bars pour ce compresseur. Les diagrammes, la paroi d'aspiration et

la volute de refoulement se montent par demi-partie directement dans chaque

demi-enveloppe. Ce type d'assemblage permet une maintenance aisée par accès

directe aux organes internes du compresseur (fig.II.5).

II.6.2. Compresseurs avec corps ouverts verticalement (barrel)

Les corps ouverts verticalement sont constitués d’un cylindre fermé aux

extrémités par deux flasques .C’est pour cette raison que ce type de compresseurs

est dénommé "barrel". Ces compresseurs, généralement multi-étagés, peuvent

fonctionner à des pressions élevées (jusqu’à 700 kgf/cm2); (fig.II.6).




FIG

.II.5:



FIG

.II.6

Généralités sur les compresseursChapitre IIII.7. Comparaison entre les différents types des compresseurs

Le tableau ci-dessous nous donne une comparaison entre les différents types de

compresseurs suivant leur débit, pression, rendement et leur mouvement :

Types Mvt

linéaireMvt rotatif Débit Pression Rendement

Vol

um

étri

qu

e

à pistons +faible à

moyenÉlevée très bon

Rotatif + Faible Basse Faible

Tu

rboc

omp

ress

eur Centrifuge + Important Élevée très bon

Axial +très

importantBasse très bon

II.8. Principe de fonctionnement d'un compresseur centrifuge:

Le gaz est aspiré par le compresseur à travers la bride d'aspiration. Il entre dans

une chambre annulaire appelée volute d'aspiration (pour éviter la turbulence à

l'entrée de la roue) et converge uniformément dans toutes les directions radiales

(figII.7) dans la chambre annulaire du coté opposée par rapport à la bride

d'aspiration. Il existe une ailette pour éviter la formation de tourbillons de gaz.

Ensuite le gaz entre dans le diaphragme d'aspiration et passe à la première roue

(figII.8) à une vitesse C1 et une pression P1 (les roues sont constituées de deux

disques, appelées disque et contre disque, unis par des aubes, elles sont calées à

chaud sur l'arbre et fixées par une ou deux clavettes).


Fig II .7: parcourt du gaz à l'entrée du compresseur (brides d’aspiration)


La roue pousse le gaz vers la périphérie en augmentant sa vitesse à la valeur

C2,et la pression à la valeur P2 qui est légèrement supérieur à P1.La vitesse de la

sortie aura une composante radiale et une composante tangentielle. Ensuite, d'un

mouvement en spirale, le gaz passe dans une chambre circulaire appelée diffuseur

où la vitesse sera réduite à la valeur C3 qui est inférieure à C2, et cette diminution

de vitesse contribue à une élévation de pression à la valeur P3 qui est supérieure à

P2 (fig .II.9);


Fig II. 8: Parcourt du gaz au niveau de l’impluseur

Généralités sur les compresseursChapitre IIpuis le gaz parcourt le canal de retour; celui-ci est une chambre circulaire délimitée

par deux anneaux formant le diaphragme intermédiaire où se trouvent les aubes

(fig.II.9); qui ont pour tâche de diriger le gaz vers l'aspiration de la roue suivante.

La disposition des aubes est telle, à redresser le mouvement en spirale du gaz de

manière à obtenir une sortie radiale et une entrée axiale vers la roue suivante.

Ensuite le gaz est aspiré par la deuxième roue. Et pour chaque roue le même

parcours se répète.


C1P1

Trajet

zag

ud

esse

tiV

2C2P

2C < 3C2P > 3P

euoR ruesuffiD

1C

2C

3C

tejarT

zag

ud

noi

sser

P

1P

2P

3P

egufirtnec ruesserpmoc ud egaté nu snad noisserpmoc ed améhcs :9.II.GIF


Pour réduire au minimum les fuites internes de gaz, des joints à labyrinthes de

deux ou plusieurs segments de bague, sont montées sur le diaphragme. La dernière

roue de l'étage (par étage on entend la zone de compression entre deux brides

consécutives) envoie le gaz dans un diffuseur qui l'amène à une chambre annulaire

appelée volute de refoulement (fig. II.11).

La volute de refoulement est une chambre circulaire collectant le gaz de la

périphérie des diffuseurs, le dirigeant vers la bride de refoulement, prés de cette

dernière il y une autre ailette qui empêche le gaz de continuer à tourner dans la

volute et qui l'envoie à la bride de refoulement (fig.II.12).

Le piston d'équilibrage est monté sur l'arbre après la dernière roue. Il sert à

équilibrer l'ensemble des poussées des deux roues.


Fig. II.10 : Parcourt du gaz au niveau de diffuseur



Fig II.11 : Schéma présentant la volute de refoulement

Fig II.12: Parcourt du gaz à la sorties du compresseur (brides de refoulement)


II.9. Caractéristiques de construction des compresseurs centrifuges

Examinons maintenant les diverses composants, en faisant particulièrement

attention aux techniques de construction; aux dimensionnements et aux matériaux

utilisés. On peut citer les caractéristiques suivantes:

II.9.1. Corps

C'est l'enveloppe externe du compresseur ; et comme on l'a déjà cité, il y a des

corps ouverts horizontalement et des corps ouverts verticalement.

II.9.1.1. Corps ouverts horizontalement

Les deux corps sont traditionnellement obtenus par fusion. Le choix du

matériau dépend de la pression et de la température de fonctionnement, des

diminutions du gaz à traiter et des limites imposées par les nomes API. Lorsqu'on

doit avoir recours aux aciers, pour la fusion de ces corps on utilise de l'acier ASMT

A216 WCA. Si le compresseur doit fonctionner à basse température, on utilise

l'acier ASTM351 CA15' 13℅ Cr) ou bien CF8. Plus récemment on a la tendance à

adopter une solution soudée présentant certains avantages par apport à la fusion.

a. corps ouverts verticalement

Aussi bien, les enveloppes que les couvercles, les extrémités sont obtenues par

forgeage afin de rendre le matériau plus homogène, et donc plus résistant en

considération des pressions élevées auxquelles ces compresseurs doivent travailler.

Normalement, on utilise de l'acier au carbone adopté (0,2 ÷ 0,25℅ au lieu de

0,35℅) qui est suffisant pour obtenir de bonnes caractéristiques mécaniques, et en

même temps pour conférer des caractéristiques de soudabilité pour les

compresseurs à très haute pression, on utilise au contraire un acier allié, ayant des

caractéristiques mécaniques plus élevées.

Les bouches d'aspiration et de refoulement soudées au corps sont normalement

forgées et sont du même matériau que celui-ci.



b. diaphragmes

Les diaphragmes constituent le profilage fluodynamique de la partie fixe du

compresseur (fig II.13 en annexe). Ils sont divisés en quatre types: d'aspiration,

intermédiaires, entre étage; et de refoulement.

Le diaphragme d'aspiration: a la tâche d'acheminer le gaz à l'entrée de la

première roue, en cas où le réglage du débit du compresseur serait effectué

moyennant des aubes variables, qui sont commandées de l'extérieur. Ce réglage est

obtenu en modifiant l'angle d'arrivée du gaz à la roue.

Les diaphragmes intermédiaires: ont la double tâche de former le diffuseur

où a lieu la transformation de l'énergie cinétique en énergie de pression et le canal

de retour. Pour diriger le gaz à l'entrée de la roue suivante, les diffuseurs peuvent

être de type à vortex libre ou à aubes. Ces derniers, d'un coté améliorent le

rendement de la transformation et de l'autre réduit l'élasticité de la machine.

Les diaphragmes de refoulement: forme le diffuseur de la dernière roue et la

volute de refoulement.

Les diagraphes entre étages: séparent les refoulements des deux étages dans

les compresseurs à roues opposées. Chaque diaphragme contient des anneaux

en labyrinthe qui servent d'étanchéité sur le contre-disque de la roue, et sur les

douilles intermédiaires pour éviter les fuites d'un étage à l'autre.

Les diaphragmes, pour des raisons évidentes d'installation dans le rotor, se

divisent en deux moitiés. Fondamentalement ils ne différent pas suivant qu'ils sont

installés sur des compresseurs "barrel" ou sur des compresseurs ouverts,

horizontalement. La seule différence réside dans leur logement dans le corps.

Pour les critères d'étude; il faut faire une distinction entre le dimensionnement

des zones de passage du gaz qui est à la base de l'exigence thermodynamique.


Généralités sur les compresseursChapitre II Pour assurer les vitesses et les angles du gaz désiré, on doit garantir le

dimensionnement de l'épaisseur qui est basé sur la ∆P existante sur les deux

surfaces de chaque diaphragme.

Les diaphragmes sont presque toujours obtenus par fusion à cause de leur forme

complexe. Normalement on emploie de la fonte type GD sphéroïdale, parfois on

ajoute de petits pourcentages de nickel pour améliorer les caractéristiques de

résistance aux basses températures (1÷ 1,5℅ NI). Si les températures de

fonctionnement sont inférieures à 100°C, on emploie les aciers ASMT A352 ou

ASMT A351 tn CF8.

II.9.3. Rotor

C'est la partie mobile du compresseur qui se trouve dans le stator, c'est un arbre

en acier forgé sur lequel sont montés les roues et leurs entretoises, le piston

d'équilibrage, le moyeu d'accouplement, le collet de butée et éventuellement les

parties tournantes d'étanchéité (fig II.14).

II.9.4. Arbre

L'arbre est constitué d'une partie centrale, normalement à diamètre constant, où

travaillent les paliers et l'étanchéité d'extrémité.


FIG .II.14 : Rotor de compresseur multi étagés

Généralités sur les compresseursChapitre II L'arbre est dimensionné de manière à avoir la plus grande rigidité possible.

Dans la constitution des arbres de n'importe quel type de compresseur, on utilise de

l'acier 40NicrM07UNI. En réalité cet acier a des propriétés mécaniques meilleures

que celles normalement demandées pour un service standard des arbres des

compresseurs centrifuges.

II.9.5. Les roues

Les roues sont montées frettées sur l'arbre. Le serrage est suffisant pour assurer

le contact entre la roue et l'arbre. Lorsque cette roue est soumise aux efforts liés à

la rotation, les roues sont clavetées et positionnées axialement par leur entretoise.

Les roues sont constituées généralement d'un moyeu et d'un flasque, les aubes

du moyeu par soudage ou brassage (fig II.15).

La conception et la fabrication des roues sont rigoureusement contrôlées. La

résistance mécanique des roues constitue une des limitations à la vitesse de

rotation. La limite pour la vitesse périphérique des roues est de 300 de 350 m/s, et

peut être nettement plus basse quand le gaz est acide.

Le matériau et ses traitements thermiques, pour les roues et tous les éléments en

contact avec le gaz, sont choisis en fonction du gaz véhiculé (acide ou non). Pour

leur construction, il faut un acier ayant des propriétés mécaniques élevées mais à

faible pourcentage de carbone, pour obtenir une soudure de bonne qualité des

aubes.

BOUMERDESFHC 2006 30Fig II.15 : roue bidimensionnel d'un compresseur centrifuge


II.9.5. Le piston d'équilibrage

Chaque roue a sur une partie de sa surface, d'un côté sa pression d'entrée et de

l'autre sa pression de sortie. L'étanchéité entre ces deux pressions est réalisée en

général par labyrinthe. Ceci crée une force axiale. La somme des forces axiales des

roues donne une force non compatible avec les capacités de charge d'une butée

hydraulique. Pour compenser les forces axiales des roues, un piston d'équilibrage

est ajouté sur l'arbre (fig.II.16).

Le diamètre extérieur de ce piston est calculé pour équilibrer les forces axiales

du rotor. Ce piston d'équilibrage a généralement d'un coté la pression de la dernière

roue et de l'autre la pression d'adsorption. Cette dernière est ramenée dans la

chambre voisinant du piston par une tuyauterie externe au compresseur reliant cette

chambre à l'aspiration du compresseur.

Ce dispositif a l'avantage de limiter les poussées axiales de roues, de permettre

le fonctionnement des étanchéités de bout d'arbre à la pression d'aspiration, mais

génère des recirculations internes diminuant le rendement polytropique du

compresseur.


Piston d'équilibrage

Fig II .16


II.9.7. Accouplement d'entraînement

L'accouplement sert à transmettre la puissance de la machine motrice au

compresseur. Il peut être direct au moyen d'un multiplicateur de vitesse, suivant le

type d'entraînement.

Les accouplements flexibles sont les plus utilisées. Ils découplent correctement

les comportements des vibrations de chacun des rotors.

Les accouplements à denture nécessitent une lubrification et introduisent des

forces axiales importantes. Les accouplements à diaphragmes ou à membranes sont

préférés car ils évitent ces deux inconvénients.

II.9.8. Collet du palier de butée

Le collet est construit en acier au carbone type C40, normalement il est monté

hydrauliquement par ajustement forcé.

II.9.9. Douilles intermédiaires

Elles sont des manchons positionnés entre les roues. Elles ont un double but, le

premier est celui de protéger l'arbre contre les fluides corrosifs, l'autre est celui de

fixer la position relative d'une roue par apport à l'autre.

Les douilles intermédiaires sont montées en force sur l'arbre avec une tolérance

négative de 0,5 ÷ 1℅.

II.9.10. Douilles sous les garnitures d'étanchéité à huile


Généralités sur les compresseursChapitre II Elles sont un acier au carbone revêtu de matériau de dureté élevée type

colmonoy. Les douilles sont employées pour protéger l'arbre contre la corrosion et

les rayures éventuelles et en outre, elles peuvent être remplacées facilement.

II.10. Etanchéité

a. Garnitures à labyrinthes

La réduction au minimum des fuites vers l'extérieur est obtenue dans le cas où

elles sont tolérées, par un jeu de garnitures à labyrinthe. Dans ce cas le gaz qui tend

à fuir des extrémités de l'arbre est bloqué par une série de lames appelée labyrinthe.

Les garnitures à labyrinthe sont construites en alliage léger ou matériau

résistant à la corrosion, de dureté inférieure à celle de l'arbre pour éviter

l'endommagement de ce dernier en cas de contact accidentel. Les garnitures

peuvent être extraites aisément, le nombre des lames et le jeu dépendent des

conditions de fonctionnement. Les garnitures à labyrinthes sont en alliage

d'aluminium recuit.

b. Garnitures mécaniques

La garniture mécanique est donc un organe essentiel de toute machine

tournante, pour assurer l'étanchéité entre deux faces en mouvement relatif

(rotation). Lubrifiée par une film liquide, l'étanchéité est assurée par le contact d'un

anneau stationnaire en carbone, plaqué sur un anneau tournant (rainuré et en

tungstène), monté sur l'arbre du compresseur.

Le contact est assuré par l'action combinée d'élément élastique (ressorts et

soufflets) et- par la distribution de la pression agissant sur la bague même. Le

contact entre le collet et la bague produit de la chaleur qui doit être éliminée en

refroidissant la garniture avec l'huile.

L'huile sous pression est fournie par une centrale d'huile d'étanchéité. Ces

centrales d'huile nécessitent un entretien très important et elles sont les principales

causes d'arrêt observé sur les unités des compresseurs centrifuges.


Généralités sur les compresseursChapitre II L'utilisation des garnitures sèches évite l'utilisation de ces centrales d'huile

d'étanchéité et permet d'améliorer la fiabilité des compresseurs centrifuges.

c. Garnitures sèches


Impulseur

Tambour d'équilibrage

Gaz d'équilibrage

Gaz de référence uaennA étiéhcnaté'd

(P.H) rueirétniétiéhcnaté'd eliuh eértnE

rueirétxe étiéhcnaté'd uaennA(P.B)

essil reilaP

reilap eliuh eértnE eliuh egruP srev eénimatnoc eliuHsruegrup sel

** noitaripsa'd noisserP * tnemeluofer ed noisserP ud erbra’l rus étiéhcnaté’d emètsyS :71.II.giF

(tnemeluofer étoc) ruesserpmoC

Généralités sur les compresseursChapitre IItype tandem: Une garniture simple est composée :

d'un grain stationnaire centré et guidé par un ou plusieurs joints

toriques et appuyé sur l'anneau tournant par des ressorts.

d'un anneau tournant présentant des rainures en forme de

spirales permettant de décoller le grain stationnaire. Cette garniture est appelée

tandem car composée de deux garnitures simples. Chacune pouvant étancher

pression gaz, la deuxième garniture simple étant un moyen de la première.

type double : Cette garniture est composée de deux garnitures simples montées

face, une injection de gaz neutre se fait entre les deux garnitures. Cette injection

peut polluer le gaz du procédé, mais évite le rejet de ce gaz à l'atmosphère. La

fiabilité de cette garniture est totalement liée à celle de l'injection du gaz neutre.

II.11. Paliers

Les paliers porteurs et butés sont du type à fortement graissage; forcé. Ils sont

logés à l'extérieur du corps du compresseur et peuvent être inspectés sans éliminer

la pression à l'intérieur de corps. Normalement le palier de butée est situé à

l'extérieur par apport aux paliers porteurs et du coté opposé à celui où est monté

l'accouplement.

paliers porteurs (radiaux): ils sont des paliers lisses et ils positionnent

radialement le rotor à l'intérieur du stator et doivent supporter le poids du rotor, ils

peuvent accepter des pressions spécifiques jusqu'à 20 bars.

Les paliers radiaux peuvent être des patins pivotants comprenant une coquille

d'acier (cage du coussinet), de semelles ou des paliers à patins oscillants, possédant

une bonne capacité d'amortissement jusqu'à 130°C. Ils sont équipés de

thermocouples et de supporter la résistance permettant de mesurer la température

de surface du métal blanc.


Paliers porteurs

Fig II .18: palier porteurs


butée axiale: Eelle positionne axialement le rotor par apport au stator, par

l'intermédiaire du collet de butée. Elle est à double effet pour être capable de

supporter la résultante des efforts axiaux des roues du piston d'équilibrage et de

l'accouplement pour tous les cas de marche du compresseur.

Les paliers butées hydrauliques doivent être alimentés en huile à pression

constante (1à5 bars effectifs), bien filtrée, bien désaérée pour éviter les émulsions,

non polluée par le gaz du procédé; pour ne pas dénaturer les additifs de l'huile.


Fig II.19: Paliers de butée

Généralités sur les compresseursChapitre IIpaliers et butées magnétiques: Les paliers magnétiques actifs travaillent par

attraction. L'attraction du rotor est faite par des électro-aimants radiaux disposés

autour de celui-ci. Le poids du rotor correspond à la résultante des forces

électromagnétiques du palier. Le fonctionnement des butées magnétiques actives

est similaire à celui des paliers magnétiques actifs; l'attraction magnétique

s'effectuant sur le collet de butée.

Les paliers et les butées magnétiques n'ont pas la capacité de charge des paliers

hydrauliques, en raison de la saturation magnétique, leur donnant une très grande

souplesse d'aspiration. Leur emploi reste cependant limité dans l'industrie.

II.12. Courbes de performance d’un compresseur centrifuge

Introduction

Les courbes de performances sont fréquemment appelées également courbes

pression / volume ou hauteur / débit. Quelque soit leur dénomination, leur but est

le même, à savoir représenter graphiquement comment la pression et la puissance

varient avec le débit.

II.12.1. Limites d’utilisation importantes

De plus, les courbes caractéristiques pression / volume représentent également

les limites d’utilisation importantes. La plus importante est le point de pompage ou

limite de débit minimum en dessous duquel le compresseur devient instable. Cette

instabilité se manifeste par des pulsations dont le débit et la pression peuvent créer

de graves dégâts au compresseur.

C’est pourquoi; on utilise un système d’anti-pompage pour maintenir

constamment le débit au-dessus de la valeur limite correspondant au pompage. La

zone de pompage et sa limite sont clairement indiquées sur les courbes. Si ce

n’était pas le cas, il faut savoir que l’extrémité gauche des courbes correspond à la

limite de pompage.


Généralités sur les compresseursChapitre II Du côté droit, les courbes se terminent normalement avant d’atteindre la

condition limite appelée « Stonewall » ou étranglement. D’habitude, il n’est pas

nécessaire d’installer moyen de contrôle évitant d’opérer prés de cette limite car

l’étranglement n’engendre aucun dommage à la machine. Cependant, comme

chaque règle a ses explications, l’installation éventuelle d’un système de contrôle

et protection en cas d’étranglement ne doit jamais être négligé lors de la conception

des systèmes de contrôle relatif à la machine.

II.12.2. Utilisation de la courbe (fig.II.20)

L’axe vertical situé à gauche représente la hauteur exprimée en pourcentage de

la valeur nominale. Un point situé en haut du quadrant correspond à une grande

hauteur. L’échelle horizontale représente le débit exprimé aussi en pourcentage du

débit nominal ; un point situé à droite correspond à un débit important. La courbe

montre que quand la hauteur augmente, le débit diminue.

Supposant que le compresseur refoule dans un système demandant un niveau de

pression égale à 100 % de la hauteur nominale et qu’il travaille également à 100 %

de débit comme indiqué sur le graphe. Si le système en aval du refoulement utilise

moins de gaz que la quantité sortant du compresseur, la pression dans la ligne de

refoulement va augmenter. La courbe montre que lorsque la pression ou la hauteur

exprimée en mètre de gaz augmente, le débit à travers le compresseur diminue. Si

l’on suppose maintenant que la hauteur au refoulement atteint 102 % de la valeur

nominale pour maintenir le débit, la courbe de performance nous montre que pour

102 % de hauteur, le débit n’est plus que 90 % de sa valeur normale. Si la pression

dans le système aval atteint 104 %de hauteur, le compresseur pour maintenir le

débit réduit le volume à 70 % de la valeur nominale. Nous voyons sur le graphe

que le point de fonctionnement correspondant à 104 % de hauteur est plus près de

la ligne de pompage située à l’extrême gauche de la courbe que le point précédant

correspondant à 102 % de hauteur. Quand la hauteur nécessaire pour maintenir le

débit augmente, le point de fonctionnement du compresseur se rapproche de la


Généralités sur les compresseursChapitre IIlimite de pompage. En se référant au graphe, le compresseur considéré commence

à pomper pour 105 % de hauteur. Le débit correspondant à ce point de pompage

est 50 % du débit nominal.

Quand les conditions d’exploitation atteignent ce point, le système automatique

contrôle et de protection intervient pour éviter d’entrer dans la zone de pompage.

Afin d’éviter tout incident en se rapprochant trop près du point de pompage, le

système doit être calibré de façon à entrer en action avant même d’atteindre cette

zone de pompage.


Pompage

105%

104% 102%

100% tniop

04 05 06 07 08 09 001 011 %lanimon tibéd ud

021

011

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