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InitiationInitiationauxaux
Compresseurs Compresseurs centrifugescentrifuges
20/10/2008www.dou129.fr
un compresseur pour quoi un compresseur pour quoi faire ?faire ? Domaine d’applicationDomaine d’application
Point de vue aérodynamiquePoint de vue aérodynamique Hauteur, rendementHauteur, rendement
Point de vue mécaniquePoint de vue mécanique Éléments de machine, dynamiqueÉléments de machine, dynamique
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1 – Pour quoi 1 – Pour quoi faire ?faire ?
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Extraction :Extraction : Injection / gas liftInjection / gas lift
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Transport :Transport : Station de recompression sur Station de recompression sur
gazoducgazoduc
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Raffinage :Raffinage : Craquage, hydro craquageCraquage, hydro craquage Soufflante d’airSoufflante d’air
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Point de départ du dimensionnementPoint de départ du dimensionnement Données clientsDonnées clients : :
Composition du gasComposition du gas Définition des matériaux, type de carter, refroidissement intermédiaireDéfinition des matériaux, type de carter, refroidissement intermédiaire
Pression d’aspiration & de refoulementPression d’aspiration & de refoulement Définition de la « vane gas », géométrie des passages de gaz, nombre Définition de la « vane gas », géométrie des passages de gaz, nombre
d’étaged’étage Température d’aspirationTempérature d’aspiration
Définition des refroidissement intermédiaire, choix des matériauxDéfinition des refroidissement intermédiaire, choix des matériaux
Objectif :Objectif : Fournir un compresseur répondant au besoin du client, au meilleur prixFournir un compresseur répondant au besoin du client, au meilleur prix
2 aspects pour le dimensionnement :2 aspects pour le dimensionnement : L’aérodynamiqueL’aérodynamique La mécanique / dynamiqueLa mécanique / dynamique
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Un étage de compressionUn étage de compression
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2 – Aérodynamique des 2 – Aérodynamique des machinesmachines
Hauteur et rendementHauteur et rendement
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Triangle des vitesses et rendementTriangle des vitesses et rendement
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C1, vitesse absolue du fluide
U1, vitesse d’entraînement
W1, vitesse relative
U2
W2
C2
Hauteur = U2.CU2 - U1.CU1
C = U + W
CU est la composante radiale de la vitesse du gaz
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Un étage de compressionUn étage de compression
1
2
34
-Pression total
-Pression statique
0
20
40
60
80
100
0 1 2 3 4 5
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C1, vitesse absolue du fluide
U1, vitesse d’entraînement
W1, vitesse relative
Triangle des vitesses et rendementTriangle des vitesses et rendement
Adaptation de l’angles des aubesAdaptation de l’angles des aubes à la vitesseà la vitesse au débitau débit
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C1, vitesse absolue du fluide
U1, vitesse d’entraînement
W1, vitesse relative
Triangle des vitesses et rendementTriangle des vitesses et rendement
Augmentation du débitAugmentation du débit CC11 augmente augmente WW11 augmente augmente
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C1, vitesse absolue du fluide
U1, vitesse d’entraînement
W1, vitesse relative
Triangle des vitesses et rendementTriangle des vitesses et rendement
Adaptation de l’angles des aubesAdaptation de l’angles des aubes à la vitesseà la vitesse au débitau débit
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C1, vitesse absolue du fluide
U1, vitesse d’entraînement
W1, vitesse relative
Triangle des vitesses et rendementTriangle des vitesses et rendement
Augmentation de la vitesseAugmentation de la vitesse UU11 augmente augmente WW11 augmente augmente
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C1, vitesse absolue du fluide
U1, vitesse d’entraînement
W1, vitesse relative
Triangle des vitesses et rendementTriangle des vitesses et rendement
Superposition des 3 casSuperposition des 3 cas
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W1, vitesse relative
Triangle des vitesses et rendementTriangle des vitesses et rendement
Superposition des 3 casSuperposition des 3 cas
i, Angle d’incidence
L’angle d’incidence du fluide modifie de L’angle d’incidence du fluide modifie de rendementrendement
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Le rendement est fonction de :Le rendement est fonction de :
Les angles d’incidences du fluide sur les aubesLes angles d’incidences du fluide sur les aubes Les recirculations inter étageLes recirculations inter étage L’état de surface des pièces (pertes par frottements)L’état de surface des pièces (pertes par frottements)
La hauteur est fonction de :La hauteur est fonction de :
Les angles des aubesLes angles des aubes La vitesse du compresseurLa vitesse du compresseur
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Courbe de performance d’un étageCourbe de performance d’un étage
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8
Rendement
Hauteur
Etablie à partir de : CFD (calcul numérique)CFD (calcul numérique) Données d’essaisDonnées d’essaiswww.dou129.fr
Courbe de performance d’un compresseurCourbe de performance d’un compresseur
20
40
60
80
100
50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000
7000 RPM8000 RPM
9000 RPM
10000 RPM
10500 RPM
(Débit, kg/r)
(Pression, bar)
Ligne
de
pom
page
Ligne
de
prote
ction
ant
i- po
mpa
ge
Ligne de débit maxi
Données d’entrées : Compresseur back to back 3-5Compresseur back to back 3-5 Aspiration 7 bar, 220000 kg/h, Aspiration 7 bar, 220000 kg/h,
20°C20°C
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3 – Les éléments de 3 – Les éléments de machinesmachines
Mécanique et dynamiqueMécanique et dynamique
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Système d ’étanchéité à gaz Un fin film de gaz entre deux faces, l’une fixe
l’autre tournante, assure l’étanchéité Fuite du gaz mais maîtrisée Configuration simple, double ou triple Remplace depuis début 90 les étanchéités à huile Etanchéité jusqu’à 400 bar de pression
Systèmes d’étanchéités du gas process : les gas seal
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Systèmes d’étanchéités du gas process : les gas seal
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Injection primaire (gaz process)
(ex : P = 41barg)
Évent primaire (gaz process +
gaz neutre)
(ex : P = 2 barg)
Coté
Compresseur(ex : P=40 barg)
Coté palier(ex :P = atm)
Injection secondaire (gaz neutre)
(Ex : P = 2.5 barg )
Évent secondaire (gaz neutre)
(ex : P = atm)
Injection tertiaire (gaz neutre)
(ex : P = 0,5 barg)
Parties statiques
Parties tournantes
Systèmes d’étanchéités du gas process : les gas seal
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Systèmes d’étanchéités du gas process : les gas seal
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Les paliersLes paliers
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Les paliersLes paliers Les paliers hydrodynamiques à patins oscillants guident
l’arbre en rotation injection d’huile pressurisée dans les patins pour favoriser
le comportement dynamique du compresseur
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La butéeLa butée
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Introduction à la dynamiqueIntroduction à la dynamique
Le rotor est un système dynamiqueLe rotor est un système dynamique Se modélise suivant un système masse/ressort + Se modélise suivant un système masse/ressort +
amortissementamortissement Il a ses fréquences propresIl a ses fréquences propres
M
K1 K2C1 C2
Dès la conception,Dès la conception, Il faut prédire les vitesses critiquesIl faut prédire les vitesses critiques Il faut les chasser de la plage de vitesse de la machineIl faut les chasser de la plage de vitesse de la machine
Modélisation d’un palier : raideur + amortissement
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Équilibrage du rotorÉquilibrage du rotor
K1 K2C1 C2
Le rotor n’est jamais parfaitement équilibré Un balourd résiduel va exciter les fréquences propres du
système La position du balourd détermine la fréquence exciter La position de la critique est fonction de la géométrie du
rotor et des caractéristiques des paliers Distance entre palier, diamètre d’arbre, masse des éléments
rapportés (roue, piston)
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Mesure des vibrationsMesure des vibrations
K1 K2C1 C2
Le balourd résiduel va créer des vibrations On mesure les vibrations au niveau des paliers à l’aide de
sondes Les vibration sont surveillées en permanence en
fonctionnement
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Amplitude de vibration en fonction de la vitesse
0
10
20
30
0 5000 10000 15000
Plage de vitesse
1ère vitesse critique
2nde vitesse critique
Vitesse (RPM)
Vibration (µm)
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ConclusionConclusion Le compresseur est une machine Le compresseur est une machine
complexecomplexe La conception est un compromis La conception est un compromis
entre exigences mécaniques et entre exigences mécaniques et l’aérodynamiques. l’aérodynamiques.
Nécessite de nombreux auxiliaires : Nécessite de nombreux auxiliaires : console d’huile, panneau d’injection console d’huile, panneau d’injection gas sealgas seal
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Des questions ?Des questions ?
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Exemple de relevés de vibrationsExemple de relevés de vibrations
Exemple de relevés de vibrationsExemple de relevés de vibrations