chapitre 2 généralités sr les compresseurs c
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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
BOUMERDESFHC 2006 14
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.
BOUMERDESFHC 2006 15
Généralités sur les compresseursChapitre II
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
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Généralités sur les compresseursChapitre IIgrâce à la rotation des aubes; celle-ci est à son tour transformé en énergie de
pression dans le diffuseur.
BOUMERDESFHC 2006 17
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
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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).
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Généralités sur les compresseursChapitre II
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FIG
.II.5:
Généralités sur les compresseursChapitre II
BOUMERDESFHC 2006 21
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).
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Fig II .7: parcourt du gaz à l'entrée du compresseur (brides d’aspiration)
Généralités sur les compresseursChapitre II
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);
BOUMERDESFHC 2006 23
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.
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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
Généralités sur les compresseursChapitre II
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.
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Fig. II.10 : Parcourt du gaz au niveau de diffuseur
Généralités sur les compresseursChapitre II
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Fig II.11 : Schéma présentant la volute de refoulement
Fig II.12: Parcourt du gaz à la sorties du compresseur (brides de refoulement)
Généralités sur les compresseursChapitre II
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.
BOUMERDESFHC 2006 27
Généralités sur les compresseursChapitre II
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.
BOUMERDESFHC 2006 28
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.
BOUMERDESFHC 2006 29
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
Généralités sur les compresseursChapitre II
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.
BOUMERDESFHC 2006 31
Piston d'équilibrage
Fig II .16
Généralités sur les compresseursChapitre II
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
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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.
BOUMERDESFHC 2006 33
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
BOUMERDESFHC 2006 34
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.
BOUMERDESFHC 2006 35
Paliers porteurs
Fig II .18: palier porteurs
Généralités sur les compresseursChapitre II
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.
BOUMERDESFHC 2006 36
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.
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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
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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.
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Pompage
105%
104% 102%
100% tniop
04 05 06 07 08 09 001 011 %lanimon tibéd ud
021
011
001
09
08
%el
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