Compresseurs Alternatifs Fonctionnement Technologie

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Compresseurs Alternatifs Fonctionnement Technologie

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  • MT COM - 01620_A_F - Rv. 2 16/01/2007

    Raffinage-Ptrochimie-Chimie-Ingnierie

    ENTRETIEN-INSPECTION DES MACHINES TOURNANTES

    COMPRESSEURS ALTERNATIFS Fonctionnement - Technologie

    I - PRSENTATION DES COMPRESSEURS ALTERNATIFS ..................................................... 1

    II - PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES COMPRESSEURS ALTERNATIFS :CYCLE DE COMPRESSION..................................................................................................... 3

    1 - Fonctionnement des soupapes d'aspiration et de refoulement .................................................... 32 - Cycle thorique ............................................................................................................................ 43 - Interprtation de l'allure du cycle thorique .................................................................................. 64 - Cycle rel ..................................................................................................................................... 7

    III - PERFORMANCES RELLES ................................................................................................... 8

    1 - Temprature de refoulement relle .............................................................................................. 82 - Dbit rel ...................................................................................................................................... 93 - Puissance consomme l'accouplement de la machine ............................................................. 9

    IV - ADAPTATION D'UN COMPRESSEUR ALTERNATIF AUX CONDITIONS DE SERVICE ..... 11

    1 - Effet d'une variation de pression ................................................................................................ 112 - Effet d'une variation de la temprature d'aspiration ................................................................... 133 - Effet d'une variation de la nature du gaz.................................................................................... 13

    V - ADAPTATION DU DBIT COMPRESSEUR AU DBIT PROCD ...................................... 15

    1 - Rglage de dbit par arrt du compresseur ............................................................................... 152 - Rglage de dbit par mise vide de clapet ............................................................................... 153 - Rglage du dbit par modification de l'espace mort .................................................................. 164 - Rglage de dbit par retard la fermeture des clapets d'aspiration .......................................... 17

    VI - TECHNOLOGIE DES LMENTS CONSTITUTIFS AUX COMPRESSEURSALTERNATIFS ........................................................................................................................ 18

    2007 ENSPM Formation Industrie - IFP Training

  • 01620_A_F 2007 ENSPM Formation Industrie - IFP Training

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    I - PRSENTATION DES COMPRESSEURS ALTERNATIFS

    Les diffrents compresseurs alternatifs se distinguent en premire approche par leur forme extrieureessentiellement cre par la disposition des cylindres.

    Quelques dispositions caractristiques sont reprises ci-dessous.

    Cylindre horizontal Cylindres en tandem

    Cylindre en V 90 Cylindres en querre

    VilebrequinBielle

    CrosseTige Piston Cylindre BP

    Cylindre BPCylindre BP(vertical)

    Cylindre HP

    Cylindre HP

    Cylindre HP(horizontal)

    Bielles articulessur le mmemaneton

    D T 7

    32 C

    Ces machines peuvent tre dcomposes en sous-ensembles, tels que :

    - la partie compression qui comprend le cylindre, le piston, les clapets et les systmesd'tanchit, segments et garniture. Le cylindre est dit double effet lorsque le pistoncomprime sur les deux faces du piston. Il est alors actionn par la "tige de piston".

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    2

    ClapetPiston avecsegments

    EntretoiseTige de piston

    Garnitured'tanchitCylindre

    Fond decylindre

    D T 1

    461 A

    D T 1

    460 A

    Cylindre simple effet Cylindre double effet

    Vilebrequin VilebrequinBielle Bielle

    Coulisseauou

    crosse TigeEffet

    arrire PistonPiston

    Effet avant

    Effet avant

    - la partie mouvement

    Elle permet la transformation de la rotation en mouvement alternatif grce au systme bielle-manivelle, sur les compresseurs double effet ce dispositif est complt par un ensembleglissire-coulisseau permettant de conserver un mouvement rectiligne la tige de piston.

    Bati Glissire

    Tige depiston

    CoulisseauBielleManivelleou vilebrequin

    D T 1

    459 A

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    3

    - les auxiliaires

    On peut classer dans les auxiliaires les systmes de lubrification du mouvement et des partiesen contact avec le gaz, les circuits d'eau, les ballons antipulsatoires et les divers systmes descurit ou de rgulation.

    II - PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES COMPRESSEURS ALTERNATIFS : CYCLE DECOMPRESSION

    Le mcanisme de la compression dans un compresseur alternatif peut tre dcrit par un cycle qui reprsentel'volution de la pression rgnant dans le cylindre en fonction du volume offert au gaz.

    On peut distinguer :

    un cycle "thorique" qui traduit une volution isentropique (adiabatique-rversible) etune perfection des clapets

    un cycle "rel" tenant compte des imperfections de la machine et de la rfrigration descylindres

    Toutefois, il apparat ncessaire d'expliciter auparavant trs brivement le fonctionnement automatique dessoupapes d'aspiration et de refoulement.

    1 - FONCTIONNEMENT DES SOUPAPES D'ASPIRATION ET DE REFOULEMENT

    L'coulement du gaz dans un compresseur piston est assujetti la prsence de clapets anti-retour l'aspiration et au refoulement de chaque effet. Ces clapets sont galement appels soupapes.

    Toutes ces soupapes comportent :

    un (ou plusieurs) clapet susceptible d'tre soulev ou appliqu sur son sige solidairedu cylindre

    un (ou plusieurs) ressort s'appuyant sur le (ou les) clapet. Le sens d'action du ressortest tel qu'il tend toujours plaquer le clapet sur son sige

    un systme permettant de guider le clapet lors de son soulvement

    Les deux schmas ci-dessous prsentent de manire simplifie les lments intervenant dans lefonctionnement d'une soupape d'aspiration.

    PAPC

    FR

    S1

    Surface S2

    Clapet

    Action duressort

    Action de lapression

    d'aspiration

    Action de lapression

    du cylindre D T 44

    0 A

    Depuis brided'aspiration

    Guidagedu clapet

    PA

    PC

    Cylindre

    Ressort

    Clapet

    Sige duclapet

    Intrieurdu cylindre

    D T 4

    39 A

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    Le clapet est soumis l'action de trois forces :

    force due l'action de la pression rgnant dans le cylindre Pc sur la surface S2 duclapet

    force due la pression d'aspiration PA sur la surface S1 force due l'action du ressort (faible vis--vis des forces dues aux pressions)

    Dans le cas de la soupape d'aspiration, on peut dire que son clapet reste appliqu sur le sige tantque l'action de la pression dans le cylindre est suprieure celle de la pression rgnant dans laconduite d'aspiration augmente de la lgre pousse du ressort.

    La pression qui conditionne l'ouverture du clapet d'aspiration est :

    Pc = PA S1S2

    Pressort avec Pressort = FRS2

    Pour une pression d'aspiration faible l'influence du ressort peut tre sensible.

    La pression d'ouverture est infrieure de 10 20 % la pression d'aspiration. Ds l'ouverture du clapetle dbit qui le traverse a pour effet :

    de rduire la diffrentielle de pression de crer un effet de dpression sous le clapet d l'nergie cintique

    Le fonctionnement des soupapes de refoulement est similaire. Le clapet tant alors invers parrapport un clapet d'aspiration, il faut une pression dans le cylindre Pc bien plus leve que lapression de refoulement pour le dcoller du sige.

    Pc = Pref x S2S1

    + Pressort

    Dans ce cas l'influence du ressort sur la pression d'ouverture est totalement ngligeable. Par contre lerapport des surfaces oblige pour l'ouverture du clapet des surpressions importantes notamment pourdes pressions de refoulement leves.

    Les clapets ont une grande importance dans le cot d'exploitation d'un compresseur car ils influent surson rendement en absorbant une partie de l'nergie communique au compresseur, de 20 50 %.

    2 - CYCLE THORIQUE

    Le schma ci-aprs prsente, dans un diagramme pression-volume, le cycle thorique d'un effet d'uncompresseur alternatif.

    Le piston se dplace entre deux points extrmes :

    point mort bas (PMB) associ un volume V1 point mort haut (PMH) associ un volume mort VM vitant tout contact entre piston et

    fond de cylindre

    L'ouverture et la fermeture des soupapes sont automatiques et supposes immdiates dans le casd'un cycle thorique :

    point 2 : ouverture des soupapes de refoulement quand Pgaz = P2 point 3 : fermeture des soupapes de refoulement ds que Pgaz < P2 point 4 : ouverture des soupapes d'aspiration quand Pgaz = P1 point 1 : fermeture des soupapes d'aspiration ds que Pgaz > P1

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    Le volume balay par le piston ou volume engendr est :

    VE = V1 VM

    Le volume aspir par cycle est :

    Vasp = V1 V4

    Compte tenu de la dtente du gaz contenu dans le volume mort, le volume aspir par cycle (V1 V4)est plus petit que le volume balay par le piston VE.

    PA

    VM VA VEV1

    PR

    Pression du gazdan