Les compresseurs volumétriques ou alternatifs à piston

Projet de fin d’étude ingénieur d’état génie mécanique

Principe de fonctionnement des composantes du réseau

L’importance de l’air comprimé

L’air comprimé c’est la deuxième source d’énergie industrielle, après l’électricité, c’est pour ça qu’il doit légitimement bénéficier d’études particulières pour optimiser sa production et son utilisation. C’est pourquoi, les réseaux qui véhiculent l’air comprimé constituent logiquement un enjeu d’importance, pour chaque entreprise, en termes de coûts d’exploitation et de maintenance. Dans l’industrie, l’air comprimé est un vecteur énergétique unanimement adopté qui transporte la puissance, l’énergie et le travail :  on ne peut pas faire « sans » car certains équipements sont conçus au départ en mode pneumatique ;  sa mise en œuvre est pratique, simple, flexible, instantanée ;  par rapport à un équivalent électrique, un outil pneumatique est plus léger à puissance égale, ou plus puissant à poids égal. Il est plus robuste ; il supporte sans problème les blocages intempestifs ; les « disparitions » d’outils sont plus rares ;  l’air comprimé est également une « utilité » : son usage peut devenir très large. Car en plus d’être un vecteur de puissance facilement stockable et transportable, il est également utilisé comme moyen incomparable de séchage, de refroidissement, de nettoyage, d’éjection de déchets, de transport, de levage… avec la sécurité d’un fluide non inflammable et antidéflagrant ;  il offre enfin des utilisations spécifiques dans l’industrie, la plongée sous-marine, les centres hospitaliers et peut participer directement aux processus de production dans les secteurs tels que les industries chimiques, agroalimentaires, pharmaceutiques, papetières, le raffinage, la production électrique.

Les composantes de l’installation

Un réseau optimal doit offrir une capacité d’air comprimé et un débit suffisants pour une certaine pression de service. Les pertes d’énergie doivent être évitées. Ce réseau se compose essentiellement de :  Ventilateur  Séparateur huile/eau  Compresseur  Prise d’air  Réservoir d’air comprimé  Sécheur  filtres

Compresseur  mécanique

Un compresseur mécanique est un organe mécanique destiné à augmenter par un procédé uniquement mécanique la pression d’un gaz.
 Les Types des compresseurs: Il existe deux grandes catégories de compresseur en fonction de la façon dont le fluide frigorigène est comprimé.

Les compresseurs volumétriques ou alternatifs à piston

Le fluide est comprimé par variation de volume d’une capacité dans laquelle il a été préalablement aspiré. La compression peut être réalisée :  par un ou plusieurs pistons se déplaçant dans une capacité de volume donnée. Ce sont les compresseurs alternatifs  par déplacement, à l’intérieur d’un corps cylindrique creux (stator), d’une masse excentrée (rotor), agissant sur une spirale fixe. Ce sont les compresseurs rotatifs  par rotation d’une spirale mobile dans une spirale fixe. Ce sont les compresseurs à spirales (spiro compresseur ou scroll)  par rotation de deux rotors hélicoïdaux. Ce sont les compresseurs à vis.

Les compresseurs centrifuges : La compression du fluide est due aux effets de la force centrifuge.

Compresseurs rotatifs à vis : Le compresseur à vis reste le modèle plus courant. Il fonctionne avec des vis en guise de piston : lorsque les vis se resserrent, la compression s’effectue. Ce type de compresseur fonctionne avec une vis hélicoïdale. Cette pièce maîtresse se compose de deux éléments qui tournent l’un vers l’autre  un rotor mâle,  un rotor femelle.
Avec cette rotation, l’espace entre eux diminue et la compression s’effectue. Selon la longueur, le profil de la vis et la forme de l’orifice de refoulement, la pression est plus ou moins forte.

Compresseurs à pistons : Les compresseurs de ce type comportent un piston entraîné par un vilebrequin et un moteur électrique. Les compresseurs à piston à usage général sont disponibles sur le marché dans des puissances comprises entre moins de 1 HP et 30 HP environ. Ils sont souvent employés pour fournir de l’air à des dispositifs de régulation et d’automatisation dans les bâtiments.

Compresseurs à palettes : Un compresseur rotatif à palettes met en jeu un rotor à rainures excentré, situé dans un cylindre. Les rainures longitudinales du rotor sont équipées chacune d’une palette. Lorsque le rotor tourne, ces  palettes sont plaquées vers l’extérieur par la force centrifuge et elles coulissent à l’intérieur des rainures en raison de l’excentricité du rotor par rapport au stator. Les palettes balayent le cylindre, aspirant l’air d’un côté et le rejetant de l’autre. Les compresseurs à palettes servent généralement dans des applications de petite puissance lorsqu’existent des problèmes d’encombrement; ils ne sont toutefois pas aussi efficaces que les compresseurs rotatifs à vis.

Table des matières

Chapitre I : Contexte général du projet
Présentation de l’entreprise
Organigramme de l’usine
Gamme de produit
Procédés de fabrication du ciment
Exploitation de carrière
Concassage
Pré homogénéisation
Dosage
Broyage de cru
Homogénéisation
Atelier cuisson
Refroidissement
Broyage charbon
Stockage du clinker
Broyage ciment
Ensachage et expédition
Cadre du projet
Objectif du projet
Planification du projet
Conclusion
Chapitre II : Description de l’installation des compresseurs
Principe de fonctionnement des composantes du réseau
l’importance de l’air comprimè
les composantes de l’installation
Compresseur
Sécheur
Réservoir d’air comprimé
Séparateur huile/eau
Les filtres
Les purges de condensat
Conclusion
Chapitre III : la problématique
Définition de l’anomalie
Introduction
Description des grands consommateurs
Filtre de dépoussiérage
Filtre commun
Filtre process charbon
Air choc
Calcule du besoin des consommateurs en air comprimé
Relations de calcule
Consommation en air comprimé
Transformation du m3/h en Nm3/h
Application de conversion du m3 en Nm3
Chapitre IV : Contexte général du projet
Analyse de la marche anormale des compresseurs de la zone cuisson
Application 1
Calcul du besoin en air des consommateurs
Consommation des air-choc
Calcul du débit des compresseurs
Débit du compresseur air de service
Débit du compresseur air de service stand-by
Conversion /ℎ par l’application KAESER
Comparaison entre le besoin en air des consommateurs et le débit des compresseurs
Conclusion
Chapitre V : les causes de la différence de débit
Examiner l’installation
Marche des compresseurs
Temps de fonctionnement en charge et les temps d’exploitation de l’installation
Analyser l’existant
Etude de cas
Conclusion
Contrôle des fuites
Calcul des fuites par mesure du temps de marche à vide du compresseur par l’application KAESER
Compresseur Maitre
Compresseur esclave1
Compresseur esclave 2
Compresseur STAND-BY
Pertes par frottement des canalisations
Perte de charge
Conclusion
Comparaison entre la consommation d’air comprimé
Anomalie
Résultats de la visite
Points de différence
Récapitulatif
Points de déférence
Conclusion
Historique de maintenance des compresseurs d’air comprimé
Arbre des causes
Défaillance clapet anti-retour
Conclusion
Chapitre VI : Solutions proposées
Introduction
Etude de la 1ère proposition
Le choix de la pente
Formule de calcul
Formule de Colebrook
Formule de Manning Strickler
Etude de cas
Realtion de calcul
Calcul de la durée de vie
ChapitreVII: Contexte général du projet
Analyse de la marche anormale des compresseurs de la zone cuisson
Matériau utilisé
Calcul de la durée de vie de la conduite principale dans le cas du fonctionnement normale
Relation de calcul
Etude de cas
Modélisation géométrique de la pièce sous CATIA V5
Dessin industriel de l’installation
La conception du reseau sous CATIA V5
Etude de plasticité par la contrainte de Von mises
Concentration des charges dans la conduite principale
Etude de la 2eme proposition
Définition
Evacuation du condensat
Bien choisir l’emplacement des purgeurs
Assurer le support et l’inclinaison des conduites
Etude de cas
Etude de la 3eme proposition
Constatation
Analyse du circuit existant
Schéma des compresseurs de la zone cuisson
Consommation dans le circuit
La solution proposée
Etude des réservoirs a installés
Etude des conduites a installés
Comparaison Avant /Après
Taux d’amélioration
Détermination du volume des fuites Avant/Après
Réalisation de la solution
Annexes

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