Principe de fonctionnement d’un compresseur centrifuge 

Généralité sur les compresseurs

Introduction

Un compresseur est une machine qui a pour fonction d’élever la pression du fluide compressible qui le travers son nom traduit le fait que le fluide comprime (son volume diminue) au fur et à mesure de l’augmentation de pression.
Les gaz étant des fluides compressibles nécessitent des compresseurs, alors que les liquides incompressibles nécessitent des pompes pour des taux de compression très faibles, les gaz peuvent être considérés comme incompressibles on utilise alors ce qu’on appelle des soufflantes ou des ventilateurs.
L’élévation de pression d’un gaz par un compresseur est utilisée pour :
– Atteindre un niveau de pression déterminé par des processus tel que :
• Les réactions chimiques nécessitant pression, la température du catalyseur (fonction appoint);
• Le stockage dans des cavités;
• La liquéfaction ou la séparation;
• Les cycles de réfrigération;
• L’alimentation d’un réseau d’air comprimé (transmission d’énergie).
– Compenser les pertes de charges liées à la circulation d’un débit gazeux dans un réseau comme par exemple pour:
• Des réactions chimiques incomplètes nécessitant le recyclage des gaz non transformés (fonction recycle) ;
• Le transport de gaz dans une canalisation.
L’équation fondamentale
P v = rT (2.1)
r: la grandeur qui conserve une valeur fixe pour un gaz parfait donné (constante spécifique du gaz) tandis que pour un fluide gazeux non assimilable à un gaz parfait elle varie avec les grandeurs P et T.
P: la pression absolue [N/m²].
V: le volume massique [m cube/Kg].
T: la température absolue [K].
La relation (2.1) montre immédiatement que pour augmenter la pression d’un gaz ; on peut agir soit sur sa température, soit sur son volume spécifique, soit encore sur les deux grandeurs à la fois.

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).

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 conditions 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).

Type des compresseurs et classification :

Les compresseurs peuvent être classés selon plusieurs caractéristiques Selon :
– le principe de fonctionnement (volumétrique, dynamique)
– mouvement des pièces mobiles (mouvement linéaire, rotatif)
– les compresseurs d’air
– les compresseurs des gaz
On général il existe deux grandes familles de compresseur, les compresseurs volumétriques et les compresseurs dynamiques, Dans les premiers, l’élévation de pression est obtenue on réduisant un certain volume de gaz par action mécanique, Dans les seconds, on augmente la pression en convertissant de façon continue l’énergie cinétique communiquée au gaz en énergie de pression due à l’écoulement autour des aubages dans la roue

Compresseurs volumétriques

On divise cette famille on deux catégories :

Compresseurs alternatifs :

Le gaz est introduit dans espace limité par des parois métallique (cylindre et piston) L’espace à disposition du gaz est réduit (le piston avance) et par conséquent la pression augmente, quand la pression est parallèle à celle du circuit de haute pression le gaz est refoulé.
On distingue deux types :
1. Compresseur à piston : (Système bielle manivelle ; Système à barillet)
2. Compresseur à membrane
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 différents indices:
 disposition des cylindres (horizontale, verticale);
 nombres des cylindres (monocylindrique, …);
 méthode de refroidissement (air, eau);
 méthode de graissage (barbotage, sous pression,…). b. Compresseur à membrane
C’est la déformation élastique d’une membrane qui assure l’aspiration et la compression du gaz. Un système hydraulique permet d’assurer la flexion de la membrane : un piston se déplace dans le cylindre et agit sur le fluide hydraulique qui transmettra son mouvement oscillatoire à la membrane.
Le rôle du plateau à trous est d’assurer une bonne répartition du fluide sous la membrane. Celle-ci est souvent constituée de trois disques métalliques : ce système a l’avantage de permettre la détection de la rupture de la membrane par une mesure de pression.
La membrane assure une étanchéité statique côté gaz procédé. De ce fait, les compresseurs à membrane sont utilisés pour des gaz dangereux, nocifs et corrosifs.
La membrane permet également de réaliser l’étanchéité vis à vis de la partie mécanique.

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.
• Compresseur à lobes

Le compresseur à palet

Il est constitué d’un stator dans lequel tourne un rotor excentré. Ce dernier est muni de rainures dans lesquelles coulissent des palettes qui sont plaquées contre la paroi du stator par la force centrifuge. Sous l’action de la force centrifuge, les palettes sont continuellement appliquées contre le cylindre. Le volume compris entre deux palettes est variable. Le gaz aspiré par augmentation progressive du volume est ensuite emprisonné entre deux palettes et transporté vers le refoulement. dans cette zone refoulement, le volume diminue et le gaz comprimé s’échappe dans la tuyauterie de refoulement.

Le compresseur à vis 

La partie mobile est composée de deux vis s’engrenant l’une dans l’autre .Ces deux vis tournent en sens contraire. Le passage du gaz s’effectue parallèlement aux axes des deux vis. La vis femelle comporte toujours un pas de plus que la vis mâle avec un profil différent.

Compresseur à lobes 

Ils comprennent deux rotors engrenés qui ont le profil d’un lobe. Ils sont logés dans un corps muni de deux orifices, un pour l’aspiration, l’autre pour le refoulement. L’engrenage des deux rotors est réalisé à l’aide d’un couple de pignons de synchronisation placé à l’extérieur de la machine. Le jeu entre les rotors peut varier de 0,1 à 1mm suivant le type de machine. Les arbres des rotors sont portés par des roulements placés à l’extérieur. L’étanchéité vers l’extérieur est assurée soit par des presses étoupes, soit par des garnitures mécaniques. L’entraînement des deux rotors se fait en sens inverse l’un de l’autre.

Compresseurs dynamiques 

Au point de vue de l’écoulement du fluide, les compresseurs dynamiques se divisent en machines axiaux et centrifuges. Les compresseurs centrifuges augmentent l’énergie du gaz comprimé grâce à la force centrifuge qui est provoquée par le mouvement de rotation des roues à aube. L’indice principal de ces compresseurs est la continuité de l’écoulement de l’entré à la sortie, A l’entrée de la roue se passe la compression du gaz et l’augmentation de l’énergie cinétique. L’énergie cinétique obtenue par le gaz est transformée en énergie potentielle dans les éléments immobiles.

Compresseurs axiaux

Les compresseurs axiaux comme les compresseurs centrifuges, sont des turbocompresseurs, l’accroissement de pression résulte d’une action sur la vitesse de fluide. 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 grâce à la rotation des aubes ; celle-ci est à son tour transforme en énergie de pression dans le diffuseur. 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. 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 servent de canaux d’écoulement, et forment un aubage.
Les roues solidaires à l’arbre fournissent de l’énergie à ce dernier. Une partie de cette énergie est transformée en augmentation de pression directement dans les roux, le reste dans le stator, c’est-à-dire dans les diffuseurs. Bien que la théorie des compresseur centrifuges soit connue avec plus ou moins de raffinement; depuis fort longtemps ce n’est qu’aux alentour 1945-1950 que leur utilisation industrielle à grande échelle commença. Actuellement le fait est établi que leur production excède celle des compresseurs alternatifs pour les raisons les suivantes:
– la taille des usines chimiques augmente continuellement d’où des volumes de gaz comprimé est de plus en plus importants; ce qui est a l’avantage des compresseurs centrifuges.
– Il faut généralement plusieurs compresseurs alternatifs pour remplacer un seul compresseur centrifuge.
– la compression se fait à sec sans huile dans le gaz.
– Les pulsations de pressions sont faibles d’où en principe des massifs de fondation moins onéreux.
Bien étendu les compresseurs centrifuges ont aussi quelques inconvénients par rapport à ceux alternatifs, leurs rendements, de l’ordre de 77% suivant les cas:
Leur exploitation demande une main d’œuvre très qualifiée et capable de discerner, dans un but préventif les causes provoquant le changement de la machine en cours d’exploitation: par exemple, les causes possibles d’évolution du niveau des vibrations du rotor. Les contrôles et la surveillance systématique de ces machines, jouent un grand rôle dans leur fiabilité.
Après permet de se familiariser avec les compresseurs centrifuges.
Le compresseur centrifuge très utilisé en raffinage et dans les industries chimiques.

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 appelé volute d’aspiration et converge uniformément vers le centre de toutes les directions radiales (voir la Fig.II.9). Dans la chambre annulaire du coté opposée par rapport à la bride d’aspiration, il existe une ailette pour éviter la formation de tourbillons du gaz.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I  » Historique et description de l’unité »
I. PRESENTATION DE CHAMP –OUED NOUMER
І.1. Introduction
I .2 Situation géographique
І.3 Organigramme d’Oued-Noumer
I.4 Date de début de construction
I.5. Date de démarrage
І.6. Capacité de production et de stockage
I.7. Caractéristiques de machines tournantes
Chapitre II  » Généralités sur les compresseurs « 
II.1Introduction
II .2. Définition
II. 3.But de la compression
II.4.Type des compresseurs et classification
II.5. Compresseurs volumétriques
II.5.1. Compresseurs alternatifs
a. Compresseurs à piston
b. Compresseur à membrane
II.5.2 Compresseurs rotatifs volumétriques
a. Le compresseur à palet
b. Le compresseur à vis
C. Compresseur à lobes
II.6. Compresseurs dynamiques
II.7. Compresseurs axiaux
II.8. Compresseur centrifuge
II.9. Principe de fonctionnement d’un compresseur centrifuge
II.10. Classification des compresseurs centrifuges
II.10.1. compresseurs avec corps ouverts horizontalement
a. Compresseurs MCL
b. Compresseur 2MCL
.Compresseur 3MCL d
II.10.2. Compresseur avec corps ouverts verticalement
A. Compresseurs 2BCL
B. Compresseurs 2BCL
C .Compresseurs DBCL
II.10.3. Compresseurs avec corps en forme de cloche
a. DBCL avec corps en forme de cloche
b .Compresseurs type BCL-VH
C. Compresseurs type SR
II.11. Utilisation des compresseurs centrifuges le domaine industrielle
II.12. Comparaison entre les différents types des compresseurs
Chapitre III « Description et Exploitation du Co mpresseur Centrifuge K101 A »
III. 1 Définition du compresseur K101A
III. 2 Les organes constituant le compresseur
III.2.1 Le bâti
III.2.2 Diaphragme
III.2.3 Rotor
III.2.4 Arbre
III.2.5 Roues
III.2.6 Piston d’équilibrage
III.2.7 Arbre d’accouplement
III.2.8 Collet du palier de butée
a. Douilles intermédiaires
b. Douilles sous garnitures d’étanchéités à huile
C. Étanchéités .
III.2.9 Garnitures à labyrinthe
III.2.10 Garnitures d’Etanchéités à huile
III.2.11 Garnitures mécaniques
III.2.12 Paliers
A. Les paliers porteurs
B. Paliers à patins inclinables
C. Paliers de butée
III.3. Système de graissage et d’étanchéité
III.9.1 Circuit de l’huile de graissage
III.9.2 Système d’étanchéités en bout d’arbre du compresseur
A. Étanchéité interne
B. Etanchéité externe
Chapitre IV « Résultats et interprétation « 
IV.1. Introduction
IV.2. Calcul des travails au 1ier étage
] IV.2.1. Travail adiabatique
IV.2.2. Travail polytropique
IV.2.3travairéel
IV.2.3.Calcul des travails au 2eme étage
a)aspiration
b)refoulement
IV.4.1. Travail adiabatique
IV.3.2. Travail polytropique
IV.3.3. Travail réel
IV.4. Travail global du compresse
4.1Travail adiabatique
4.2 Travail polytropique
V.5. Calcul des rendements
IV.5. 1 Interprétation des résultats
IV.6. Calcul des pressions intermédiaires
IV.7. Calcul des températures intermédiaires
[ IV.8. Calcul de puissance
IV.9.Étude de la poussée axiale
V.9.1. Origine de la poussée axiale
IV.9.2. Distribution de la pression sur les surfaces de la roue (impulseur)
IV.9.3. La poussée axiale sur les roues
IV.9.4. Poussée axiale sur le piston d’équilibrage
IV.9.5. Calcul des poussées axiales
Poussée axiale sur roues
La poussée axiale sur le piston d’équilibrage
La poussée axiale sur collet de butée
IV.10. Vérification de résistance de l’arbre du compresseur
IV. 10.1. Détermination des diagrammes des efforts tranchants et des moments fléchissant
Forces agissantes sur l’arbre
a) Poids des roues
b) Poids du disque d’équilibrage]
c) Poids du manchon d’accouplement
d) Le poids du collet de butée
e) Poids de l’arbre
f) Calcul des réactions
g) Vérification des valeurs des réactions
IV. 10.2 Calcul des efforts tranchants
IV. 10.3. Détermination des moments fléchissant
a) Calcul du moment résultant total
Vérification à la résistance
Chapitre IV  » maintenance et entretien « 
V.1. Introduction
V.2. Fonction maintenance dans la station de Oued- Noumer
V .3. Objectif du service maintenance de Oued-Noumer
V.4. Entretien du compresseur k101 A
V.4.1. Mise en route
V.4.2. Arrêt
V.4.3. Entretien courant
a. Une fois par jour
b. Une fois par semaine
c. Tous les trois mois
d. Une fois par an ou à intervalles correspondant à un cycle complet de l’installation « révision générale »
V.5. Les pannes usuelles de compresseurs
V.5. Conséquences de la maintenance
Conséquences d’une bonne maintenance
Conclusion générale
Références bibliographiques
Annexes

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