Basics of Air Pressure: Displacement Compression and Dynamic Compression
16 March, 2023
There are two generic principles for the compression of air (or gas): Positive displacement compression and dynamic compression. This guide covers both.
Guide des types de compresseurs dynamiques : centrifuges et axiaux
Lorsque vous avez besoin de beaucoup de puissance, un compresseur dynamique est le choix idéal. Ils sont disponibles en versions axiale et radiale et sont souvent appelés turbocompresseurs. Les compresseurs radiaux sont appelés compresseurs centrifuges.
Un compresseur dynamique fonctionne à une pression constante, contrairement à un compresseur volumétrique, par exemple, qui fonctionne à un débit constant. Les performances d'un compresseur dynamique sont affectées par certaines conditions externes. Par exemple, un changement de température d'entrée entraîne un changement de la capacité.
Qu'est-ce qu'un compresseur centrifuge ?
Le compresseur centrifuge se caractérise par son débit de refoulement radial. L'air est aspiré au centre d'un impulseur rotatif à pales radiales. Il est poussé vers le périmètre de l'impulseur par des forces centrifuges. Le mouvement radial de l'air entraîne simultanément une augmentation de pression et une génération d'énergie cinétique. Avant que l'air ne soit amené au centre de l'impulseur de l'étage de compresseur suivant, il passe à travers un diffuseur et une volute. C'est là que l'énergie cinétique est convertie en pression.
Chaque étage absorbe une partie de la montée de pression globale de l'unité de compresseur. Dans les machines industrielles, le rapport de pression maximum d'un étage de compresseur centrifuge ne dépasse pas souvent 3. Les rapports de pression plus élevés nuisent à l'efficacité de l'étage. Les applications multiétagées offrent la possibilité d'un refroidissement intermédiaire pour réduire les besoins en énergie. Plusieurs étages peuvent être disposés en série sur un seul arbre à faible vitesse. Ce concept est souvent utilisé dans les industries pétrolières, gazières et de transformation.
Le rapport de pression par étage étant faible, un grand nombre d'étages et/ou plusieurs groupes de compresseurs sont utilisés pour obtenir la pression désirée. Pour les applications de compression d'air, un carter d'engrenages haute vitesse est intégré aux étages du compresseur pour faire tourner les impulseurs sur des pignons à grande vitesse. L'impulseur peut être à conception ouverte ou fermée.
Conception ouverte
Les impulseurs les plus couramment utilisés pour les applications d'air à grande vitesse sont les impulseurs à conception ouverte. Dans ce cas, l'impulseur est normalement fabriqué dans un alliage spécial d'acier inoxydable ou d'aluminium. La vitesse de l'arbre de l'impulseur est très élevée par rapport à celle d'autres types de compresseurs. Des vitesses de 15 000 à 100 000 tr/min sont courantes. Cela signifie que l'arbre ou le pignon du compresseur haute vitesse est supporté par des paliers lisses à film d'huile au lieu de roulements à rouleaux.
Sans lubrifiant
Il est également possible d'utiliser des paliers à film d'air ou des paliers magnétiques actifs pour obtenir une machine totalement sans huile. Deux impulseurs sont montés à chaque extrémité du même arbre pour contrebalancer les charges axiales causées par les différences de pression. En général, 2 ou 3 étages avec refroidisseurs intermédiaires sont utilisés pour les applications d'air comprimé standard.
Dans une configuration moderne du compresseur d'air centrifuge, des moteurs électriques à vitesse très élevée sont utilisés pour entraîner directement les impulseurs. Cette technologie permet d'obtenir un compresseur compact sans carter d'engrenages muni d'un circuit de lubrification à l'huile, ce qui en fait un compresseur totalement sans huile.
Joints d'étanchéité
Chaque compresseur centrifuge doit être étanche pour réduire les fuites le long de l'arbre lorsqu'il traverse le corps du compresseur. De nombreux types de joints sont utilisés et les plus avancés se trouvent sur des compresseurs à grande vitesse destinés aux pressions élevées. Les types les plus courants sont les joints de type labyrinthe, les joints annulaires ou joints à interstice contrôlé (généralement en graphite) et les joints mécaniques.
Un compresseur axial a un débit axial, grâce auquel l'air ou le gaz passe le long de l'arbre du compresseur à travers des rangées de pales rotatives et stationnaires. De cette manière, la vitesse de l'air augmente progressivement à mesure que les pales stationnaires convertissent l'énergie cinétique en pression. Une barrique d'équilibrage est généralement intégrée dans le compresseur pour contrebalancer la poussée axiale.
Les compresseurs axiaux sont généralement plus petits et plus légers que leurs homologues centrifuges et fonctionnent normalement à des vitesses plus élevées. Ils sont utilisés pour des débits d'air constants et élevés à une pression relativement modérée, par exemple dans les systèmes de ventilation. Compte tenu de leur vitesse de rotation élevée, ils sont idéalement couplés à des turbines à gaz pour la production d'électricité et la propulsion des avions.
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