Présentation

Cette séance présente un résumé des principales caractéristiques technologiques des types de compresseurs volumétriques les plus répandus : les compresseurs à piston, à vis et à spirale.

Les indications que nous donnons dans ce module de formation à distance ne pouvant être que très sommaires, nous vous recommandons de lire attentivement le chapitre 4.2 du tome 1 du manuel, et de vous cultiver plus largement sur les aspects technologiques de ces machines, notamment en vous reportant à deux articles des Techniques de l’Ingénieur qui traitent de manière approfondie de ce sujet :

• Compresseurs volumétriques, article B4 420, par Thierry DESTOOP
• Production du froid : technologie des machines industrielles, article B2 365, par Georges VRINAT

Avec l’aimable autorisation de la Direction des Techniques de l’Ingénieur, cette séance a été illustrée à partir d’extraits de leur collection, et en particulier de ces deux articles.

Nous avons en particulier reproduit dans la première activité une classification des compresseurs volumétriques, extraite de l’article B4 420, qui montre la très grande variété des technologies disponibles, qui va largement au-delà de ce qui est abordé dans cette séance.

Nous avons aussi reproduit quelques animations, notamment de la société Danfoss-Maneurop et de Jean-Luc Harion, enseignant-chercheur à l’École des Mines de Douai, que nous remercions pour nous avoir autorisé à le faire.

• manuel : compresseurs volumétriques (pdf, 341 Ko)
• techniques de l’ingénieur

Compresseurs

Compresseurs à piston

• Cylindrée : Vs
• espace mort : ε Vs
• ε = 3 - 5 %
• (voir applet)

• applet compresseur à piston

Compresseurs

Diagramme de Watt théorique

• a - b : admission (Δm)
• (Δm₀) dans volume mort
• b - c : compression isentropique (Δm + Δm₀) jusqu’à P₂
• c - d : expulsion Δm
• d - a : détente isentropique Δm₀ jusqu’à P₁

• Animation : tracé du cycle de Watt synchronisé avec le mouvement du piston

Diagramme de Watt réel

• retard clapets :
• ouverture maximale en e et f
• admission : P < P₁
• refoulement : P > P₂
• compression (b - c’) non adiabatique
• c’ à droite de c
• shunt thermique des parois

Rendement volumétrique λ

• Masse utile :$\Delta m_{\mathrm{th}}=(1+\epsilon )\frac{V_s}{v_1}-\Delta m_0$
• $\Delta m_{\mathrm{th}}=\frac{v_s}{v_1}(1-\epsilon (\frac{v_1}{v_2}-1\left)\right)$
• $\Delta m_{th}=\frac{v_s}{v_1}\left(1-\epsilon ({\left(\frac{p_2}{p_1}\right)}^{\frac{1}{\gamma }}-1)\right)$
• $\Delta m=\lambda \frac{V_{\mathrm{s}}}{v_1}$

Rendement volumétrique λ

• $\Delta m=\lambda \frac{V_s}{v_1}$

  $\lambda =a_0-a_1\frac{P_{\mathrm{ref}}}{P_{\mathrm{asp}}}$

• 0,9 < α₀ < 0,95
• 0,02 < α₁ < 0,07

Rendement de compression η

Rendement isentropique

Rendements

Compresseurs

Puissance de compression

Calcul pratique

• Détermination des conditions d’aspiration
• Calcul du débit volumique théorique
• Recherche des valeurs de λ et η en fonction du rapport de compression
• Calcul du débit volumique réel et sélection de la machine la mieux adaptée
• Détermination de la puissance de compression
• Estimation des pertes mécaniques

Types de compresseurs

• Animation d’un compresseur hermétique

Compresseurs

Compresseurs

Compresseurs à vis

Semi-hermetic Screw Compressor HS.74 Series

Compresseur hélicoïdal hermétique accessible

Design of Bitzer HS. Screw Compressor

Compresseurs spirale

Détail compresseur spirale

Éclaté compresseur spirale

Compresseurs à spirale

• Animation d’un compresseur spirale

Compresseurs vis / spirale

• rapport des volumes interne $V_i=\frac{V_1}{V_{\mathrm{2c}}}$
• rapport de pression interne ${\pi }_i={V_i}^k$

• Animation : pertes par inadaptation du rapport de compression

V_I variable