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Compresseurs

On distingue deux grandes familles de compresseurs:

- Les compresseurs à déplacement ou volumétriques
Un système mécanique isole le gaz dans une chambre dont le volume est variable. L'augmentation du volume de cette chambre crée une entrée du gaz côté aspiration. La réduction de son volume augmente sa pression avant de l'expulser côté refoulement. Ils peuvent être alternatifs ou rotatifs.

- Les compresseurs dynamiques
Un impulseur en rotation rapide accèlère le gaz à son contact. L'énergie dûe à la vitesse acquise par le gaz est ensuite convertie en pression au cours de son ralentissement.

Quand choisir un compresseur volumétrique?

 - Quand le débit d'aspiration est inférieur à 3000m3/h
 - Quand le relevage est supérieur à 500kJ/kg. Le nombre d'étages en compresseur centrifuge serait alors supérieur à 10.
 - Quand il est prévu d'exploiter le compresseur à un débit inférieur à 40% du débit nominal pendant de longues périodes. Pour éviter le phénomène de pompage, le taux de recyclage du gaz sera important pénalisant le rendement du compresseur.
 - Quand la composition du gaz subit de grandes variations. Le design d'un compresseur centrifuge sera difficile.

Quand choisir un compresseur dynamique?

 - Quand un service continu sans interruption pendant plusieurs années est souhaité.
 - Quand le débit d'aspiration est supérieur à 300000m3/h. Un compresseur axial sera le seul choix.

Compresseurs alternatifs à piston

Ils peuvent être lubrifiés (usure réduite et vitesse maximum) ou à piston sec (pas de pollution du gaz par le lubrifiant).

Plusieurs cylindres peuvent être entrainés par le même arbre, agissant en parallèle ou en série sur le gaz.

Les cylindres peuvent être disposés verticalement, horizontalement ou en "V".

L'ajustement du débit peut être fait:
 - par seuils sur une plage réduite en agisant sur les effets en service ou le volume mort des cylindres
 - en continu sur une large plage par variation de la vitesse

Compresseurs alternatifs à membrane

Compresseur à membraneFonctionne selon le même principe qu'un compresseur alternatif à piston mais une membrane souple et résistante isole le piston du gaz à traiter. Un liquide intercalée permet de transmettre le mouvement du piston à la membrane.
Ce type de compresseur est adapté au traitement de gaz toxiques, corrosifs pour lesquels une étanchéïté absolue est requise.
La membrane peut être en métal noble, en polymère ou en métal revêtu. La membrane elle-même n'est  soumise à aucune pression différentielle.

Compresseurs rotatifs à palettes ou anneau liquide

Un rotor muni de palettes est excentré dans une enceinte cylindrique. En tournant il isole des volumes variables de gaz. C'est un compresseur volumétrique.
L'étanchéïté est assurée par le contact de la palette sur l'enceinte cylindrique (compresseur à palette) ou par une couche liquide plaquée sur la paroie de l'enceinte cylindrique par effet centrifuge (compresseur à anneau liquide)
Cette technologie est fréquement utilisée comme pompe à vide.

Compresseurs à vis

Deux vis de pas inverse, montées côte à côte, tournent en sens inverse.  Elles enferment entre leurs filets, un volume gazeux qui est véhiculé d'une extrémité à l'autre de la vis. C'est un compresseur volumétrique.
Les vis peuvent être lubrifiées ou sèches.
Un liquide peut être injecté conjointement avec le gaz, qui permet de limiter sa température et autorise des taux de compression élevés.

- moins sensibles que les compresseurs centrifuges à la variation de masse molaire du gaz.
- peu sensibles à l'encrassement et acceptent des entraînements de liquides ou poussières.
- plus efficaces que les compresseurs à anneau liquide.
- plus petits et moins couteux que les compresseurs alternatifs.

Compresseurs centrifuges

Un impulseur tournant à vitesse élevée (jusqu'à 350 m/sec de vitesse périphérique) accélère le gaz dans une direction radiale par effet centrifuge. C'est un compresseur dynamique.
Si plusieurs étages sont présents, les impulseurs peuvent être montés en ligne sur le même arbre, ou bien sur des arbres différents accouplés par un jeu d'engrenages. Ils peuvent alors tourner à des vitesses différentes.
Ce type de compresseur permet des taux de compression élevés, mais est très sensible à la densité du gaz. Le taux de compression sera limité avec les gaz de masse molaire faibles. Pour les gaz riches en hydrogène préférer les compresseurs volumétriques.

Turbo-compresseurs axiaux

Les compresseurs axiaux utilisent les même principes que les compresseurs centrifuges.
L'impulseur possède des ailettes sur sa périphérie qui accélèrent le gaz dans la direction de l'axe de rotation.
Les compresseurs axiaux sont adaptés à traiter des débits supérieurs aux compresseurs centrifuges mais avec des taux de compression inférieurs.

Compresseurs à lobes

Schéma d'un compresseur à lobesCe type de compresseurs est aussi connu sous le nom de compresseur Roots du nom des inventeurs, les frères Roots en 1860.
Deux rotors tournent en sens inverse dans le corps du compresseur. Leur mouvement est synchronisé par un jeu d'engrenages externe.
Leur forme est telle qu'une poche de gaz est enfermée entre chaque rotor et le corps du compresseur, qui est transférée de l'aspiration vers le refoulement au cours du mouvement de rotation. Le faible jeu au point de contact des deux rotors interdit le retour du gaz depuis le refoulement vers l'aspiration.
Chaque rotor peut avoir deux ou trois lobes. Ceux-ci peuvent être droits ou hélicoïdaux.
C'est un compresseur volumétrique.
Leur capacité volumique est limitée à 50000m3/h environ et la pression différentielle qu'ils peuvent générer est limitée à 2 ou 3bars.
Leur application typique est la circulation de gaz dans des systèmes de réaction ou des transports pneumatiques, pour des débit trop faibles pour un compresseur centrifuge, avec des pressions différentielles de l'ordre de 1 bar.

Domaine d'utilisation des compresseurs

Domaines d'utilisation des compresseurs

Débit aspiré
m3/h
Pression
refoulée
bars
Puissance
absorbée
kW
Soufflante centrifuge
>1000
<3
Centrifuge
>2000
<300
>100
Axial
>50000
<50
Rotatif
<50000
<10
Vis sèches
1000 à 10000
<20
100 à 2000
Vis lubrifiées
5 à 300
Pistons
<10000
<300
0,5 à 500
Pistons secs
<50
Lobes
20 à 50
Membrane




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