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Compresseurs à vis


La technologie du compresseur à vis fut développée dès les années 1930 et perfectionnée à la fin des années 1940 par Svenska Rotor Maskiner AB (SRM), une société Suédoise. Elle céda ensuite des licences de fabrication à plusieurs constructeurs en Europe, Amérique du Nord et Japon. Son développement commercial débuta au début des années 1950 dans les procédés de production de gaz combustible.

La première génération de compresseurs à vis fonctionnaient à sec (sans huile). Les compresseurs avec injection d'huile ont été ensuite développés. Ils permettent des jeux augmentés entre vis, une construction simplifiée et des vitesses périphériques plus faibles.

Dans les années 1960 les compresseurs à vis ont été utilisés dans l'industrie de l'air comprimé et de la production du froid.

La première édition de l'API 619 qui spécifie les règles de construction des compresseurs à vis paru en 1975. Elle ne visait que les compresseurs secs (sans huile) qui étaient alors utilisés dans certains procédés pour lesquels le gaz à traiter pouvait contenir des poussières ou du liquide.

Les principaux intérêts des compresseurs à vis sont:

  • Fiabilité et maintenance aisée
  • Faible coût d'investissement et fondations simplifiées
  • Faible consommation d'énergie à faible charge
  • Tolérance aux variations de composition du gaz et de conditions opératoires

Les compresseurs à vis (screw compressor) sont du type volumétrique ou à déplacement positif.
Domaine d'application:
- de 300 à 60000m3/h
- de 0,1 bar en pompe à vide à 40bars en plusieurs étages
- jusqu'à 7000cv de puissance

Deux types:
- sec
- avec injection de liquide (huile ou eau), pour le refroidissement ou l'étancheïté des vis.
L'injection de liquide permet d'atteindre des taux de compressions supérieurs:
- 4,5 à 7 pour les compresseurs secs
- jusqu'à 21 pour les compresseurs à huile.
La température au refoulement sera limitée à:
- 250°C pour les compresseurs secs
- 90°C pour les compresseurs lubrifiés.

Principe des compresseurs à vis

Mouvement des vis

Deux vis de pas inverse, une mâle et une femelle, montées côte à côte et s'imbriquant l'une dans l'autre, tournent en sens inverse.
La vitesse périphérique des vis va de 40 à 120 m/sec.
Elles enferment entre leurs filets, un volume gazeux qui est véhiculé d'une extrémité à l'autre de la vis.
Dans certaines constructions, le pas de la vis n'est pas constant et le volume emprisonné est progressivement comprimé.
La position des lumières de sortie détermine le ratio volumique de construction de la machine.
Le taux de compression de construction est relié au ratio volumique par:
Taux de compression par réduction de volume
avec k: exposant polytropique tel que
Contrairement aux compresseurs centrifuges, un taux de compression excessif ne provoquera pas de pompage.
Le taux de compression ne sera limité que par la puissance du moteur d'entraînement et la tenue mécanique de la machine.
Un taux de compression inférieur à la valeur de dimensionnement conduira à une perte de rendement.

Standards de construction

- en Amérique du Nord les compresseurs à vis seront construits selon le standard API619.
- en Europe ils seront construits selon le standard Allemand VDI2045.

Réglage du débit

par variation de la vitesse de rotation

la vitesse peut être réduite jusqu'à 50% de sa valeur maximum.
La puissance absorbée sera réduite dans la même proportion.

par recyclage du gaz

le gaz recyclé doit être refroidi avant de rejoindre l'aspiration.

par étranglement de l'aspiration

le débit massique de gaz et la puissance consommée sont réduit avec la diminution de la pression à l'aspiration.

Avantages

- 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 coûteux que les compresseurs alternatifs.

Limitations

- la température au refoulement est limitée.
- les performances se dégradent rapidement en cas de corrosion ou usure des vis ou du stator.
- ils génèrent un bruit important et des vibrations.
- le choix des matériaux de construction est limité.
- le contrôle du débit est plus difficile qu'avec un compresseur centrifuge.


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