Contraintes des compresseurs à vitesse vaiable

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ummolae
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Contraintes des compresseurs à vitesse vaiable

Message par ummolae »

Quelques informations concernant les compresseurs spiro-orbitaux (scroll) à vitesse variable, pour connaître leur limites et l'importance des Oil recovery dans leurs cycles de lubrification et ainsi mieux faire apparaître l'importance d'une régulation préservant leur intégrité.

Le compresseur à vitesse variable : définition et contraintes

La variation de vitesse du compresseur apparaît comme plus adéquate comme système de variation de puissance puisqu’il y a un rapport proportionnel entre la vitesse de rotation et le débit, il y a donc une proportionnalité entre la consommation et la puissance à fournir. Par contre, ce système butte sur des limites technologiques des compresseurs eux-mêmes, et en particulier leur lubrification.

Les compresseurs ont été initialement développés pour fonctionner à des vitesses de rotation fixe et maximale de 3 000 tr/mn. En effet, un compresseur à vitesse fixe est conçu avec un débit de lubrification défini uniquement pour le point nominal de fonctionnement.

Lors de la compression du fluide, selon les technologies de compresseur, l’étanchéité est de type dynamique ou statique. L’étanchéité dynamique consiste à utiliser l’huile de lubrification pour réduire les débits de fuite lors de la compression du fluide. Les compresseurs à vis et scroll s’y prêtent tout particulièrement. L’étanchéité statique consiste en une lubrification des pièces en mouvement de manière indépendante du mode de fonctionnement du compresseur.

Par contre, cette logique de lubrification est associée à une pompe à huile dont le débit est dépendant de la vitesse de rotation. L’optimisation des gains énergétiques passe par le choix d’une technologie de compresseur qui se prête à la vitesse variable. La variation de vitesse peut être associée à n’importe quelle technologie de compresseur mais l’ampleur des gains ou des pertes sera diffèrent. Les technologies de compresseur spiro-orbitaux se distinguent des autres familles de compresseur par leur faible nombre de pièces mécaniques et par leurs rendements élevés.

Ces compresseurs possèdent jusqu'à dix fois moins de pièces mécaniques que les compresseurs à
piston, d’où des pertes Joules réduites.

Pour un compresseur dont la vitesse nominale est fixée à 3 000 tr/mn :

• Lorsque la vitesse de rotation est réduite, le rendement volumétrique sera altéré par l’accroissement des fuites entre la haute pression et la basse pression. Par contre le rendement isentropique va croître puisque le débit de fluide sera réduit. Le rendement mécanique sera accrut car la vitesse de rotation est réduite. Le rendement électrique du compresseur sera réduit car les rendements électriques des moteurs sont optimisés pour 80% de la vitesse de rotation maximale. Le rendement global sera dans la globalité accrut car la réduction de la vitesse de rotation réduit le débit de fluide en circulation ce qui engendre une réduction de la haute pression, donc du taux de compression.
• Lorsque la vitesse de rotation augmente à un seuil supérieur à celui du dimensionnement nominal les frottements des pièces mécaniques croissent, donc la tenu mécaniques est réduite entraînant une baisse du rendement mécanique avec des risques de casse de matériel, les vibrations sont plus importantes donc les nuisances acoustiques accrûes. Les rendements isentropique et global sont affaiblis car le débit de fluide augmente ce qui intensifie la pression de condensation donc le taux de compression, dans le premier cas l’échauffement du fluide est plus important et dans le second cas les contraintes mécaniques sont plus fortes.

Pour l’ensemble des technologies de compresseurs, les pompes de lubrification sont associées à l’arbre de compression. Aux basses vitesses de rotation, pour un système doté de la variation de vitesse, le débit de lubrification peut devenir insuffisant. Il faut donc rendre la vitesse de rotation de la pompe à huile en partie indépendante de celle du compresseur. Celles-ci peuvent avoir un entraînement indépendant pour conserver un débit suffisant de lubrification. Cependant le surcoût engendré par la dissociation des systèmes de lubrification et de compression est élevée.

Il est cependant souhaitable de faire varier la puissance du compresseur sur une large plage de vitesse de manière à repousser les frontières fixées par les contraintes technologiques de lubrification et de rendement. Etendre la plage de variation du compresseur, consiste à développer des compresseurs à hautes vitesses de rotation, tout en renforçant certaines pièces mécaniques et réduire les frottements pour accroître les rendements L’utilisation de l’électronique de puissance n’est pas sans conséquence sur le moteur électrique. Un vieillissement accéléré peut être observé, ainsi que des nuisances acoustiques ou encore des échauffements supplémentaires.

Lubrification

Le compresseur est livré avec une charge d’huile initiale. La charge d’huile standard correspondant à une utilisation de fluides frigorigènes R407C est une huile polyolester (POE) ICI Emkarate RL 32 CF In situ, le niveau d’huile peut être complété avec de l’huile Mobil EAL Arctic 22CC, si l’huile ICI Emkarate RL32CF n’est pas disponible. Les valeurs de recharge peuvent être trouvées grâce au logiciel de sélection Copeland. Bien qu’il n’y ait aucun montage flexible des pièces internes du compresseur, le nombre de cycles de démarrage/d’arrêt doit être limité à 10 par heure. Une cadence plus élevée provoquera l’injection de l’huile dans le système et sera susceptible de générer une défaillance en matière de lubrification.

De l'importance des cycles "d'oil recovery" :

L’huile quitte le compresseur lors de sa mise en service bien que l’entraînement de l’huile soit bas dans le Copeland Scroll. Le temps de fonctionnement est trop court pour assurer le retour de l’huile vers le compresseur ce qui peut engendrer un manque d’huile.

Vous devez prendre en compte le fait que le système entier sera dans une certaine mesure enduit d’huile. La viscosité de l’huile change selon la température ainsi une montée trop importante du compresseur en température amènera une huile trop fluide sur les pièces en mouvement.

La vélocité du gaz dans le système change selon la température et la charge. Dans des conditions de charge basses, la vélocité du gaz peut s’avérer insuffisante pour transférer l’huile vers le compresseur. La tuyauterie du système doit permettre le retour d’huile dans toutes les conditions d’utilisation.
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