3B2 Chapitre 8 Théorie et conceptions de compresseurs PDF

# 3B2 Chapitre 8 Théorie et conceptions de compresseurs ## Objectifs de l'apprentissage Vous pourrez particulièrement accomplir les tâches qui suivent : 1. Expliquer la terminologie en matière de compresseur, y compris le taux de compression, la capacité, les étages, le refroidissement intermédia...

# 3B2 Chapitre 8 Théorie et conceptions de compresseurs ## Objectifs de l'apprentissage Vous pourrez particulièrement accomplir les tâches qui suivent : 1. Expliquer la terminologie en matière de compresseur, y compris le taux de compression, la capacité, les étages, le refroidissement intermédiaire et le postrefroidissement. Expliquer les effets de l'humidité dans les gaz comprimés. Expliquer les effets de l'altitude sur le processus de compression. 2. Décrire le fonctionnement et les agencements courants des compresseurs alternatifs, y compris les agencements à simple effet, à double effet et tandem et à piston libre. 3. Identifier les composantes d'un compresseur alternatif et décrire le fonctionnement des soupapes à plaque et à canaux. 4. Décrire les systèmes de lubrification interne et externe des compresseurs alternatifs. 5. Décrire la conception et expliquer les principes de marche des compresseurs rotatifs, y compris les compresseurs à palettes coulissantes, à lobes rotatifs et à vis rotative. 6. Identifier les composantes et les régulations d'un compresseur à vis industriel préassemblé. 7. Décrire les conceptions et les principes des compresseurs/soufflantes centrifuges, y compris les conceptions à un étage et à plusieurs étages. 8. Décrire les conceptions et les principes des compresseurs/soufflantes axiaux. ## Objectif 1 Expliquer la terminologie en matière de compresseur, y compris le taux de compression, la capacité, les étages, le refroidissement intermédiaire et le postrefroidissement. Expliquer les effets de l'humidité dans les gaz comprimés. Expliquer les effets de l'altitude sur le processus de compression. ## Terminologie en matière de compresseurs ### Taux de compression Le taux de compression est le rapport entre la pression de refoulement et la pression d'admission. Les deux pressions doivent être des pressions absolues. ### Capacité La capacité est la quantité d'air qui est comprimé et acheminé par le compresseur. Elle est exprimée en fonction de m³/min d'air libre. Elle est également connue sous le nom de débit à l'air libre. ### Étages Un taux élevé de compression dans un seul cylindre entraîne un rendement volumétrique proportionnellement faible et une température élevée de refoulement. Pour surmonter ces aspects indésirables, la compression peut se faire en au moins deux cylindres successifs ce qui permet un taux de compression plus modéré dans chaque cylindre ou étage. Il en résulte un rendement volumétrique amélioré, mais cela ne diminue pas la température de refoulement à moins que l'air soit refroidi entre les étages. ### Volume d'encombrement du compresseur Le volume d'encombrement du compresseur est le volume balayé par le piston et il s'exprime en mètres cubes par minute. Si le compresseur compte plus d'un étage, le volume d'encombrement est le volume balayé par le piston du premier étage seulement puisque le même air passe dans tous les étages en série. ### Refroidisseurs intermédiaires Les refroidisseurs intermédiaires servent à refroidir l'air comprimé entre les étages d'un compresseur à plusieurs étages. Ils sont installés de manière à abaisser la température de l'air comprimé sous la température atmosphérique. Ils condensent et éliminent la vapeur d'eau de l'air avant qu'il passe à l'étage suivant ce qui diminue la quantité de puissance nécessaire pour comprimer l'air. Le refroidissement de l'air pendant la compression entraîne la compression à suivre le processus isothermique plutôt que le processus adiabatique. Le travail nécessaire pour une compression isothermique est inférieur à celui exigé pour une compression adiabatique. L'utilisation d'un refroidisseur intermédiaire pour refroidir l'air entre les étages de compression réduit la puissance nécessaire pour la compression de 15%, augmentant ainsi la capacité globale du système de compresseur. ### Postrefroidisseurs Les postrefroidisseurs servent à refroidir l'air comprimé avant qu'il soit acheminé au point d'utilisation ou au récepteur. La température de l'air comprimé est abaissée sous la température atmosphérique existante ce qui facilite l'élimination de l'humidité et de la vapeur d'huile du courant d'air comprimé. La vapeur d'huile doit être condensée et éliminée, sinon elle a un effet néfaste sur les instruments pneumatique et les accumulations de dépôts dans les tuyaux et les réservoirs qui peuvent s'enflammer et exploser. ### EFFET DE L'HUMIDITE L'air libre ou atmosphérique comporte toujours de l'humidité sous forme de vapeur d'eau. La quantité dépend de la température de l'air. L'air qui contient la quantité maximale d'eau à une certaine température est dit saturé. L'air saturé à une température et à une pression atmosphérique normales contient environ 0,5 kg d'humidité pour chaque 28 m³ d'air. Cette humidité est entraînée dans le compresseur avec l'air. Quand le volume d'air est réduit par compression, une partie de l'humidité se dépose. L'eau doit être éliminée de l'air parce qu'elle est néfaste pour les instruments et les outils pneumatiques et elle peut geler dans les conduites d'air. ### EFFET DE L'ALTITUDE À mesure que la hauteur au-dessus du niveau de la mer ou altitude augmente, la pression atmosphérique diminue. Cela signifie qu'un compresseur installé à haute altitude exige un taux de compression plus élevé pour produire la même pression de refoulement qu'une machine installée au niveau de la mer. De plus, puisque un kilogramme d'air occupe un volume plus grand à des altitudes plus élevées qu'au niveau de la mer, un compresseur achemine une masse moins grande d'air quand il fonctionne à un endroit au-dessus du niveau de la mer. ## Objectif 2 Décrire le fonctionnement et les agencements courants des compresseurs alternatifs, y compris les agencements à simple effet, à double effet et tandem et à piston libre. ## Compresseurs alternatifs Un compresseur alternatif est un compresseur dans lequel l'air est comprimé par un piston qui se déplace de manière alternative dans un cylindre. Le cylindre est muni de robinets d'admission et de refoulement pour contrôler le débit d'air qui entre et qui sort. Ce type de compresseur est utilisé dans une grande variété d'applications, y compris le service de centrales et les installations commerciales, industrielles et minières, et il convient à toutes les gammes de pression. Les compresseurs alternatifs viennent dans une variété de conceptions et d'agencements et ils se divisent en types selon qu'ils sont: - à simple effet - à double effet - à un étage - à deux étages - tandem - à piston libre ### Compresseurs à simple effet Dans un compresseur à simple effet, la compression se déroule à une extrémité du cylindre ce qui donne seulement un temps de compression pour chaque révolution du vilebrequin ou du volant. Dans ce compresseur, l'air est comprimé pendant la course ascendante du piston. Pendant la course descendante, plus d'air est aspiré dans le cylindre. Un compresseur à simple effet est illustré à la figure 1. ### Compresseurs à double effet La figure 2 illustre l'agencement d'un cylindre d'un compresseur à double effet. Quand le piston se déplace vers la gauche, un vide partiel est créé dans l'extrémité droite du cylindre et l'air est aspiré par le robinet d'aspiration du côté droit. Au même moment, l'air est comprimé par le piston et forcé vers l'extérieur par le robinet de refoulement du côté gauche. Lorsque le piston change de direction et se déplace vers la droite, il comprime l'air à sa droite et force l'air par le robinet de refoulement de droite. Au même moment, l'air est aspiré dans le cylindre par le robinet d'aspiration du côté gauche. La compression et le refoulement se produisent des deux côtés du piston. Il y a donc deux temps de compression par révolution. ### Compresseurs à un étage Un compresseur à un étage peut compter un ou plusieurs cylindres, comme l'illustre la figure 3. Pour une pression d'air comprimé jusqu'à 850 kPa ou même 1000 kPa, l'air est comprimé à la pression voulue dans un cylindre qui est à simple effet ou à double effet; cet agencement est appelé compression à un étage. Si plus d'un cylindre est utilisé, chaque cylindre est de la même taille que les autres. La fonction de chaque cylindre consiste à comprimer l'air de l'atmosphère environnant à la pression finale désirée. ### Compresseurs tandem La figure 7 illustre un compresseur tandem à trois étages dans lequel le cylindre du premier étage est à double effet alors que les cylindres du deuxième étage et du troisième étage sont à simple effet. Il en résulte une charge répartie presque uniformément entre les temps extérieur et de retour ce qui résulte en un fonctionnement stable. Avec l'agencement des cylindres utilisés seulement un presse-garniture de tige de piston est nécessaire. Les tubes des refroidisseurs intermédiaires du premier étage et du deuxième étage sont contenus dans une enveloppe commune. Dans chaque cas, des dispositifs ont été fournis pour la séparation et la vidange d'humidité condensée pour éviter qu'elle soit aspirée dans les cylindres successifs. L'huile est alimentée directement aux parois des cylindres et au presse-garniture au besoin par un graisseur sous pression commandé à partir de la tête de piston. ### Compresseur à piston libre Il s'agit d'un compresseur alternatif spécial comprenant une chambre de combustion centrale du type diesel contenant des pistons opposés qui contrôlent chacun un autre piston dans un cylindre à air. Un de ces cylindres agit comme amortisseur à air pendant que l'autre cylindre agit comme section de production d'air comprimé. La figure 8 illustre le principe de marche d'une machine à piston libre. À la figure 8(a), les deux pistons diesels opposés se déplacent vers l'intérieur, comprimant la charge d'air piégée entre eux. Au même moment, le côté intérieur du grand piston du compresseur force l'air dans la boîte à air de balayage sous la tige du piston. L'air est également aspiré dans le cylindre du compresseur sur le côté extérieur du piston du compresseur. Près de la fin du temps de compression, du combustible est injecté et la course motrice commence. À la figure 8(b), la course motrice se produit lorsque les pistons diesels sont forcés de se séparer ce qui entraîne le grand piston du compresseur à comprimer l'air dans le cylindre du compresseur et à l'acheminer au collecteur d'air. Au même moment, l'air de balayage est aspiré dans le cylindre du côté intérieur du piston du compresseur. À l'autre extrémité, le piston amortisseur comprime l'air dans le cylindre amortisseur. Cet air comprimé agit comme volant pour ramener ensemble les pistons. La figure 8(c) illustre la fin de la course motrice avec le canal d'admission et le canal d'échappement du cylindre diesel découverts. L'air de balayage s'écoule de la boîte à air de balayage dans le cylindre diesel et les gaz d'échappement sont expulsés par le canal d'échappement. L'air comprimé dans le cylindre amortisseur ramène les pistons ensemble, comme dans (a), et le cycle se répète. ## Objectif 3 Identifier les composantes d'un compresseur alternatif et décrire le fonctionnement des soupapes à plaque et à canaux. ## Composantes des compresseurs alternatifs ### Cylindres Les cylindres du compresseur sont en fonte pour des pressions allant jusqu'à 1000 kPa ou en acier moulé pour des pressions pouvant atteindre 6900 kPa. Au-dessus de cette pression, le matériau employé est habituellement l'acier forgé. Lorsque le compresseur est en marche, le cylindre est chauffé en raison de la chaleur de compression et du frottement des segments de piston. Il faut donc éliminer cette chaleur et maintenir le cylindre à la température de service recommandée par le fabricant. Pour ce faire, on utilise un refroidissement à l'eau ou à l'air. Pour le refroidissement à l'eau, le cylindre est muni d'une chambre ou chemise d'eau entourant le corps du cylindre dans laquelle l'eau de refroidissement circule. Une vue en coupe d'un cylindre à chemise d'eau est illustrée à la figure 9. Pour le refroidissement à l'air, le cylindre comporte des ailettes moulées intégrées qui offrent une superficie accrue de rayonnement. Le refroidissement à l'eau est plus efficace que le refroidissement à l'air. Toutefois, la machine refroidie à l'air comporte les avantages suivants : - une construction simple - moins de tuyauterie nécessaire - aucun risque de gel. ### Pistons Les pistons sont en acier, en fonte ou en aluminium. Les pistons de type fourreau (type automobile) sont utilisés pour les compresseurs à simple effet. Les pistons des compresseurs à double effet sont massifs ou creux. Ils sont normalement installés sur la tige du piston avec un ajustement conique contre un épaulement usiné sur la tige et verrouillés en place par un écrou. Si le cylindre est lubrifié, les segments de piston sont en fonte. Si un service sans huile est souhaité, les segments de piston sont en téflon ou en carbone. La figure 10 illustre deux types de pistons de compresseur, le type fourreau à simple effet et le type à double effet. ### Tête de piston La tête de piston est en acier avec des surfaces d'appui supérieure et inférieure qui viennent en contact avec les guides de la tête. La tige du piston s'ajuste dans le trou fileté dans une des extrémités de la tête. La goupille de tête de piston à laquelle est reliée la bielle est normalement maintenue rigide dans la bielle. Elle se déplace dans des paliers ou des bagues de chaque côté de la tête de piston, mais dans certaines conceptions, la goupille est bien fixée dans la tête. Le palier ou la bague se trouve dans l'extrémité de la bielle. La figure 11 illustre la construction d'une tête de piston de compresseur. ### Bielles Les bielles de compresseur sont en acier forgé et comportent un palier de tête de bielle à une extrémité et une ouverture pour le tourillon de la tête de piston (ou pour l'axe de piston d'un piston fourreau) à l'autre extrémité. La figure 12 illustre deux conceptions de bielle. La figure 13 illustre une bielle fixée au tourillon de tête de piston à l'intérieur de la tête de piston. ### Vilebrequins de compresseurs Les vilebrequins de compresseurs sont en acier forgé et ils sont normalement en un seul forgeage qui a été usiné et meulé à des limites de précision. Ils sont percés pour permettre des passages d'huile pour une lubrification à pression positive. Afin d'équilibrer les forces alternatives et rotatives, le vilebrequin peut être muni de contrepoids, comme à la figure 14. Le vilebrequin peut être du type illustré à la figure 15 qui est muni de manetons opposés pour assurer l'équilibre. ### Soupapes de compresseur Les soupapes de compresseur sont normalement du type automatique qui s'ouvrent et se ferment à une différence de pression. Les deux conceptions couramment utilisées sont: - le type à plaque - le type à canaux #### 1. Type à plaque Dans la soupape à plaque à la figure 16, l'air qui entre dans le corps supérieur cannelé force les disques de la soupape vers le bas contre l'effet amortisseur du ressort. L'air passe ensuite entre les disques et les sièges, puis sort par le corps inférieur cannelé. #### 2. Type à canaux Dans la soupape à canaux à la figure 17, la plaque de passage et la plaque de siège s'adaptent ensemble avec les passages ou ouvertures qui correspondent. Les canaux s'ajustent au-dessus de ces ouvertures et ils sont maintenus contre la plaque du siège par des ressorts qui sont installés dans les canaux et maintenus en place par la plaque d'arrêt. L'air qui entre par la plaque de passage soulève les canaux de la plaque de siège contre les ressorts. L'air passe alors par les ouvertures dans la plaque d'arrêt. Des bandes de matériau autolubrifiant sont placées dans les canaux pour empêcher le contact de métal à métal entre les canaux et les ressorts. ## Objectif 4 Décrire les systèmes de lubrification interne et externe des compresseurs alternatifs. ## Lubrification du compresseur L'huile lubrifiante est nécessaire dans un compresseur alternatif pour accomplir les tâches suivantes : - empêcher l'usure en fournissant un film entre les surfaces - réduire le frottement et la perte de puissance qui en résulte en fournissant un film entre les surfaces - éliminer la chaleur produite par le frottement - réduire la corrosion en fournissant un revêtement pour les surfaces métalliques - assurer une étanchéité autour des segments de piston, des ailettes et des soupapes. ### Lubrification extérieure La lubrification extérieure est la lubrification des pièces mobiles qui sont à l'extérieur du cylindre ou du boîtier du compresseur. Ces pièces comprennent les paliers du vilebrequin, les paliers de bielle et la tête de piston des compresseurs alternatifs. Une pompe commandée à partir de l'arbre du compresseur achemine l'huile vers les paliers du vilebrequin et de la bielle. L'huile est pompée du carter aux paliers, puis elle revient au carter. Pour les petits compresseurs alternatifs à simple effet, un système de lubrification par projection est utilisé. L'huile est projetée par le mouvement du vilebrequin sur les divers paliers. Cette méthode fournit aussi la lubrification intérieure car une partie de l'huile est projetée sur les parois des cylindres. ### Lubrification intérieure La lubrification intérieure fournit l'huile lubrifiante aux parois des cylindres et aux pistons des compresseurs alternatifs. Un lubrificateur mécanique commandé à partir du vilebrequin ou de la tête de piston alimente l'huile lubrifiante directement aux parois des cylindres. Chaque cylindre comporte un ou plusieurs points auxquels est pompée l'huile. Une fois que l'huile entre par ces points d'alimentation, le piston du compresseur étend l'huile sur les parois des cylindres. Dans un compresseur à simple effet avec le bas du cylindre ouvert vers le carter, l'huile projetée du carter aux parois des cylindres assure la lubrification. ## Objectif 5 Décrire la conception et expliquer les principes de marche des compresseurs rotatifs, y compris les compresseurs à palettes coulissantes, à lobes rotatifs et à vis rotative. ## Compresseurs rotatifs Tous les compresseurs rotatifs possèdent les caratéristiques suivantes : - ils donnent l'énergie au fluide comprimé par l'arbre d'entrée d'un ou de plusieurs éléments rotatifs ou rotors - ils sont différents des compresseurs alternatifs car ils n'ont pas de soupapes d'admission ou de refoulement. Les compresseurs rotatifs sont volumétriques. Plusieurs conceptions différentes sont utilisées, les plus courantes étant: - à palettes coulissantes - à lobes rotatifs - à vis rotative ### Compresseur à palettes coulissantes Un compresseur à palettes coulissantes, illustré à la figure 18, consiste en un rotor cylindrique dans lequel des palettes coulissantes plates sont installées dans des rainures radiales. Le rotor est contenu dans un cylindre ou un boîtier à chemise d'eau et il est supporté par des paliers de sorte qu'il est excentré par rapport au boîtier. À mesure que le rotor tourne, les palettes coulissantes se déplacent contre la paroi du boîtier en raison de la force centrifuge. Des poches de gaz sont piégées entre les palettes et la paroi et en raison de l'excentricité, ces poches diminuent en volume comprimant ainsi le gaz alors que les palettes se déplacent autour du boîtier de l'admission au refoulement, comprimant l'air. La figure 19 illustre une vue latérale d'un grand compresseur à palettes coulissantes. Notez la chemise d'eau de refroidissement autour du boîtier et l'alimentation en huile lubrifiante aux paliers. Les compresseurs à palettes coulissantes sont souvent disposés en deux étages. Le gaz est d'abord comprimé dans un boîtier à basse pression qui le refoule par un refroidisseur intermédiaire à calandre vers un boîtier à haute pression. Les deux boîtiers ont des éléments à vis séparés et les arbres sont reliés par un raccord souple de sorte qu'ils partagent un moteur de commande commun. ### Compresseur à lobes rotatifs Un compresseur à lobes rotatifs, illustré à la figure 20, compte deux rotors avec une section transversale en forme de huit qui tournent dans des directions opposées dans un boîtier. Ils tournent dans des directions opposées et ils sont toujours engrenés de sorte qu'il n'y a aucun débit d'air entre eux. Les engrenages de distribution servent à maintenir les positions relatives des rotors. Un rotor est commandé directement par le dispositif de commande et l'autre est commandé par les engrenages de distribution. Alors que chaque lobe passe par l'admission, une poche d'air est piégée entre le lobe et la paroi du boîtier et elle est acheminée au refoulement du côté opposé du boîtier. La lubrification du boîtier n'est pas nécessaire puisque les rotors ne se touchent pas et ne touchent pas le boîtier. Les compresseurs à lobes rotatifs fonctionnent à des vitesses pouvant atteindre environ 1750 tr/min. Les pressions de refoulement sont relativement faibles, environ 100 kPa pour un compresseur à un étage et 200 kPa pour un compresseur à deux étages. Le compresseur à lobes a l'avantage d'être compact. Il n'exige aucune soupape d'admission ou de refoulement et il produit un débit égal d'air sans huile. ### Compresseur à vis rotative Un compresseur à vis rotative consiste en deux rotors interpénétrants, usinés dans la forme d'une vis axiale et contenus dans un boîtier ajusté. Le rotor mâle compte quatre lobes convexes et le rotor femelle comporte six cannelures concaves. Les rotors ne viennent pas en contact entre eux ou avec le boîtier c'est pourquoi la lubrification intérieure n'est pas nécessaire. Le rotor mâle est habituellement commandé et il commande le rotor femelle par des engrenages de distribution. La figure 21 illustre le principe de marche. Le rotor mâle compte quatre lobes convexes et le rotor femelle comporte six cannelures concaves. Les deux rotors piègent et compriment doucement l'air jusqu'à ce qu'il passe la sortie de refoulement. La compression continue prend place et l'acheminement sans pulsation est assuré en laissant un autre espace lobe-cannelure atteindre la sortie avant que l'espace précédent soit complètement vidé. Le rotor mâle étant plus petit, il tourne plus vite que le rotor femelle. La puissance est habituellement appliquée au rotor mâle, le rotor femelle agissant principalement comme moyen d'étanchéité rotatif. À la figure 21, l'air est aspiré par l'admission du compresseur dans l'espace de lobe intermédiaire, comme dans (a) et une rotation additionnelle obture l'espace de l'admission (b). Alors que la rotation se poursuit, le lobe mâle occupe plus d'espace dans la cannelure femelle comprimant ainsi l'air (c). La suite de la rotation amène l'air comprimé vers le passage de sortie (d) qui est illustré par le pointillé. Les avantages du compresseur à vis rotative sont semblables à ceux du type à lobes rotatifs. Ils comprennent la compacité, la marche sans vibration, le débit stable, l'air sans huile et aucune soupape d'aspiration ou de refoulement nécessaire. Comme les autres types rotatifs, toutefois, son rendement est inférieur à celu du type alternatif. Le compresseur à vis rotative convient aux exigences en air comprimé comportant une grande capacité d'air à basse pression ou une petite capacité à haute pression. Les compresseurs sont disponibles pour des pressions de refoulement pouvant atteindre 700 kPa pour les appareils à un étage. Les appareils à plusieurs étages donnent des pressions de refoulement plus élevées. Les compresseurs à vis rotative peuvent produire jusqu'à 700 m³/min. Les vitesses de marche varient entre 1500 tr/min et 12 000 tr/min. ## Objectif 6 Identifier les composantes et les régulations d'un compresseur à vis industriel préassemblé. ## Composantes Le compresseur à vis industriel sur patin illustré à la figure 22 est fabriqué par Sullair Corporation. Il comporte les pièces suivantes : - dispositif de commande du compresseur - filtre d'admission d'air - commande à soupape papillon d'admission d'air - soupape spirale - compresseur d'air - séparateur d'air/fluide - refroidisseur de fluide/postrefroidisseur d'air - séparateur d'humidité - séparateur d'eau/huile - préfiltres - assécheur à air - filtres aval. ## Commande du compresseur Le dispositif de commande consiste habituellement en un moteur électrique, mais il peut être un moteur diesel ou une turbine à vapeur. ### Filtre d'admission d'air Le filtre d'admission d'air est nécessaire pour empêcher la poussière et la saleté de contaminer le fluide de lubrification du compresseur. Le filtre d'admission d'air est du type sec, à deux étages pour service sévère. ### Robinet à papillon d'admission d'air Le robinet à papillon d'admission d'air fait partie du système de régulation de capacité variable du compresseur. Le système de régulation Sullicon contrôle la quantité d'air vers le compresseur selon la demande en air de service. ### Robinet spiral Le robinet spiral sert à ouvrir et à fermer les passages de dérivation dans le stator qui à son tour varie le volume d'air comprimé produit. Cette action retourne l'air à l'aspiration plutôt que de le comprimer. ### Compresseur d'air Le compresseur d'air tandem Sullair compte un compresseur volumétrique à deux étages, lubrifié par fluide. L'appareil fournit une compression d'air sans pulsation continue à une pression de sortie maximale de 793 kPa. Les seules pièces mobiles principales sont les deux rotors à lobe dans chaque étage. Les compresseurs tandem obtiennent des rendements élevés en utilisant deux ensembles de rotors pour étager la compression. Les rotors tournent dans une grande quantité de fluide lubrifiant permettant le contact seulement sur un cercle primitif lubrifié de sorte que l'usure est presque éliminée. ### Séparateur d'air/fluide Alors que l'air atmosphérique est aspiré dans le compresseur, un fluide à base de silicone est injecté dans la cavité du rotor. Dans les compresseurs à vis rotative noyés, le fluide est nécessaire pour lubrifier, étanchéifier les jeux des rotors et éliminer la chaleur de compression. Ce fluide entraîné est ensuite éliminé de l'air dans le séparateur d'air/fluide. ### Refroidisseur de fluide/postrefroidisseur d'air Ce système consiste en un refroidisseur de type radiateur accompagné d'un ventilateur électrique pour le refroidissement. Le refroidisseur de type radiateur est divisé en deux sections. Le fluide du compresseur est circulé et refroidi dans une moitié du refroidisseur; l'air comprimé refoulé est refroidi dans l'autre moitié. Le ventilateur de refroidissement d'air déplace l'air dans les deux sections au même moment. Ce refroidisseur est nécessaire pour éliminer la chaleur de compression de l'air et du fluide. ### Séparateur d'humidité L'air comprimé qui sort du refroidisseur d'air passe dans le séparateur d'humidité. Toute humidité entraînée est éliminée par la force centrifuge causée par les changements de trajet de l'air. Le condensat récupéré s'écoule vers le séparateur d'eau/huile et l'air comprimé se rend aux préfiltres. Le séparateur d'humidité élimine le gros de l'humidité dans l'air comprimé et prend la charge des préfiltres. ### Séparateur d'eau/huile Le séparateur d'eau/huile est en polyéthylène et il a une capacité de 144 litres. Un réservoir à huile translucide de 5 litres est également compris. Les admissions au séparateur viennent du séparateur d'humidité et les deux vidanges des préfiltres. L'huile est recueillie dans le réservoir de 5 litres et l'eau propre est évacuée à l'égout. Un entonnoir réglable est spécialement conçu pour permettre l'écumage continu de l'huile à la surface. ### Préfiltres Deux préfiltres en série sont situés à l'admission de l'assécheur d'air; ils sont du type coalescent. Coalescent signifie par définition venir ensemble et former une masse. Des gouttelettes fines d'huile et d'eau, entraînées dans l'air comprimé, s'accumulent dans le milieu filtrant à microfibre de l'élément filtrant. Elles s'agglomèrent (se combinent) pour former des gouttelettes de taille continuellement croissante qui tombent dans la cuve du filtre pour être subséquemment vidangées. Le premier filtre est un filtre à huile coalescent qui élimine les particules à moins de 1 micron, y compris l'eau et l'huile entraînée, donnant une teneur en gouttelettes d'huile maximale qui reste de 0,5 ppm à une température de 21 °C. Le deuxième filtre est un filtre à huile coalescent à haut rendement qui élimine les particules à moins de 0,01 micron, y compris les gouttelettes d'eau et d'huile, donnant une teneur en gouttelettes d'huile maximale qui reste de 0,01 ppm à une température de 21°C. Des robinets de vidange de condensat électroniques vidangent les liquides recueillis des deux préfiltres vers le séparateur d'eau/huile. ### Assécheur d'air Cet assemblage consiste en un assécheur d'air, un analyseur de point de rosée et les commandes électriques et pneumatiques associées. Les assécheurs sont modulaires et ils sont remplis d'un desséchant de tamis moléculaire à la zéolite à haut rendement. L'air comprimé entre dans l'assécheur et il est dirigé par le robinet d'admission vers une des chambres dans le collecteur inférieur. De là, l'air passe d'un côté des colonnes et il est asséché au contact avec le desséchant contenu dans les colonnes. L'air asséché entre ensuite dans le collecteur supérieur et il est dirigé par un clapet de non-retour par le bâti de sortie dans le filtre aval. Le filtre élimine les particules de poussière en cas de décomposition du desséchant. L'air propre sec passe alors au collecteur d'air et au système de distribution. ### Filtre aval Le but du filtre aval est d'éliminer les particules de poussière en cas de décomposition du desséchant de l'assécheur. ## Tableau de commande ## Objectif 7 Décrire les conceptions et les principes des compresseurs/soufflantes centrifuges, y compris les conceptions à un étage et à plusieurs étages. ## Compresseur centrifuge Le fonctionnement et la construction de ce type de compresseur sont identiques à ceux de la pompe centrifuge. Le compresseur consiste en un rotor qui tourne à haute vitesse. Le rotor est muni d'un nombre d'ailettes radiales ou inclinées vers l'arrière entourées d'un flasque sur un ou les deux des côtés avant et arrière. L'air est aspiré dans le centre ou ouïe du rotor et il est refoulé à la périphérie à haute vitesse en raison de la force centrifuge. Le rotor est entouré d'une enveloppe en forme de volute et, dans plusieurs cas, par un anneau d'aubes de diffuseur en plus de l'enveloppe. À mesure que le rotor tourne dans le corps du compresseur, le gaz est forcé vers l'extérieur entre les aubes. Alors que le gaz se déplace radialement vers l'extérieur, en s'éloignant du centre du rotor, l'énergie est transférée des aubes du rotor au gaz sous forme de vitesse et de pression. Seule une partie de l'énergie de vitesse dans le gaz est convertie en pression dans les aubes. Le reste de l'énergie est convertie en sortant du bout du rotor. La portion de la conversion de vitesse en pression qui se déroule alors que le gaz passe dans le rotor dépend de la courbure des aubes. Plus les aubes sont droites et moins il y a de pression convertie dans le rotor. En sortant du rotor, l'air à haute vitesse passe dans les aubes de diffuseur fixées à l'enveloppe où une partie de la vitesse de l'air est convertie en pression. L'air passe ensuite par l'enveloppe en forme de volute où se produit une conversion additionnelle de la vitesse en pression. La figure 25(a) illustre l'agencement d'un compresseur à volute seulement et l'agencement à la figure 25(b) comporte une volute et les aubes de diffuseur. ### Compresseurs centrifuges à un étage Un compresseur centrifuge à un étage à volute avec un rotor mais sans aubes de diffuseur est illustré à la figure 26. Ce type de compresseur peut comprimer l'air atmosphérique à une pression de refoulement de 350 kPa. ### Compresseurs centrifuges à plusieurs étages Un compresseur de type diffuseur à neuf étages produisant de l'air à 1500 kPa et 4000 m³/min est illustré à la figure 29. Le compresseur est refroidi à l'eau en faisant circuler de l'eau dans les membranes retenant les diffuseurs. #### Avantages des compresseurs centrifuges - de grands volumes d'air sans huile - une construction simple et robuste - de faibles exigences d'entretien. #### Inconvénients des compresseurs centrifuges - des rendements inférieurs aux types volumétriques - inapproprié pour le travail à faible capacité. ## Objectif 8 Décrire les conceptions et les principes des compresseurs/soufflantes axiaux. ## Compresseur axial Le principe du compresseur axial est complètement différent de celui des compresseurs à palettes coulissantes, à lobes rotatifs ou centrifuges. Dans les compresseurs axiaux, le gaz se déplace dans une direction axiale de l'admission au refoulement sur la longueur de l'arbre. Dans la conception de base, le compresseur axial est semblable à une turbine à réaction avec des aubes mobiles fixées au rotor qui alternent avec des aubes fixes fixées au corps. Le rotor à plusieurs aubes qui tournent à haute vitesse entre les rangées d'aubes fixes fonctionne comme une turbine à l'inverse. À mesure que le rotor tourne, la vitesse et la pression de l'air sont augmentées dans les aubes mobiles. Quand l'air passe dans les aubes fixes, sa pression est augmentée davantage par la conversion de l'énergie de la vitesse en énergie de pression. L'énergie de l'arbre rotatif du compresseur est transférée au gaz par une série d'aubes sans flasque. Un groupe d'aubes fixes est situé entre chaque groupe d'aubes rotatives. Le gaz passe dans un groupe d'aubes fixes, puis un groupe d'aubes mobiles, suivi d'un autre groupe d'aubes fixes alors qu'il passe dans toute la passe de gaz entre l'admission et le refoulement. Chaque paire d'aubes mobiles et fixes constitue un étage. Puisque l'augmentation de pression par étage est faible, un grand nombre d'étages est nécessaire pour atteindre les hautes pressions de refoulement. Le croquis à la figure 30 illustre