COMPOSANTS D'UN COMPRESSEUR


Table des matières

Cylindres

Pistons

Segments

Soupapes

Ressorts de rappel

Embiellage

Serpentin de refroidissement

Bouteilles de décantation

Manomètres

Soupapes des sûreté

Clapets anti retour

Vannes

Electrovannes

Compteurs horaires

Boîtier de surveillance électronique

Les moteurs

Les courroies

Chaîne de l'air

Livre d'or

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(Nous retrouverons certains de ces composants, sur une autre page du site, à propos de l'installation des stations de gonflage)

Cylindres

Ils peuvent être fraisés dans la masse ou être constitués par des chemises rapportées beaucoup plus résistantes. Pour faciliter la compréhension, nous partons d'un compresseur à plusieurs étages dont les cylindres sont disposés en ligne. Pratiquement, il est plus facile, moins onéreux et on obtient un meilleur rendement en  réalisant des étages en V, en W ou en étoile. Il existe en fait une multitude de combinaisons dont l’étude sortirait du cadre de cet ouvrage. Voir la figure ci-dessous (Différentes disposition des cylindres)

  1. Cylindre vertical à simple effet.
  2. Cylindre horizontal à double effet.
  3. Cylindres à simple effet en "V".
  4. Cylindres à double effet en équerre.
  5. Cylindres horizontaux à double effet.
  6. Cylindres à double effet en "W".

 

Différentes dispositions de cylindres


Les raisons du choix du constructeur pour le nombre de cylindres, leur orientation et le mode de travail des pistons sont multiples.

On retiendra notamment : L'encombrement, la fiabilité, le nombre d'étages nécessaires pour obtenir la pression finale souhaitée, l'équilibrage des forces d'inertie, la régularité du couple résistant, le refroidissement, la facilité de maintenance etc.

Remarque :

Un compresseur peut avoir plusieurs cylindres et cependant être mono étagé si chacun des cylindres aspire l'air et le refoule aux même pressions. Il existe des compresseurs ayant deux "premiers étages", deux "deuxièmes étages", un troisième et un quatrième étage. Autrement dit, il ne faut pas confondre le nombre d'étages et le nombre de cylindres.

La figure suivante montre une disposition de cylindre en étoile.

 

Compresseur à 4 étages en étoile

Pistons

Dans la figure ci-dessous, nous pouvons voir des pistons à simple et à double effet mais aussi des pistons guidés, étagés et libres. Ils sont généralement en alliage d’aluminium, sauf les derniers qui sont en acier spécial.

Les pistons à double effet compriment l’air aussi bien à la montée qu’à la descente. Les pistons guidés ou libres présentent l'avantage de supprimer les contraintes latérales que les bielles imposent aux pistons non guidés. Ces contraintes provoquent l’ovalisation des pistons et des cylindres. Avec les pistons guidés ou libres, on obtient pour ces pièces des durées de vie de plus de 15000 heures de fonctionnement.

Ils sont, en général, actionnés par un système bielle manivelle. Quand ils sont libres, c'est la pression qui les maintient contre le pousseur. Tant que la pression n'est pas établie, le compresseur émet un bruit de claquements très caractéristique provoqué par la frappe du piston libre, d'une part sur le piston pousseur, d'autre part sur la culasse.

Ce type de piston est d'une très grande finition d'usinage. Le jeu entre le piston et la douille, qui sert de cylindre, est de quelques microns. Ils sont appariés et doivent donc être changés en même temps.

Les pistons guidés sont poussés par une tige possédant un point faible de façon à casser en cas de grippage. On évite ainsi de détériorer le vilebrequin.

Différents types de pistons

Segments

 La plupart des pistons sont munis de segments qui assurent l'étanchéité pendant le mouvement.

Types de segments

On en distingue plusieurs sortes : les segments d’étanchéité en acier ou en Téflon qui empêchent les fuites d’air et améliorent la compression, les racleurs en basse pression et le bec d'aigle en haute pression qui distribuent l'huile le long du cylindre mais l'empêchent de remonter au-dessus du piston. (Voir la figure ci-dessus)

 

Soupapes

Les sièges et les clapets qui les constituent, doivent résister à des chocs répétés et à des températures élevées. Nous rappelons que nous utilisons le mot soupape pour le distinguer du clapet qui n'est que la partie mobile, comme dans un détendeur. Il en existe de nombreux types ; nous en donnons quelques exemples en figure 23.

Certaines ont les clapets d'aspiration et de refoulement regroupés sous forme de disques où ils sont pris en sandwich. D'autres sont concentriques, en un seul bloc, plus faciles à changer. D'autres enfin ont les clapets entièrement séparés. (Voir la figure suivante)

Ressort de rappel

Bien qu'en théorie les clapets peuvent se passer de ressort de rappel, on en trouve toujours, de façon à assurer une bonne étanchéité. Ils sont souvent réalisés comme de simples ressorts hélicoïdaux.

Différents types de soupapes

 

On les trouve aussi sous forme d'un empilement alterné de rondelles plates et gondolées. Sur le premier étage, ils sont parfois réalisés dans une lame d'acier souple et forment une seule pièce avec le clapet.

Embiellage

Le vilebrequin qui transforme le mouvement circulaire du moteur en mouvement alternatif des pistons, subit des efforts considérables de la part des bielles. C'est pourquoi les paliers sont équipés de roulement à rouleaux, très solides.

Par contre les bielles, têtes et pieds, sont équipés de roulements à aiguilles, plus fines.

Serpentins de refroidissement

Les serpentins : ils sont parfois en aluminium pour le premier étage mais pour les suivants, ils sont en cuivre ou en acier inoxydable. Ils sont souvent garnis d'ailettes de refroidissement. Ils doivent rester propres et ne pas vibrer

Bouteilles de décantation

On en rencontre de deux types, les basses pressions pour les premiers étages et les hautes pressions pour les derniers à la sortie du compresseur. Elles peuvent être en acier ou en alliage d'aluminium. Elles comportent parfois, à l'intérieur, un filtre en bronze fritté qu'il est nécessaire de nettoyer périodiquement. ces bouteilles sont soumises à la réglementation sur les appareils à pression. (Voir le chapitre "Réglementation")

Manomètres

Le contrôle des pressions de refoulement est effectué par des manomètres. Voir la norme EN 837-1. Ils équipent parfois chaque étage de compression et obligatoirement la bouteille de décantation finale pour les groupes industriels, la rampe de chargement pour les groupes fixes, le flexible de chargement pour les groupes portables.

Il existe de même des manomètres pour surveiller les pressions d'huile. Parfois cependant, on se contente de prises de pression aux points importants du circuit.

La plupart de ces appareils sont basés sur le principe du tube de Bourdon à bain d'huile. Ils mesurent des pressions relatives. Ils comportent généralement un repère indiquant la pression maximum. Le boîtier doit être équipé d'une soupape de sûreté pour éviter l'explosion de la vitre en cas de fuite du tube de bourdon.

On commence cependant à voir apparaître des appareils électroniques. Ceux-ci sont plus précis et surtout facilitent le déport des informations ainsi que la surveillance électronique de l'ensemble du compresseur par micro processeur.

Soupapes de sûreté

Chaque étage de compression est muni d'une soupape dont le tarage est tel que la pression ne puisse, à plein débit, dépasser de plus de 10% la pression de refoulement, . (Voir les normes EN1012-1 : 1996 § 5.8.3 et NF EN 764-7) Le réglage se fait par vis ou par cales d'épaisseur. Elles sont généralement plombées. Le réglage et le plombage se font en usine.

Nous retrouverons les soupapes de sûreté plus loin dans l'installation des stations de gonflage. La figure suivante montre les dessins de deux modèles, l'un réglable, l'autre fixe.

On trouve aussi des soupapes de sûreté sur les circuits d'huile et d'eau pour éviter les surpressions.

Une soupape de sûreté est obligatoire à la sortie du compresseur. Mais certaines ne sont pas conçues pour supporter des ouvertures fréquentes. Il faut donc éviter de dépasser la pression maximale admissible, car ceci a tendance à détériorer progressivement le joint d'étanchéité.

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Soupapes de sûreté

Clapets anti-retour

On les appelle aussi clapet de non-retour. Ils empêchent l'air provenant des bouteilles chargées de se vider par la purge du filtre lorsqu'elle est ouverte ou d'abîmer le clapet de refoulement du dernier étage. (Voir son utilité dans le maintient des filtres sous pression)

Vannes

Dans les compresseurs, elles sont utilisées pour purger les décanteurs, les filtres ou les flexibles de raccordement.

Il existe des vannes, type quart de tour, utilisées pour isoler les flexibles de raccordement. On utilise aussi des vannes progressives à plusieurs tours pour le réglage des débits, par réduction graduelle de la section du passage de l'air.

Electro-vannes

Ce sont des vannes commandées par électro-aimant. Dans les compresseurs, elles sont surtout utilisées pour les purges automatiques. De façon à utiliser très peu d'énergie, elles sont généralement basées sur le fonctionnement d'un clapet piloté.

Electro-vanne

 

Nota : Nous reverrons les vannes et électrovannes au chapitre sur l'installation des stations de gonflage.

Compteurs horaires

Ce sont des compteurs électromécaniques qui reçoivent des impulsions électriques venant d’une horloge ou, tout simplement, des horloges électroniques qui indiquent le temps de fonctionnement du compresseur et permettent de gérer sa maintenance périodique.

Boîtiers de surveillance électronique

Ils comportent des circuits électroniques qui utilisent des microprocesseurs pour gérer l’ensemble de la station de gonflage. Pour cela ils disposent d’une horloge, de capteurs de pression et de température, disposés en différents points de la machine tant sur le circuit d'air que d'huile ou sur les filtres. Grâce à un affichage alpha numérique, ils signalent en temps voulu les opérations de maintenance préventive. Ils permettent aussi de prévenir les pannes avant qu'elles ne se produisent ou d'en limiter les conséquences par l'arrêt de la machine dès qu'elles surviennent.

Les moteurs

Un compresseur peut être entraîné par un moteur électrique ou par un moteur thermique à essence ou diesel.

La principale caractéristique d'un moteur est sa puissance. L'unité normalisée est le watt, on utilise souvent le Kilowatt (kW) et parfois encore le Cheval Vapeur. (CV) La relation entre ces unités est simple, 1 CV égale 736 watts.

Pour donner une idée, il faut un moteur d'environ 1CV pour comprimer en une heure, 2m3 d'air à 350 bar. Dans les mêmes conditions il faut donc environ 20 CV ou 15 kW pour un compresseur de 40m3/heure.

Le moteur électrique

Il est simple et en conséquence fiable. Il est préférable à chaque fois que possible, surtout pour les installations fixes, car il est peu encombrant, peu bruyant, non polluant. Il présente l'inconvénient de nécessiter une source d'énergie fixe. Il devra être classé IP55 ce qui correspond à une norme d'isolation électrique. On ne peut donc pas utiliser n'importe quel moteur.

La réglementation européenne prévoit que le réseau électrique soit distribué en 400 Volts + 5% triphasé 50 Hertz. On peut disposer en monophasé de 230 Volts entre phase et neutre ou de 400 Volts entre phases pour des moteurs monophasés. Cependant, au-delà de quelques kilowatts, on préfère utiliser le courant triphasé.

Un moteur triphasé comporte 3 bobinages fixes destinés à créer un champ magnétique tournant. Ces bobinages peuvent être branchés en étoile ou en triangle selon la puissance désirée ou la tension disponible, voir figure 25.

Sur les installations d'une certaine puissance, on réalise une séquence de démarrage automatique étoile puis triangle, par relais. Cela permet de réduire le courant d'appel à la mise en marche.

Figure 25    Branchement d'un moteur électrique triphasé

Un moteur qui tourne à l'envers peut être dangereux pour la lubrification, la ventilation et le serrage de certaines pièces tournantes. Le sens correct est généralement indiqué en noir, sur le volant d'entraînement du compresseur. Pour inverser le sens de rotation d'un moteur triphasé, il suffit d'inverser deux phases. Mais, attention, dans une installation avec démarrage Etoile/Triangle, cette inversion ne peut se faire qu'au niveau du réseau de distribution et non, au niveau du moteur, sous peine de court circuit.

Les moteurs sont calculés pour fonctionner aussi bien en 50 qu'en 60 Hz. A cette dernière fréquence, les poulies des moteurs doivent avoir un diamètre plus petit de 20%, si l'on veut conserver la même vitesse au compresseur. De plus, il faut s'assurer que les tensions restent appropriées. (Attention au matériel U.S.)

Le moteur thermique 

Il est indispensable lorsqu'on ne dispose pas de source d'énergie électrique. Mais il est plus lourd et encombrant à puissance égale. De plus il est bruyant, polluant, moins fiable. Il nécessite des réserves de carburant et d'huile (Celle-ci est différente de celle du compresseur) qui peuvent poser des problèmes de stockage. Les moteurs thermiques doivent toujours être munis d'un régulateur de vitesse. On peut utiliser des moteurs à essence ou diesel pour les fortes puissances.

Les courroies

Pour éviter les glissements, il y en a en général plusieurs, généralement de forme trapézoïdale. Il faut les vérifier régulièrement, car elles se détendent. Les fabricants indiquent une méthode de contrôle basée sur la longueur de la flèche qu'elles prennent, en leur milieu, sous un effort donné. Par exemple 5mm sous 15 daN.

 

 

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Livre d'or

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