Que se passe-t-il si l’on utilise un corps de compresseur à vis de 8 bars sur une machine conçue pour 5 bars ?

Dans la production industrielle, le choix de la pression d’une compresseur à vis influe directement sur l’efficacité de fonctionnement et la durée de vie de l’équipement. Il arrive que des entreprises aient recours à un compresseur haute pression dans des conditions de service à basse pression, par exemple en installant un compresseur dont la pression de refoulement nominale est de 8 bars sur un réseau fonctionnant à 5 bars. Cette pratique peut engendrer, en service, une série de phénomènes physiques et mécaniques qu’il convient d’aborder avec la plus grande prudence.

Modification de la cylindrée et du rendement volumétrique

Le débit d’échappement d’une tête de compresseur à vis est étroitement lié à la pression de service. Lorsque la tête de 8 bars fonctionne sous une contre‑pression plus faible, de 5 bars, le rapport de compression interne de la tête diminue sensiblement.

• Réduction des fuitesUne diminution du rapport de compression entraîne une réduction des fuites de gaz entre les jeux du rotor, ce qui se traduit par une amélioration correspondante du rendement volumétrique.
• Augmentation de la cylindréeÀ régime constant, le débit d’échappement réel de la tête de machine est supérieur à son débit nominal dans des conditions de fonctionnement à 8 kg.

Risque d’adaptation entre la charge du moteur et sa puissance

L’augmentation de la cylindrée ne se traduit pas nécessairement par une amélioration du rendement global du système et peut même entraîner un risque de surcharge du moteur. La puissance axiale d’un compresseur d’air est étroitement liée au produit de la cylindrée et du rapport de compression.

• Puissance axiale en hausseBien que le rapport de compression diminue, l’augmentation importante du débit de refoulement pourrait entraîner une puissance totale sur l’arbre supérieure à la puissance nominale du moteur d’origine.
• Protection contre la surchargeSi la puissance du moteur n’est pas adaptée, un fonctionnement prolongé en surcharge déclenchera le relais thermique, entraînant des arrêts fréquents et pouvant même provoquer la destruction du moteur.

Conditions de fonctionnement internes et usure de la vie utile de la tête d’engrenage

Lors de la conception du moteur, la géométrie des pales du rotor, la configuration des roulements, le système de lubrification ainsi que le circuit de refroidissement ont tous été optimisés en fonction de la pression nominale. Modifier la pression de fonctionnement risque de perturber l’équilibre initial de la conception.

• Modification des forces appliquéesLes forces axiales et radiales subies par le rotor peuvent varier, ce qui risque d’entraîner une répartition inégale des charges sur les roulements et d’accélérer leur usure.
• Lubrification et température anormaleUne augmentation de la cylindrée entraîne une variation de la quantité d’injection de carburant; si le système de refroidissement n’est pas ajusté en conséquence, cela peut provoquer une élévation anormale de la température d’échappement au niveau de la culasse, altérer les propriétés de l’huile lubrifiante et, par voie de conséquence, réduire la durée de vie de la culasse.

Recommandations scientifiques pour le choix de la pression

Afin d’éviter les problèmes susmentionnés, les entreprises doivent respecter les principes suivants lors du dimensionnement des équipements sous pression:

• Spécialement pour l’avion spécial: Sélectionnez strictement la tête de compresseur correspondant au niveau de pression requis en fonction de la pression d’utilisation réelle; dans des conditions de 5 bars, il convient d’opter pour une tête conçue pour 5 ou 6 bars.
• Correspondance du systèmeAssurer le fonctionnement conjoint de la tête, du moteur, du système de refroidissement et du système de contrôle dans les conditions de conception, afin d’obtenir le meilleur rendement énergétique.
• Régulation par conversion de fréquenceLorsque la demande en air comprimé présente de fortes fluctuations, il est recommandé d’opter pour un compresseur à vis à vitesse variable, qui ajuste sa vitesse de rotation afin de s’adapter aux variations du débit d’air, plutôt que de recourir à des compromis liés à la modification de la pression nominale de l’étage de compression.