Compresseurs centrifuges

Les compresseurs centrifuges sont un type de compresseur rotatif, également appelés compresseurs à turbine. Dans les compresseurs centrifuges, la rotation à grande vitesse de la roue crée une force centrifuge qui est transmise au gaz, lequel est ensuite détendu dans le diffuseur, ce qui augmente sa pression.

Au départ, les compresseurs centrifuges n’étaient pas largement reconnus, car ils ne convenaient qu’à des applications de basse à moyenne pression avec un débit élevé. Cependant, avec le développement de l’industrie chimique et la création de nombreuses usines chimiques et raffineries à grande échelle, les compresseurs centrifuges sont devenus des machines essentielles pour la compression et le transport de divers gaz dans la production chimique, occupant une place importante. L’avancement de la recherche en dynamique des gaz a permis d’améliorer continuellement le rendement des compresseurs centrifuges. Les progrès technologiques dans l’étanchéité haute pression, les roues étroites pour petits débits et les paliers à coussinet multi-huiles ont permis de résoudre une série de problèmes liés au développement des compresseurs centrifuges pour des pressions élevées et des plages de débit étendues. En conséquence, leur champ d’application s’est considérablement élargi, au point qu’ils peuvent remplacer les compresseurs à piston dans de nombreuses situations.

Principe : Lorsque la roue du compresseur tourne, la vapeur de réfrigérant pénètre dans les canaux de la roue par les aubages d’entrée depuis la chambre d’aspiration. Le gaz tourne avec la roue sous l’action des pales. En raison de la force centrifuge, le gaz s’écoule radialement le long du canal de la roue et quitte celle-ci.

Structure : Les compresseurs monocellulaires se composent principalement d’une chambre d’aspiration, d’une roue (ou roue de travail), d’un diffuseur, d’une volute (ou enveloppe) et de joints. Les compresseurs multi-étagés peuvent inclure des coudes et des canaux de retour.

Avantages des compresseurs centrifuges:

Les compresseurs centrifuges présentent un débit de gaz élevé et une structure simple et compacte. Ils sont légers, de taille réduite et occupent peu d’espace au sol. Comparés aux compresseurs à piston, les compresseurs centrifuges sont 5 à 8 fois plus légers pour une capacité frigorifique équivalente.

Ils comportent moins de pièces vulnérables comme les soupapes ou les segments de piston, et ne possèdent pas de mécanisme manivelle-bielle. Leur fonctionnement est équilibré, avec une grande fiabilité, un taux de disponibilité élevé et peu de pièces en friction, ce qui réduit les coûts de maintenance et de pièces de rechange.

Il n’y a pas de friction entre la roue et l’enveloppe, ce qui élimine le besoin de lubrification. Dans les procédés chimiques, les compresseurs centrifuges permettent une compression sans huile des gaz chimiques.

Les compresseurs centrifuges étant des machines rotatives, ils sont adaptés à l'entraînement direct par des turbines à vapeur industrielle ou des turbines à gaz. En général, dans les usines chimiques de grande taille, la vapeur produite est utilisée pour entraîner des turbines à vapeur, favorisant une utilisation complète de l’énergie thermique.

Inconvénients des compresseurs centrifuges:

Les compresseurs centrifuges ne sont actuellement pas adaptés aux applications à très faible débit ou à rapports de compression excessivement élevés. Ils conviennent plutôt à la réfrigération de grande capacité, généralement supérieure à 250 000 à 300 000 kcal/h.

La plage de fonctionnement stable des compresseurs centrifuges est relativement étroite. Bien que l’ajustement du débit soit relativement aisé, leur efficacité économique est moindre.

Ils nécessitent généralement une transmission par multiplicateur de vitesse, ce qui induit des vitesses de rotation plus élevées et des exigences accrues en matière d’étanchéité à l’extrémité de l’arbre. Ces facteurs compliquent la fabrication et alourdissent la structure.

Ils sont sujets au phénomène de « pompage » ou "surge" à faible charge.