[Compresseur d'air] Connaissances de base

Un compresseur d'air est le composant principal d'un système d'alimentation en air. Il s'agit d'un dispositif qui convertit l'énergie mécanique d'un moteur principal (généralement un moteur électrique) en énergie de pression de gaz, servant de générateur pneumatique pour l'air comprimé.

En tant que type de machine électrique, un compresseur réduit le volume de gaz et augmente la pression, générant une certaine quantité d'énergie cinétique qui peut être utilisée comme énergie mécanique ou à d'autres fins.

Le diagramme schématique du système d’air comprimé est présenté ci-dessous :

1. Classification par définition :

1) Compresseur d'air volumétrique : réduit le volume de gaz et augmente la pression du gaz.

Convertit l'énergie mécanique en énergie potentielle.

Compresseur alternatif : le volume de travail change périodiquement, tandis que la position spatiale reste inchangée.

Compresseur rotatif : le volume de travail change périodiquement et la position spatiale change.

2) Compresseur dynamique

Augmente la vitesse de déplacement des molécules de gaz, convertissant l'énergie cinétique des molécules de gaz en énergie de pression du gaz, augmentant ainsi la pression du gaz comprimé.

Énergie cinétique → Énergie potentielle

Compresseur centrifuge : c'est un type de compresseur à vitesse. Dans cet appareil, il y a une ou plusieurs roues rotatives (les pales sont généralement sur les côtés) qui accélèrent le gaz. Le flux principal est radial.

2. Classification par pression de décharge

1）Souffleur : 0,01 ～ 0,1 MPa

2）Basse pression : 0,2 ～ 1,0 MPa

3) Pression moyenne : 1 ～ 10 MPa

4）Haute pression : 10 ～ 100 MPa

5）Ultra-haute pression : ＞ 100 MPa

3. Classification par déplacement

Miniature : ＜ 1 m³/min

Petit : 1 ～ 10 m³/min

Moyen : 10 ～ 100 m³/min

Grand : ＞ 100 m³/min

4. Classification par méthode de refroidissement

1）Refroidi par air : utilise l'air comme moyen de refroidissement et complète la circulation de l'air avec son propre ventilateur de refroidissement.

2) Refroidi par eau : utilise l'eau comme moyen de refroidissement, équipé d'une tour de refroidissement dédiée ou d'un système de circulation d'eau de refroidissement spécial.

5. Classification par méthode de lubrification

1) Lubrifié à l'huile

un. Compresseur à injection d'huile

b. Micro-compresseur d'huile

2) Lubrifié sans huile

un. Lubrifié à l'eau

b. Vis sèche

c. Piston sans huile

d. Centrifuge

3. Principe de fonctionnement des compresseurs d'air

1. Compresseur d'air à piston

Lorsque le piston se déplace du point mort haut au point mort bas du cylindre, le volume à l’intérieur du cylindre augmente et la pression chute.

Lorsque la pression à l'intérieur du cylindre tombe en dessous de la pression atmosphérique externe, l'air extérieur pousse la soupape d'admission contre la tension du ressort sous la différence de pression et pénètre dans le cylindre (la soupape d'échappement reste fermée).

Lorsque le piston atteint le point mort bas, le cylindre est rempli d'air et sa pression est égale à la pression atmosphérique extérieure. En raison de l'équilibre de pression, le ressort de soupape ferme la soupape d'admission, complétant ainsi la course d'admission.

Lorsque le piston monte du point mort bas au point mort haut, les soupapes d'admission et d'échappement sont fermées et l'air à l'intérieur du cylindre est comprimé.

Avec le mouvement ascendant du piston, le volume du cylindre diminue continuellement et la pression de l'air comprimé augmente de plus en plus. C'est la course de compression.

Lorsque la pression du gaz comprimé dépasse la force combinée de la tension du ressort de soupape et de la pression dans le tuyau de refoulement, la soupape d'échappement s'ouvre et l'air comprimé est évacué par le tuyau de refoulement jusqu'à ce que le piston atteigne le point mort haut.

À ce stade, la majeure partie de l'air comprimé contenu dans le cylindre est déchargée, la pression chute brusquement et la soupape d'échappement se ferme sous la tension du ressort. C'est la course de décharge.

Le piston redescend ensuite, aspirant de l'air frais et démarrant le cycle suivant.

Le compresseur d'air à piston fonctionne selon des cycles répétés d'admission, de compression et de refoulement.

Remarque : les compresseurs d'air à piston sur le marché basse pression sont désormais progressivement remplacés par des compresseurs d'air à vis, seule une compréhension de base est donc requise.

Les compresseurs d'air à vis sont classés en deux types :

compresseurs d'air bivis et compresseurs d'air monovis.

1) Principe de fonctionnement et introduction du compresseur d'air à double vis

Un compresseur d'air à double vis se compose d'une paire de rotors (ou vis) mâles et femelles parallèles et engrenés tournant à l'intérieur du cylindre.

Cela crée des changements de volume périodiques dans les espaces entre les rainures du rotor, de sorte que l'air est continuellement transporté axialement du côté aspiration vers le côté refoulement.

De cette manière, les processus d'admission, de compression et de refoulement du compresseur d'air à vis sont terminés.

L'entrée et la sortie d'air sont situées aux extrémités opposées du compresseur.

Les rainures du rotor femelle et les dents du rotor mâle sont entraînées en rotation par le moteur principal.

2) Principe de fonctionnement et introduction du compresseur d'air à vis unique

Un compresseur d'air monovis se caractérise par un seul rotor à vis.

En pratique, cependant, il comporte trois arbres rotatifs : un rotor à vis et deux roues en étoile (engrenages planétaires) perpendiculaires au rotor à vis. En tant que membre de la famille des compresseurs d'air à vis, le compresseur d'air monovis offre des avantages similaires à ceux du compresseur d'air bivis. Cependant, il n'a pas été largement adopté dans l'industrie en raison de plusieurs problèmes techniques difficiles qui restent difficiles à résoudre.

un. De nombreuses pièces mobiles :

Le compresseur d'air monovis est doté de trois arbres rotatifs.

De plus, la rigidité du rotor à vis et des roues en étoile (engrenages planétaires) diffère considérablement, ce qui entraîne une déformation inégale pendant le fonctionnement. Cela rend difficile la garantie d'un engrènement précis, ce qui entraîne un faible rendement volumétrique. Dans les compresseurs monovis disponibles dans le commerce, les roues en étoile sont constituées de matériaux non métalliques avec une faible résistance à l'usure. Lors d'un fonctionnement à grande vitesse, une usure importante augmente les fuites internes, provoquant une baisse significative du débit après une période d'utilisation. Après 4 000 heures de fonctionnement, le débit diminue en moyenne de 5 % à 10 %. Par conséquent, le compresseur d'air monovis a une très mauvaise efficacité économique dans les applications industrielles.

b. Le matériau des roues étoilées (engrenages planétaires) doit encore être amélioré.

En tant qu'un des composants essentiels d'un compresseur monovis, les roues en étoile fonctionnent principalement comme des joints. Si des roues en étoile en acier sont utilisées, le coefficient de dilatation thermique et le volume de dilatation élevés de l'acier nécessitent un jeu relativement important entre les roues en étoile et la vis. Cela entraîne non seulement des fuites élevées et un faible rendement, mais peut également facilement provoquer un grippage et des pannes majeures. à une augmentation des fuites internes et à une efficacité réduite.Les réparations fréquentes augmentent également la charge de travail du personnel de maintenance et les coûts de maintenance.Trouver un matériau à haute résistance, à faible expansion et à haute résistance à l'usure est devenu un autre problème majeur pour les fabricants.Cependant, compte tenu des progrès actuels de la science des matériaux, une solution fondamentale est peu probable à court terme.

c. Le profil de vis doit encore être optimisé. En raison des deux problèmes ci-dessus et du manque de solutions efficaces dans un avenir prévisible, la promotion des compresseurs d'air monovis est limitée. Par conséquent, les instituts de recherche et les principaux fabricants de compresseurs d'air n'ont pas beaucoup investi dans la recherche de profils monovis et aucun progrès significatif n'a été réalisé. Trouver le profil de vis optimal est une autre tâche clé avant une promotion à grande échelle.

En résumé, du point de vue du développement technologique actuel, les compresseurs d'air à double vis sont non seulement technologiquement avancés, mais également pleinement matures dans les applications pratiques.

3. Compresseur centrifuge

Dans un compresseur centrifuge, la roue à aubes tourne sur l’arbre du compresseur.

Le gaz entrant dans la roue est entraîné en rotation par les pales, ce qui augmente l'énergie cinétique (vitesse) et la hauteur de pression statique (pression). Le gaz quitte ensuite la roue et entre dans le diffuseur, où la vitesse du gaz est convertie en pression, augmentant encore la pression.

4. Compresseur d'air de type vortex

Un compresseur d'air de type Vortex se compose de deux volutes avec des profils d'équation à double fonction : une volute orbitale et une volute fixe, s'engrenant l'une avec l'autre. Pendant le processus d'admission, de compression et de décharge, la volute fixe est montée sur le châssis, tandis que la volute orbitale est entraînée par un arbre excentrique et limitée par un mécanisme anti-rotation. Il effectue un mouvement orbital avec un petit rayon autour du centre du cercle de base de la volute fixe. Le gaz est aspiré à travers le filtre à air situé à la périphérie de la volute fixe. Au fur et à mesure que l'arbre excentrique tourne, le gaz est progressivement comprimé dans plusieurs chambres de compression en forme de croissant formées par les volutes orbitales et fixes en maille, puis déchargé en continu à travers le trou axial dans la partie centrale de la volute fixe.

5. Compresseur d'air à palettes

Un rotor est installé de manière excentrique dans la chambre de compression. Il y a 4 à 6 aubes sur le rotor qui peuvent glisser axialement vers le centre du rotor. Des ressorts sont installés au bas des aubes pour maintenir les aubes en contact avec la chambre à tout moment.