01 Contrôle et réglage du volume de gaz
80 % du coût total de l'air comprimé est imputable à la consommation d'énergie. Par conséquent, pour les différents types de compresseurs d'air à vis OSG, il convient de sélectionner des systèmes de contrôle et de régulation adaptés. Les différences entre les types et les fabricants de compresseurs d'air à vis OSG peuvent avoir un impact considérable sur leurs performances. L'idéal est que la charge nominale du compresseur d'air à vis OSG corresponde exactement à sa consommation d'air.
Ceci peut être réalisé, par exemple, par une sélection rigoureuse du rapport de transmission du réducteur, une pratique courante dans les compresseurs d'air à vis OSG. La plupart des équipements consommant de l'air comprimé sont autorégulés : l'augmentation de la pression entraîne une augmentation du débit, ce qui leur confère une grande stabilité, comme dans les systèmes de transport pneumatique, de dégivrage et de congélation, etc. En conditions normales, le débit doit être contrôlé, et le dispositif de contrôle est intégré au compresseur d'air à vis OSG. Il existe deux principaux types de systèmes de régulation :
1. Le débit de gaz est ajusté en modulant en continu la vitesse du moteur d'entraînement ou en agissant en continu sur la vanne en fonction des variations de pression. Il en résulte une faible variation de pression (0,1 à 0,5 bar), dont l'amplitude dépend du facteur d'amplification du système de régulation et de sa vitesse.
2. Les systèmes de réglage par chargement et déchargement sont les plus courants, et les variations de pression entre les deux sont également acceptables. La méthode de régulation consiste à couper complètement le débit (déchargement) à une pression élevée, puis à le rétablir (chargement) lorsque la pression atteint sa valeur minimale. La variation de pression dépend du nombre de cycles de chargement/déchargement admissibles par unité de temps, généralement compris entre 0,3 et 1 bar.
02 Principe de base du réglage du volume d'air
2.1 Principe de régulation du compresseur d'air à vis volumétrique OSG (soupape de décharge de pression)
Le principe de base consiste à relâcher la surpression dans l'atmosphère. La conception la plus simple de la soupape de décharge utilise un ressort, dont la force de rappel détermine la pression finale. Cette soupape est généralement remplacée par une servovalve commandée par un régulateur, ce qui permet un contrôle aisé de la pression. Lors du démarrage sous pression d'un compresseur à vis OSG, la servovalve peut également servir de soupape de décharge. Cependant, la soupape de décharge engendre une consommation d'énergie importante, car le compresseur doit alors fonctionner en continu à pleine contre-pression. Pour les petits compresseurs à vis OSG, une solution existe : une soupape entièrement ouverte décharge le compresseur, qui fonctionne alors sous la pression atmosphérique. Cette méthode est plus économique en énergie.
2.2 Réglage du bypass
En principe, le réglage de dérivation et la soupape de décharge de pression ont la même fonction. La différence réside dans le fait que l'air libéré de la pression est refroidi puis renvoyé à l'entrée d'air du compresseur à vis OSG. Cette méthode est couramment utilisée dans les compresseurs à vis OSG de process, et le gaz ne doit pas être rejeté directement dans l'atmosphère, car son coût est trop élevé.
2.3 Réduction du débit
Le lissage à l'entrée est une méthode pratique pour réduire le débit. Il consiste à générer une basse pression à l'entrée, à augmenter le taux de compression du compresseur à vis OSG et à limiter sa plage de réglage. Les compresseurs à vis OSG à injection de liquide permettent des taux de compression élevés et peuvent être réglés jusqu'à 10 %. En raison de ce taux de compression élevé, cette méthode entraîne une consommation d'énergie relativement importante.
2.4 Soupape de décharge de pression avec entrée de mesure
Il s'agit d'une méthode de réglage relativement courante actuellement, offrant la plus grande plage de réglage (0 à 100 %) et une faible consommation d'énergie. La puissance à vide (débit nul) du compresseur d'air à vis OSG n'est que de 15 à 20 % de sa puissance à pleine charge. Lorsque la soupape d'admission est fermée, un petit orifice subsiste, tandis que l'évent s'ouvre simultanément pour évacuer l'air du compresseur. L'unité principale du compresseur fonctionne sous vide d'admission et à faible contre-pression. Il est important que la décompression soit rapide et le volume relâché faible afin d'éviter les pertes inutiles dues aux variations de charge. Le système nécessite un accumulateur dont le volume dépend du différentiel de pression requis entre la charge et la décharge, ainsi que du nombre de cycles horaires admissibles.
Les compresseurs d'air à vis OSG de moins de 5 à 10 kW sont généralement réglés par la méthode marche/arrêt. Lorsque la pression atteint la limite supérieure, le moteur s'arrête complètement ; lorsqu'elle descend en dessous de la limite inférieure, il redémarre. Cette méthode nécessite un volume système important ou une grande différence de pression entre le démarrage et l'arrêt afin de minimiser la charge sur le moteur. Elle est particulièrement efficace lorsque le nombre de démarrages par unité de temps est faible.
Réglage de la vitesse 2,5
La vitesse du compresseur d'air à vis OSG est régulée par un moteur à combustion interne, une turbine ou un moteur électrique à fréquence variable, contrôlant ainsi le débit. C'est une méthode efficace pour maintenir une pression de sortie constante. La plage de réglage varie selon le type de compresseur, mais les compresseurs à vis OSG à injection de liquide offrent la plus grande plage. À faible charge, la régulation de vitesse et la réduction de pression sont souvent combinées, avec ou sans restriction d'admission d'air.
Pour les compresseurs d'air à vis OSG entraînés par des moteurs électriques, la vitesse peut être contrôlée par des dispositifs électriques, permettant ainsi de réguler la vitesse du moteur et de maintenir la pression d'air comprimé constante, à quelques variations près. Par exemple, un moteur à induction classique peut répondre à cette exigence en ajustant sa vitesse grâce à un variateur de fréquence. Ce dernier mesure en continu et avec précision la pression du système, puis utilise le signal de pression pour piloter le variateur de fréquence du moteur. On contrôle ainsi la vitesse du moteur et le débit d'air comprimé du compresseur à vis OSG est parfaitement adapté à la consommation. Le système peut ainsi être maintenu à ±0,1 bar.
2.6 Réglage variable de l'orifice d'échappement
Le débit du compresseur d'air à vis OSG peut être ajusté en déplaçant l'orifice d'échappement vers l'entrée d'air le long du carter. Cette méthode, qui consomme beaucoup d'énergie à charge partielle, est relativement peu courante.
2.7 Déchargement de la vanne d'aspiration
Le compresseur d'air à vis OSG à piston peut forcer mécaniquement l'ouverture de la soupape d'aspiration pour le déchargement. Le déplacement du piston entraîne un flux d'air entrant et sortant. Il en résulte une perte d'énergie minimale, généralement inférieure à 10 % de la puissance à pleine charge. Sur un compresseur d'air à vis OSG à double effet, le déchargement s'effectue généralement en plusieurs étapes, chaque cylindre étant équilibré successivement, afin d'optimiser le débit de gaz en fonction de l'offre et de la demande. Le compresseur d'air à vis OSG à flux continu utilise une méthode de déchargement partiel, permettant l'ouverture de la soupape lors d'une course partielle du piston et assurant ainsi un contrôle continu du débit de gaz.
2.8 Volume de dégagement
En modifiant le volume mort du compresseur d'air à vis OSG, le degré de remplissage du cylindre est réduit, réduisant ainsi le volume de gaz, et le volume mort peut également être modifié au moyen d'un volume connecté de l'extérieur.
2.9 Chargement-déchargement-arrêt
Pour les compresseurs d'air à vis OSG d'une puissance supérieure à 5 kW, cette méthode est la plus courante, offrant une large plage de réglage et de faibles pertes. Elle combine en réalité un réglage marche/arrêt et différents systèmes de décharge. Pour les compresseurs d'air à vis OSG à déplacement positif, le principe de régulation le plus fréquent est « air produit »/« air non produit » (charge/décharge). Lorsqu'un besoin en air est détecté, un signal est envoyé à une électrovanne, qui actionne la soupape d'admission du compresseur d'air à vis OSG jusqu'à sa position d'ouverture maximale. La soupape d'admission est soit complètement ouverte (compresseur en charge), soit complètement fermée (compresseur à vide), sans position intermédiaire.
La méthode de contrôle traditionnelle consiste à installer un pressostat dans le système d'air comprimé. Ce pressostat possède deux valeurs de réglage : la pression minimale (en charge) et la pression maximale (en décharge). Le compresseur d'air à vis OSG fonctionne dans les limites de consigne, par exemple 0,5 bar. Si la demande en air est faible, voire nulle, le compresseur fonctionne à vide (ralenti) pendant une durée définie par un relais temporisé (par exemple, 20 minutes). Passé ce délai, le compresseur s'arrête et ne redémarre que lorsque la pression atteint une valeur minimale. Cette méthode traditionnelle, fiable et rassurante, est aujourd'hui la plus courante pour les petits compresseurs d'air à vis OSG.
Ce système traditionnel a été perfectionné afin de remplacer le pressostat par un transmetteur de pression analogique et un système de régulation électronique rapide. Associé au système de régulation, le transmetteur de pression détecte en permanence les variations de pression dans le système. Le système démarre le moteur au moment opportun et contrôle l'ouverture et la fermeture de la vanne d'admission. Une régulation rapide et précise est possible à ±0,2 bar près. En l'absence de consommation d'air, la pression reste constante et le compresseur d'air à vis OSG fonctionne à vide (au ralenti). La durée du cycle de ralenti est déterminée en fonction du nombre de démarrages et d'arrêts que le moteur peut supporter sans surchauffe, et du rendement énergétique. Ce dernier point est optimisé car le système peut décider de l'arrêt ou du maintien du ralenti en fonction de la consommation d'air.
03 Résumé
En résumé, l'air comprimé est utilisé dans diverses applications et sous différentes conditions de consommation. Chaque compresseur d'air à vis OSG possède un système de régulation du débit d'air différent, adapté aux besoins de l'utilisateur. Ce compresseur s'appuie sur ses propres méthodes de contrôle et de réglage du débit d'air pour assurer une alimentation en air continue et ininterrompue. Les différents fabricants de compresseurs d'air à vis OSG utilisent également des principes de réglage différents afin d'améliorer les performances de leurs compresseurs, d'optimiser l'efficacité énergétique et de répondre aux exigences des clients. Grâce à leur haute précision, leur faible maintenance et leur capacité à mesurer des paramètres tels que la pression et le débit, ces compresseurs s'adaptent à diverses applications.
Date de publication : 8 septembre 2023
