Trois performances de base et la puissance spécifique du bloc de compression d'air à vis

La compression d'un gaz est un processus qui consomme de l'énergie externe pour lui conférer une énergie potentielle de pression. Le compresseur est l'appareil qui produit ce gaz comprimé. Par conséquent, les performances de base du bloc de compression d'un compresseur d'air à vis sont indissociables de ces quatre aspects : pression, débit, puissance et puissance spécifique.
Performances de base du bloc compresseur d'air à vis – pression

L'obtention de l'énergie potentielle de pression de l'air comprimé est la fonction première des compresseurs d'air, et les compresseurs à vis ne font pas exception. Le moteur principal de ces compresseurs augmente la pression de l'air en consommant de l'énergie externe. Plus la pression est élevée, plus la consommation d'énergie est importante et plus les exigences imposées au moteur principal sont élevées. On classe généralement les compresseurs d'air en quatre catégories selon leur pression de sortie :

Basse pression : 0,2 à 1,0 MPa

Pression moyenne : 1,0 à 10 MPa

Haute pression : 10 à 100 MPa

Ultra-haute pression : supérieure à 100 MPa

Les compresseurs d'air à vis ont généralement une pression de sortie de 0,2 à 4,0 MPa, ce qui signifie que leurs performances, leur fiabilité et leur rentabilité sont optimales dans cette plage. Ceci est déterminé par la structure et le mode de fonctionnement du bloc de compression, et il s'agit également du segment de pression le plus demandé sur le marché.

La pression de l'air comprimé fournie par le compresseur est principalement mesurée par le rapport de pression, qui est le rapport entre la pression de sortie Pd et la pression d'aspiration Ps. Plus ce rapport est élevé, plus la pression de sortie est importante.

ε=Pd/Ps Formule (6)

Pour le moteur principal du compresseur d'air à vis, il existe un rapport de pression interne et un rapport de pression externe.

Rapport de pression interne : le rapport entre la pression dans le volume interdentaire du moteur principal et la pression d'aspiration, qui est déterminé par la position et la forme des orifices d'aspiration et d'échappement ;

Rapport de pression externe : rapport entre la pression dans le tuyau d’échappement et la pression d’aspiration. Pressions d’aspiration et d’échappement requises pour les conditions de fonctionnement ou le débit du procédé.

Lorsque le rapport de pression interne est différent du rapport de pression externe, le moteur principal consomme plus d'énergie ; lorsque le rapport de pression interne est égal au rapport de pression externe, le moteur principal fonctionne de manière optimale.

Pour le moteur principal du compresseur d'air à vis, lorsque le moteur principal, la température ambiante, la pression d'aspiration, la vitesse du moteur principal et d'autres facteurs sont identiques, plus la pression de sortie est élevée, plus la consommation d'énergie est importante.

Performances de base du bloc compresseur d'air à vis – débit

Le débit se compose généralement d'un débit massique et d'un débit volumique. Dans les spécifications et normes industrielles des systèmes de compresseurs d'air, on utilise généralement le débit volumique comme méthode de mesure. Ce débit est également appelé débit nominal ou débit d'échappement : sous la pression d'échappement requise, le volume de gaz refoulé par le compresseur d'air par unité de temps est converti en volume à l'état d'admission, c'est-à-dire en fonction de la pression d'aspiration au niveau du premier étage d'admission, ainsi que de la température et de l'humidité d'aspiration. L'unité est le m³/min. Le débit volumique se divise en débit volumique réel et débit volumique normalisé.

Généralement, les échantillons, les sélections et les plaques signalétiques des machines utilisent un débit volumique standard. En fonction du secteur d'activité, de la région et de l'utilisation, le débit volumique standard sur le marché de l'air comprimé peut être défini de deux manières, selon les différences de paramètres de référence (température, pression et composition).

L'état standard est une pression P = 101,325 kPa ; une température standard T = 0 °C ; et une humidité relative de 0 %. On le rencontre fréquemment dans les gaz industriels, l'industrie chimique ou les documents d'appel d'offres, sous la désignation de « carré standard », généralement avec le symbole de formule « VN » et l'unité Nm³/min.

Les conditions normales de fonctionnement sont les suivantes : pression P = 101,325 kPa ; température T = 20 °C ; humidité relative 0 %. Elles sont couramment utilisées dans les normes de l’industrie de l’air comprimé et sont appelées « conditions normales de fonctionnement ». Le symbole est généralement « V » et l’unité est le m³/min.

Dans notre industrie des compresseurs d'air, le débit volumique standard est généralement ce dernier. La conversion du débit volumique entre les deux états peut être calculée par la formule suivante :

V(m3/min)=1,0732VN(Nm3/min) Formule (7)

Pour le moteur principal du compresseur d'air à vis, dans les mêmes autres conditions, plus la distance entre les centres des rotors est grande, plus son débit volumique est important ; plus la vitesse du moteur principal est élevée, plus son débit volumique est important.

Débit volumique V = qv volume de compression du moteur principal × n vitesse de refoulement Formule (8)

qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Formule (9)

Où Z1——nombre de dents du rotor mâle; n——vitesse du rotor mâle; λ——rapport d'aspect du rotor; D——diamètre extérieur du rotor mâle.

Par conséquent, par souci d'économie, nous réduisons généralement le nombre de types de moteurs principaux et pouvons ajuster le volume d'échappement du compresseur d'air en déterminant la vitesse du moteur principal afin de répondre à la demande du marché.

Cependant, la vitesse du moteur principal d'un compresseur à vis ne peut être infiniment élevée ; elle se situe généralement entre 800 et 10 000 tr/min. Par conséquent, le fabricant de moteurs principaux de compresseurs à vis développe des moteurs avec différentes plages de débit volumique afin de répondre aux exigences de débit du compresseur.

Puissance spécifique et calcul du bloc compresseur d'air à vis

La puissance à l'arbre consommée par le débit volumique par unité de temps lorsque le bloc de compression d'air fonctionne. L'unité de puissance spécifique est : kW/(m³/min).

La formule de calcul est la suivante :

SER bloc de compression = Pd bloc de compression/qv Formule (10)

Pd bloc de compression – puissance de l'arbre du bloc de compression ;

qv – débit volumique du bloc de compression par unité de temps

Sa valeur de puissance spécifique est :

Côté air SER = 117/23,1 = 5,065 (kW/(m3/min))

Plus la puissance spécifique du bloc de compression d'un compresseur d'air à vis est faible, plus sa consommation d'énergie est réduite et meilleures sont ses performances. À débit constant, plus la pression de sortie est élevée, plus la puissance à l'arbre du bloc de compression est importante, et donc plus sa puissance spécifique est élevée.

Chaque compresseur à vis possède une puissance spécifique optimale, liée à la vitesse du moteur principal. Lorsque cette vitesse est trop faible, les fuites augmentent, le volume de gaz diminue et la puissance spécifique s'accroît. À l'inverse, une vitesse trop élevée entraîne une augmentation des frottements et de la puissance à l'arbre, ce qui également accroît la puissance spécifique. Il existe donc nécessairement une vitesse optimale minimisant la puissance spécifique. C'est pourquoi affirmer qu'un moteur principal plus puissant est forcément plus économe en énergie n'est pas toujours exact.

Lors de la conception de compresseurs à vis et de compresseurs à fréquence variable, il est essentiel de garantir la qualité tout en tenant compte des aspects économiques, de la standardisation et de la modularité du moteur principal. C'est pourquoi nous utilisons la courbe de puissance spécifique du moteur principal pour concevoir et développer des compresseurs à vis fonctionnant à différentes pressions et débits.