migration du réfrigérant liquide
La migration du fluide frigorigène désigne l'accumulation de fluide frigorigène liquide dans le carter du compresseur lorsque celui-ci est arrêté. Tant que la température à l'intérieur du compresseur est inférieure à celle de l'évaporateur, la différence de pression entre le compresseur et l'évaporateur entraîne le déplacement du fluide frigorigène vers une zone plus froide. Ce phénomène est plus fréquent durant les mois d'hiver. Cependant, pour les climatiseurs et les pompes à chaleur, même à température élevée, la migration peut se produire lorsque le groupe de condensation est éloigné du compresseur.
Lorsque le système est arrêté, s'il n'est pas remis en marche dans les quelques heures qui suivent, même en l'absence de différence de pression, un phénomène de migration peut se produire en raison de l'attraction de l'huile réfrigérée contenue dans le carter par le fluide frigorigène.
Si une quantité excessive de réfrigérant liquide migre dans le carter du compresseur, un grave choc thermique se produira au démarrage du compresseur, entraînant diverses défaillances du compresseur, telles que la rupture du disque de soupape, l'endommagement du piston, la défaillance des roulements et l'érosion des roulements (le réfrigérant emporte l'huile refroidie loin du roulement).
Débordement de réfrigérant liquide
En cas de dysfonctionnement du détendeur, de panne du ventilateur d'évaporateur ou d'obstruction par le filtre à air, le fluide frigorigène liquide déborde de l'évaporateur et pénètre dans le compresseur sous forme liquide, et non sous forme de vapeur, par le tube d'aspiration. En fonctionnement, ce débordement dilue l'huile frigorigène, provoquant l'usure des pièces mobiles du compresseur. La chute de pression d'huile qui en résulte déclenche le dispositif de sécurité, entraînant une fuite d'huile dans le carter. Si la machine est arrêtée, le phénomène de migration du fluide frigorigène se produit rapidement, provoquant un choc thermique au redémarrage.
Marteau liquide
Lors d'un choc hydraulique, un claquement métallique provenant du compresseur est audible, accompagné parfois de fortes vibrations. Ce choc peut entraîner la rupture de soupapes, l'endommagement du joint de culasse, la fracture de bielles ou d'arbres, ainsi que d'autres dommages au compresseur. Lorsque le fluide frigorigène liquide s'infiltre dans le carter, un choc hydraulique se produit à la mise en marche. Sur certains modèles, en raison de la configuration de la tuyauterie ou de l'emplacement des composants, le fluide frigorigène liquide s'accumule dans le tube d'aspiration ou l'évaporateur pendant les périodes d'arrêt et pénètre dans le compresseur sous forme liquide à grande vitesse lors de sa remise en marche. La vitesse et l'inertie de ce choc hydraulique sont alors suffisantes pour neutraliser tout dispositif de protection anti-coupure hydraulique intégré au compresseur.
action du dispositif de sécurité de contrôle de la pression d'huile
Dans une unité cryogénique, après la période de dégivrage, le débordement de fluide frigorigène liquide provoque souvent le déclenchement du dispositif de sécurité de pression d'huile. De nombreux systèmes sont conçus pour permettre la condensation du fluide frigorigène dans l'évaporateur et le tube d'aspiration pendant le dégivrage, puis son écoulement dans le carter du compresseur au démarrage, entraînant une chute de pression d'huile et, par conséquent, le déclenchement du dispositif de sécurité de pression d'huile.
Il arrive que le déclenchement ponctuel ou à deux reprises du dispositif de sécurité de pression d'huile n'ait pas d'incidence grave sur le compresseur. Cependant, des déclenchements répétés, en l'absence d'une lubrification adéquate, peuvent entraîner une panne. Le dispositif de sécurité de pression d'huile est souvent perçu par l'opérateur comme un défaut mineur, mais il signale en réalité que le compresseur a fonctionné pendant plus de deux minutes sans lubrification et qu'il est impératif d'intervenir rapidement.
remèdes recommandés
Plus la charge de réfrigérant dans le système frigorifique est importante, plus le risque de panne est élevé. Ce n'est qu'après avoir connecté le compresseur et les autres composants principaux du système pour des essais que la charge maximale de réfrigérant, en toute sécurité, peut être déterminée. Les fabricants de compresseurs sont capables de déterminer la quantité maximale de réfrigérant liquide à charger sans endommager les pièces mobiles du compresseur, mais ils ne peuvent pas déterminer, dans la plupart des cas extrêmes, la proportion de réfrigérant contenue dans le compresseur par rapport à la charge totale du système. La quantité maximale de réfrigérant liquide que le compresseur peut supporter dépend de sa conception, de son volume et de la quantité d'huile de réfrigérant chargée. En cas de migration de liquide, de débordement ou de cliquetis, des mesures correctives doivent être prises ; leur nature dépend de la conception du système et du type de panne.
Réduisez la quantité de réfrigérant chargée.
Pour protéger au mieux le compresseur contre les pannes dues aux fluides frigorigènes liquides, il est essentiel de limiter la charge de fluide frigorigène à la plage admissible du compresseur. Si cela s'avère impossible, la quantité de fluide doit être réduite au minimum. Tout en respectant le débit requis, le condenseur, l'évaporateur et les tuyauteries de raccordement doivent être de dimensions réduites, et le réservoir de fluide frigorigène doit être aussi petit que possible. La réduction de la quantité de fluide frigorigène nécessite une utilisation appropriée afin de détecter la présence de bulles d'air, dues au faible diamètre des tubes et à la faible pression, qui peuvent entraîner un surremplissage important.
Cycle d'évacuation
La méthode la plus efficace et fiable pour contrôler le fluide frigorigène liquide est le cycle d'évacuation. En particulier lorsque la charge du système est importante, la fermeture de l'électrovanne du circuit de liquide permet de pomper le fluide frigorigène vers le condenseur et le réservoir. Le compresseur fonctionne alors sous le contrôle du dispositif de sécurité basse pression, isolant ainsi le fluide frigorigène du compresseur à l'arrêt et évitant toute migration vers le carter. Il est recommandé d'utiliser un cycle d'évacuation continu pendant la phase d'arrêt afin de prévenir les fuites au niveau de l'électrovanne. Un cycle d'évacuation unique, ou mode de contrôle sans recirculation, entraînerait des fuites de fluide frigorigène trop importantes, susceptibles d'endommager le compresseur lors d'un arrêt prolongé. Bien que le cycle d'évacuation continu soit la meilleure solution pour prévenir les migrations, il ne protège pas le compresseur contre les effets néfastes d'un débordement de fluide frigorigène.
réchauffeur de carter
Dans certains systèmes, en raison de l'environnement d'exploitation, des coûts ou des préférences des clients qui peuvent rendre les cycles d'évacuation impossibles, les réchauffeurs de carter peuvent retarder la migration.
La fonction du réchauffeur de carter est de maintenir la température de l'huile refroidie dans le carter au-dessus de celle du point le plus bas du système. Cependant, la puissance de chauffage du réchauffeur de carter doit être limitée afin d'éviter la surchauffe et la solidification de l'huile (carbone). Lorsque la température ambiante est proche de -18 °C, le réchauffeur doit être suffisamment puissant.° C, ou lorsque le tube d'aspiration est exposé, le rôle du réchauffeur de carter sera partiellement compensé, et le phénomène de migration peut encore se produire.
Les réchauffeurs de carter fonctionnent généralement en continu, car une fois que le fluide frigorigène pénètre dans le carter et se condense dans l'huile refroidie, son retour vers le tube d'aspiration peut prendre plusieurs heures. Lorsque la situation n'est pas critique, le réchauffeur de carter est très efficace pour prévenir les migrations, mais il ne protège pas le compresseur des dommages causés par un reflux de liquide.
séparateur gaz-liquide à tube d'aspiration
Pour les systèmes sujets aux débordements de liquide, un séparateur gaz-liquide doit être installé sur la conduite d'aspiration afin de stocker temporairement le réfrigérant liquide qui s'est déversé du système et de le renvoyer au compresseur à un débit que celui-ci peut supporter.
Le débordement de réfrigérant est plus susceptible de se produire lorsque la pompe à chaleur passe du mode refroidissement au mode chauffage, et en général, le séparateur gaz-liquide du tube d'aspiration est un équipement nécessaire dans toutes les pompes à chaleur.
Les systèmes de dégivrage utilisant des gaz chauds sont également sujets à des débordements de liquide au début et à la fin du cycle. Les appareils à faible surchauffe, tels que les congélateurs à liquide et les compresseurs des vitrines réfrigérées, peuvent occasionnellement provoquer des débordements en raison d'une mauvaise régulation du fluide frigorigène. Dans le cas des véhicules, un arrêt prolongé peut également entraîner d'importants débordements au redémarrage.
Dans un compresseur à deux étages, l'aspiration est renvoyée directement au cylindre inférieur et ne passe pas par la chambre du moteur, et un séparateur gaz-liquide doit être utilisé pour protéger la soupape du compresseur contre les dommages causés par le souffle de liquide.
Les besoins en fluide frigorigène des différents systèmes de réfrigération étant variables, tout comme les méthodes de régulation du fluide frigorigène, la nécessité et le dimensionnement d'un séparateur gaz-liquide dépendent largement des exigences spécifiques de chaque système. Si le taux de reflux de liquide n'est pas mesuré avec précision, une approche prudente consiste à dimensionner le séparateur gaz-liquide à 50 % de la charge totale du système.
Séparateur d'huile
Le séparateur d'huile ne peut résoudre ni le défaut de retour d'huile dû à la conception du système, ni le défaut de régulation du fluide frigorigène. Cependant, lorsque la défaillance de la régulation du système ne peut être résolue par d'autres moyens, le séparateur d'huile contribue à réduire la quantité d'huile en circulation, ce qui peut permettre au système de traverser une période critique jusqu'au rétablissement de son fonctionnement normal. Par exemple, dans une unité à très basse température ou un évaporateur à liquide complet, le retour d'huile peut être affecté par le dégivrage ; dans ce cas, le séparateur d'huile peut contribuer à maintenir la quantité d'huile froide dans le compresseur pendant le dégivrage du système.
Date de publication : 7 septembre 2023
