1. Comparés aux compresseurs frigorifiques à piston alternatif, les compresseurs frigorifiques à vis présentent une série d'avantages tels qu'une vitesse élevée, un poids léger, un faible volume, un faible encombrement et de faibles pulsations d'échappement.
2. Le compresseur frigorifique à vis ne présente aucune force d'inertie de masse alternative, de bonnes performances d'équilibre dynamique, un fonctionnement stable, de faibles vibrations de base et une fondation de petite taille.
3. Le compresseur frigorifique à vis présente une structure simple et un nombre réduit de pièces. Il ne comporte aucune pièce d'usure telle que des soupapes d'air ou des segments de piston. Ses principales pièces de friction, comme les rotors et les roulements, offrent une résistance et une durabilité élevées, et bénéficient d'une lubrification optimale. De ce fait, l'usinage est moins complexe, la consommation de matériaux est faible, le cycle de fonctionnement est long, l'utilisation est fiable, la maintenance est simple et l'automatisation du fonctionnement est facilitée.
4. Comparé au compresseur à vitesse variable, le compresseur à vis présente l'avantage d'un refoulement forcé : le débit est quasiment insensible à la pression de refoulement et aucun phénomène de pompage ne se produit à faible débit. Dans certaines conditions, son rendement reste élevé.
5. La vanne coulissante est utilisée pour le réglage, ce qui permet un réglage progressif de l'énergie.
6. Le compresseur à vis n'est pas sensible à l'entrée de liquide et peut être refroidi par injection d'huile ; ainsi, à taux de compression égal, la température d'échappement est bien inférieure à celle du compresseur à piston, ce qui permet un taux de compression mono-étagé plus élevé.
7. Il n'y a pas de volume mort, donc le rendement volumétrique est élevé.
Principe de fonctionnement et structure d'un compresseur à vis :
1. Processus d'inhalation :
L'orifice d'aspiration côté admission d'un compresseur à vis doit être conçu de manière à ce que la chambre de compression puisse aspirer complètement l'air. Ce type de compresseur ne possède pas de soupapes d'admission et d'échappement ; l'admission d'air est uniquement régulée par l'ouverture et la fermeture d'une soupape de régulation. Lors de la rotation du rotor, l'espace entre les dents des rotors principal et auxiliaire est maximal lorsqu'il atteint l'ouverture de la paroi d'admission. L'air est alors complètement évacué, créant un vide dans les dents. Lors du retour à l'admission d'air, l'air extérieur est aspiré et circule dans les dents des rotors principal et auxiliaire, axialement. Rappel concernant l'entretien du compresseur à vis : lorsque l'air remplit entièrement les dents, la surface d'extrémité côté admission du rotor s'éloigne de l'entrée d'air du carter, assurant ainsi l'étanchéité entre les dents.
2. Processus de fermeture et de transmission :
Lorsque les rotors principal et auxiliaire sont aspirés, les crêtes des dents de ces rotors sont scellées contre le carter, et l'air est emprisonné dans les rainures des dents, empêchant toute fuite : c'est le processus d'étanchéité. Les deux rotors continuent de tourner, et les crêtes et les rainures des dents s'alignent à l'extrémité d'aspiration, les surfaces de contact se déplaçant progressivement vers l'extrémité d'échappement.
3. Processus de compression et d'injection de carburant :
Lors du transport, la surface d'engrènement se déplace progressivement vers l'orifice d'échappement, ce qui réduit graduellement la largeur de la gorge entre cette surface et l'orifice. Le gaz contenu dans la gorge est alors comprimé, entraînant une augmentation de la pression : c'est le processus de compression. Simultanément, la différence de pression provoque la pulvérisation d'huile lubrifiante dans la chambre de compression, qui se mélange à l'air ambiant.
4. Processus d'échappement :
Lorsque la surface d'engrènement du rotor entre en contact avec l'orifice d'échappement du carter (la pression du gaz comprimé est alors maximale), le gaz comprimé est évacué jusqu'à ce que la surface d'engrènement de la crête de la dent et la gorge de la dent soient alignées avec l'orifice d'échappement. À ce moment, l'espace entre la surface d'engrènement des deux rotors et l'orifice d'échappement du carter est nul, ce qui marque la fin du processus d'échappement. Simultanément, la longueur de la gorge de la dent entre la surface d'engrènement des rotors et l'entrée d'air du carter atteint son maximum. Le processus d'admission d'air reprend alors.
1. Compresseur à vis entièrement fermé
Le corps du compresseur est fabriqué en fonte de haute qualité à faible porosité, ce qui réduit considérablement les déformations thermiques. Sa structure à double paroi, intégrant des canaux d'échappement, lui confère une grande robustesse et une excellente réduction du bruit. Les forces internes et externes sont parfaitement équilibrées, garantissant une résistance optimale à la haute pression, même en cas de conception ouverte ou semi-fermée. L'enveloppe, en acier, allie haute résistance, esthétique et légèreté. La structure verticale du compresseur permet un encombrement réduit, facilitant ainsi l'agencement multi-têtes du refroidisseur. Le palier inférieur, immergé dans le réservoir d'huile, assure une lubrification optimale. La force axiale du rotor est réduite de 50 % par rapport aux modèles semi-fermés et ouverts (grâce à l'équilibrage de l'arbre moteur côté échappement). L'absence de porte-à-faux horizontal du moteur garantit une fiabilité élevée. L'absence d'influence du rotor à vis, du tiroir de distribution et du poids propre du rotor sur la précision d'ajustement améliore la fiabilité. L'assemblage est réalisé avec soin. La conception verticale de la vis de la pompe, sans huile, assure une lubrification continue, même en cas d'arrêt du compresseur. Le palier inférieur est entièrement immergé dans le réservoir d'huile, tandis que le palier supérieur est alimenté en huile par pression différentielle. Le système ne requiert qu'une faible pression différentielle et assure la protection contre le manque d'huile en cas d'urgence, facilitant ainsi le démarrage de l'unité lors des intersaisons.
Inconvénients : le refroidissement se fait par échappement et le moteur est situé au niveau de l’orifice d’échappement, ce qui peut facilement entraîner la surchauffe de la bobine du moteur ; de plus, il est impossible de remédier à ce problème à temps en cas de panne.
2. Compresseur à vis semi-hermétique
Le moteur est refroidi par pulvérisation de liquide, sa température de fonctionnement est basse et sa durée de vie est longue. Le compresseur ouvert utilise un moteur refroidi par air, dont la température de fonctionnement est élevée, ce qui réduit sa durée de vie, et l'environnement de la salle des machines est défavorable. Le moteur est refroidi par les gaz d'échappement, mais sa température de fonctionnement est très élevée et sa durée de vie est courte. Généralement, le séparateur d'huile externe est volumineux, mais très efficace. Le séparateur d'huile intégré au compresseur est plus petit et donc moins efficace. L'efficacité de la séparation d'huile secondaire peut atteindre 99,999 %, ce qui garantit une bonne lubrification du compresseur dans diverses conditions de fonctionnement.
Cependant, le compresseur à vis semi-hermétique de type piston accélère grâce à une transmission par engrenages, la vitesse est élevée (environ 12 000 tr/min), l'usure est importante et la fiabilité est faible.
3. Compresseur à vis ouvert
Les avantages de l'unité ouverte sont les suivants :
1) Le compresseur est séparé du moteur, ce qui permet d'utiliser le compresseur dans une plage plus large ;
2) Un même compresseur peut être utilisé avec différents fluides frigorigènes. Outre les fluides frigorigènes hydrocarbonés halogénés, l'ammoniac peut également être utilisé comme fluide frigorigène en modifiant les matériaux de certaines pièces ;
3) Des moteurs de capacités différentes peuvent être installés en fonction des différents fluides frigorigènes et des conditions de fonctionnement.
4) Le type ouvert est également divisé en vis simple et en vis double.
Le compresseur monovis se compose d'une vis cylindrique et de deux roues dentées planes symétriquement disposées, installées dans le carter. La gorge de la vis, la paroi interne du carter (cylindre) et les dents des roues dentées forment un volume clos. La puissance est transmise à l'arbre de la vis, qui entraîne la rotation des roues dentées. Le gaz (fluide de travail) pénètre dans la gorge de la vis depuis la chambre d'aspiration, puis est refoulé par l'orifice d'échappement et la chambre d'échappement après compression. Le rôle des roues dentées est équivalent à celui du piston d'un compresseur à piston alternatif. Lorsque les dents des roues dentées se déplacent dans la gorge de la vis, le volume clos diminue progressivement, comprimant ainsi le gaz.
Principe de fonctionnement d'un compresseur à vis et comparaison des types entièrement fermés, semi-hermétiques et ouverts
La vis du compresseur monovis possède 6 gorges et la roue dentée 11 dents, ce qui équivaut à 6 cylindres. Les deux roues dentées s'engrènent simultanément avec les gorges de la vis. Ainsi, chaque rotation de la vis correspond à la mise en marche de 12 cylindres.
Comme chacun sait, les compresseurs à vis (à simple et double vis) représentent la plus grande part des compresseurs rotatifs. Sur le marché international, entre 1963 et 1983, le taux de croissance annuel des ventes de compresseurs à vis dans le monde a été de 30 %. Actuellement, les compresseurs à simple et double vis représentent 80 % des compresseurs de moyenne capacité au Japon, en Europe et aux États-Unis. À performances égales, les compresseurs à simple et double vis représentent plus de 80 % du marché total des compresseurs à vis, grâce à leur technologie de fabrication avancée et à leur grande fiabilité. Les compresseurs à simple et double vis représentent quant à eux moins de 20 %. Voici une brève comparaison de ces deux types de compresseurs.
1. Structure
Dans un compresseur monovis, la vis et la roue dentée forment un système à vis sans fin sphérique, et leurs axes respectifs doivent être parfaitement verticaux. Dans un compresseur bivis, les rotors mâle et femelle fonctionnent comme des engrenages, et leurs axes sont parallèles. De ce fait, la précision d'alignement entre la vis et la roue dentée d'un compresseur monovis est difficile à garantir, ce qui explique la fiabilité moindre de la machine par rapport à celle d'un compresseur bivis.
2. Mode de conduite
Les deux types de compresseurs peuvent être raccordés directement au moteur ou entraînés par une poulie. Lorsque la vitesse du compresseur à double vis est élevée, il est nécessaire d'augmenter la vitesse du multiplicateur.
3. Méthode de réglage de la capacité de refroidissement
Les méthodes de réglage du débit d'air des deux compresseurs sont fondamentalement identiques : elles peuvent toutes deux être réalisées par réglage continu du tiroir de distribution ou par réglage par paliers du piston. Le réglage par tiroir de distribution nécessite un tiroir pour le compresseur à double vis et deux tiroirs pour le compresseur à vis unique, ce qui complexifie la structure et diminue la fiabilité.
4. Coût de fabrication
Compresseur à vis unique : des roulements ordinaires peuvent être utilisés pour la vis et les roulements de roue étoilée, et le coût de fabrication est relativement faible.
Compresseur à double vis : En raison de la charge relativement importante supportée par les rotors à deux vis, l'utilisation de roulements de haute précision est nécessaire, et le coût de fabrication est relativement élevé.
5. Fiabilité
Compresseur monovis : La roue d'entraînement du compresseur monovis est une pièce fragile. Outre les exigences élevées relatives aux matériaux utilisés, elle nécessite un remplacement régulier.
Compresseur à double vis : Le compresseur à double vis ne comporte aucune pièce d'usure et sa durée de fonctionnement sans problème peut atteindre 40 000 à 80 000 heures.
6. Assemblage et entretien
Étant donné que l'arbre à vis et l'arbre de la roue étoilée du compresseur à vis unique doivent être maintenus verticaux dans l'espace, les exigences de précision de position axiale et radiale sont très élevées, de sorte que la facilité d'assemblage et d'entretien du compresseur à vis unique est inférieure à celle du compresseur à double vis.
Les principaux inconvénients de l'unité ouverte sont :
(1) Le joint d'arbre fuit facilement, ce qui fait également l'objet d'un entretien fréquent de la part des utilisateurs ;
(2) Le moteur équipé tourne à grande vitesse, le bruit du flux d'air est important et le bruit du compresseur lui-même est également relativement important, ce qui affecte l'environnement ;
(3) Des composants complexes du système d'huile tels que des séparateurs d'huile et des refroidisseurs d'huile séparés doivent être configurés, et l'unité est encombrante et peu pratique à utiliser et à entretenir.
Compresseur à quatre et trois vis
La structure géométrique unique du compresseur à trois rotors lui confère un taux de fuite inférieur à celui du compresseur à double rotor ; le compresseur à vis à trois rotors permet de réduire considérablement la charge sur les paliers ; cette réduction augmente la surface d’échappement, améliorant ainsi le rendement ; il est crucial de minimiser les fuites de l’unité quelles que soient les conditions de charge, et plus particulièrement en fonctionnement à charge partielle, où l’impact est encore plus important.
Autorégulation de la charge : Lorsque le système change, le capteur réagit rapidement et le contrôleur effectue les calculs nécessaires pour une autorégulation rapide et correcte ; l'autorégulation n'est pas limitée par les actionneurs, les aubes directrices, les électrovannes et les vannes à tiroir, et peut être effectuée directement, rapidement et de manière fiable.
Date de publication : 10 février 2023
