Compresseur mecanique


Compresseur mecanique

Compresseur mécanique

Un compresseur mécanique est un organe mécanique destiné à augmenter par un procédé uniquement mécanique la pression d'un gaz. Les gaz étant compressibles, les compresseurs à gaz réduisent aussi le volume du gaz comprimé et peuvent être utilisés uniquement pour cet usage (par exemple, le remplissage d'une bonbonne).

Schéma de principe d'un compresseur.

Sommaire

Compresseur rotatif

À turbine

Ce type de compresseur agit principalement par accélération d'un flux de fluide, il n'est donc pas particulièrement indiqué pour fournir une importante pression en sortie, sauf à multiplier les étages de compression, comme dans les turbines à gaz et les turboréacteurs.

  • Un turbocompresseur est un dispositif alliant deux turbines. Une turbine parcourue par le flux des gaz d'échappement d'un moteur à explosion, entraîne par un axe la turbine compresseur, laquelle augmente la pression de l'air admis dans le moteur. Le turbocompresseur permet d'augmenter la puissance d'un moteur, sans consommation de couple sur son arbre de sortie, mais seulement à partir d'un certain débit de gaz d'échappement, donc d'un régime de rotation donné.
  • Les compresseurs à turbine classiques sont dit centrifuges.

À palettes

Le compresseur à palettes est un compresseur dit à rotation.

Il est constitué d'un stator cylindrique dans lequel tourne un rotor excentré. Ce dernier est muni de rainures radiales dans lesquelles coulissent des palettes qui sont constamment plaquées contre la paroi du stator par la force centrifuge.

La capacité comprise entre deux palettes est variable. Devant la tubulure d'aspiration, le volume croît : il y a donc aspiration du gaz. Ce gaz est ensuite emprisonné entre deux palettes et transporté vers la tubulure de refoulement. Dans cette zone, le volume décroît et le gaz comprimé s'échappe dans la tuyauterie de refoulement.

Deux conceptions de compresseur existent :

  • fonctionnement avec lubrification : les palettes sont en général en acier et l'huile, outre l'amélioration du frottement entre palettes et stator, assure l'évacuation des calories et améliore l'étanchéité au niveau des contacts palettes/stator. Dans cette configuration, le gaz comprimé est pollué par l'huile.
  • Fonctionnement à sec avec des palettes en composites chargés en graphite.
Compresseur à palettes

À vis

Principe de fonctionnement:

Le compresseur à vis, comme son nom l'indique, comporte deux vis qui permettent de comprimer l'air. Comme pour le compresseur à piston, on joue ici sur une diminution du volume pour augmenter la pression. Mais contrairement aux pistons dans les cylindres qui utilisent des segments pour assurer l'étanchéité, il n'y a pas de frottement entre les vis mâle et femelle, c'est le film d'huile qui assure l'étanchéité.

À gauche l'aspiration de l'air ambiant, à droite le refoulement de l'air comprimé.

  1. Phase d'aspiration : L'air entre par l'orifice d'aspiration dans les spires des rotors ouvertes du côté de l'aspiration.
  2. Phase de compression : la rotation progressive des rotors provoque la fermeture de l'orifice d'admission d'air, le volume est réduit et la pression monte. L'huile est injectée lors de ce processus.
  3. Phase d'évacuation : la compression est terminée, la pression finale est atteinte, le refoulement commence.

L'huile utilisée dans ces compresseurs est souvent refroidie. Car, contrairement aux compresseurs à pistons, l'huile sert aussi à l'étanchéité des vis. Si l'huile est trop chaude, elle n'est plus assez visqueuse pour garantir l'étanchéité.

Il existe aussi des compresseurs à vis dont la chambre de compression n'est pas lubrifiée. Les vis, synchronisées, n'entrent pas en contact l'une avec l'autre. L'air comprimé produit est alors totalement exempt d'huile.

À spirales

Mouvement du compresseur spiro-orbitale
Cycle de compression d'un système spiro-orbitale (compresseur scroll)

Le compresseur à spirale, également connu sous le nom de compresseur scroll, emploie deux spirales intercalées comme des palettes pour pomper et comprimer des fluides. Souvent, une des spires est fixe, alors que l'autre se déplace excentriquement sans tourner, de sorte à pomper puis emprisonner et enfin comprimer des poches de fluide entre les spires comme dessiné ci-dessous.

Compresseur type G

L'histoire du compresseur G ou à spirales débute avec le XXe siècle, inventé dans son principe en 1905 par un français nommé Louis Creux, et breveté aux États-Unis le 3 octobre de la même année. À l'époque il était impossible techniquement de le construire. C'est au milieu des années 1980 que Volkswagen décide de donner sa chance au compresseur G sur les modèles Polo G40 phase 2, et les Polo G40 phase 3, Corrado G60 et Golf II G60 et Rallye et Passat G60.

Le qualificatif G provient de la forme particulière du compresseur et des spirales qui rappelle cette lettre, quant au 40 ou 60, ils informent sur la largeur de la spirale. Pour l'anecdote, le G60 devrait se nommer G59.5, puisque la spirale ne fait que 59,5 mm de large (au lieu de 60).

Le compresseur est composé de quatre spirales fixes et quatre spirales mobiles. Il est entraîné par la poulie d'un vilebrequin. Dans la suite du texte, nous nous concentrons sur un seul couple, les mêmes explications étant correctes pour l'autre couple, mutatis mutandis.

Après le filtre à air, l'air entre dans le compresseur en étant « aspiré » entre les deux spirales (une fixe, l'autre mobile). Grâce à un arbre excentrique, la spirale mobile se rapproche et s'écarte de la spirale fixe, l'air emprisonné est comprimé dans cet espace et est chassé vers le centre du compresseur (sortie), puis vers le conduit d'admission du moteur. Étant donné que cette étape se reproduit quatre fois (quatre couples de spirales), avec un décalage de 180 °, il n'y a pas de baisse de pression entre l'arrivée des poches d'air comprimées au niveau de l'admission.

On constate, en général, une pression de l'ordre de 0,7 bar pour les G60 avec une puissance de 160 ch pour 1,8 litres de cylindrée.

Ce type de compresseur est également utilisé dans l'industrie pour comprimer de l'air à 8, voire 10 bars. La chambre de compression n'est pas lubrifiée, ce qui permet de délivrer un air totalement exempt d'huile..

À lobe(s)

Article détaillé : compresseur Roots.

À rotors

Compresseur alternatif

À pistons

Dans un compresseur à pistons, chaque piston a un mouvement alternatif dans un cylindre. Lors de l'aller, le piston aspire le fluide à une certaine pression puis le comprime au retour. Pour cela, chaque piston est muni d'une entrée et d'une sortie à clapet anti-retour. Le clapet d'admission ne peut laisser passer le fluide que vers la chambre du piston. À l'inverse, le clapet d'échappement ne peut laisser passer le fluide que vers le circuit extérieur. De plus, le clapet d'échappement a une certaine résistance de façon à ce qu'il ne s'ouvre que quand la pression à l'intérieur de la chambre du cylindre a une valeur suffisante.

Voici le fonctionnement pas à pas :

  • le piston « descend » : la dépression créée à l'intérieur du cylindre entraîne l'ouverture du clapet d'admission et le fluide est aspiré. Le clapet d'échappement est fermé, car il ne marche que dans un sens.
  • le piston commence sa « remontée » : le fluide commence à se comprimer, car il ne peut sortir par le clapet d'admission (clapet anti-retour) et sa pression n'est pas suffisante pour pousser le clapet d'échappement (maintenu en place par un ressort par exemple). Le fluide ne pouvant s'échapper, il se compresse, car la « remontée » du piston diminue le volume dans le cylindre.
  • la pression du fluide atteint la pression voulue (contrôlé par la raideur du ressort) : cette pression est suffisante pour ouvrir le clapet d'échappement et le fluide sous pression s'échappe donc. Le piston finissant sa remontée, il chasse le fluide tout en maintenant sa pression.
  • un nouveau cycle recommence alors, le clapet d'échappement se fermant lorsque le piston redescend.

Un compresseur à piston est souvent muni de plusieurs pistons dont les phases d'admission et d'échappement sont décalées pour avoir une sortie de fluide constante dans le compresseur. En effet, pour chaque piston, la sortie du fluide comprimé n'occupe qu'une petite partie du cycle.

Compresseur hydraulique

Le terme compresseur ou compresseur hydraulique est aussi beaucoup utilisé pour nommer : groupe hydraulique et centrale hydraulique

Il peut être à pistons, palettes, engrenages, vis etc.

La technologie est la même que les compresseurs classiques, mais doit supporter des pressions entre 20 et 700 bars, selon les applications

Article détaillé : Centrale hydraulique.

Équipements associés

L'air comprimé produit par un compresseur est saturé en humidité. On lui associe donc souvent un sécheur d'air.

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