Transcript Compresseurs centrifuges

Initiation
aux
Compresseurs centrifuges
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20/10/2008

un compresseur pour quoi faire ?


Point de vue aérodynamique


Domaine d’application
Hauteur, rendement
Point de vue mécanique

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Éléments de machine, dynamique
1 – Pour quoi faire ?
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
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Extraction :
 Injection / gas lift

Transport :
 Station de recompression sur gazoduc
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
Raffinage :
 Craquage, hydro craquage
 Soufflante d’air
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Point de départ du dimensionnement

Données clients :

Composition du gas


Pression d’aspiration & de refoulement


Définition des refroidissement intermédiaire, choix des matériaux
Objectif :


Définition de la « vane gas », géométrie des passages de gaz, nombre d’étage
Température d’aspiration


Définition des matériaux, type de carter, refroidissement intermédiaire
Fournir un compresseur répondant au besoin du client, au meilleur prix
2 aspects pour le dimensionnement :


L’aérodynamique
La mécanique / dynamique
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Un étage de compression
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2 – Aérodynamique des machines
Hauteur et rendement
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Triangle des vitesses et rendement
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U2
W2
U1, vitesse d’entraînement
W1, vitesse relative
C2
C1, vitesse absolue du fluide
C=U+W
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Hauteur = U2.CU2 - U1.CU1
CU est la composante radiale de la vitesse du gaz
Un étage de compression
4
100
3
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
-Pression total
-Pression statique
1
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5
2
Triangle des vitesses et rendement

Adaptation de l’angles des aubes


à la vitesse
au débit
W1, vitesse relative
C1, vitesse absolue du fluide
U1, vitesse d’entraînement
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Triangle des vitesses et rendement

Augmentation du débit


C1 augmente
W1 augmente
W1, vitesse relative
C1, vitesse absolue du fluide
U1, vitesse d’entraînement
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Triangle des vitesses et rendement

Adaptation de l’angles des aubes


à la vitesse
au débit
W1, vitesse relative
C1, vitesse absolue du fluide
U1, vitesse d’entraînement
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Triangle des vitesses et rendement

Augmentation de la vitesse


U1 augmente
W1 augmente
W1, vitesse relative
C1, vitesse absolue du fluide
U1, vitesse d’entraînement
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Triangle des vitesses et rendement

Superposition des 3 cas
W1, vitesse relative
C1, vitesse absolue du fluide
U1, vitesse d’entraînement
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Triangle des vitesses et rendement
Superposition des 3 cas

i, Angle d’incidence
W1, vitesse relative

L’angle d’incidence du fluide modifie de rendement
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Le rendement est fonction de :



Les angles d’incidences du fluide sur les aubes
Les recirculations inter étage
L’état de surface des pièces (pertes par frottements)
La hauteur est fonction de :


Les angles des aubes
La vitesse du compresseur
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Courbe de performance d’un étage
0,90
0,80
Rendement
0,70
0,60
Hauteur
0,50
0,40
0,30
0,20
1,0
1,2

1,6
1,8
2,0
Etablie à partir de :

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1,4

CFD (calcul numérique)
Données d’essais
2,2
2,4
2,6
2,8
Courbe de performance d’un compresseur
(Pression, bar)
100
80
10500 RPM
60
10000 RPM
9000 RPM
8000 RPM
7000 RPM
40
20
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
(Débit, kg/r)

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Données d’entrées :


Compresseur back to back 3-5
Aspiration 7 bar, 220000 kg/h, 20°C
3 – Les éléments de machines
Mécanique et dynamique
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Systèmes d’étanchéités du gas process : les gas seal






Système d ’étanchéité à gaz
Un fin film de gaz entre deux faces, l’une fixe l’autre tournante,
assure l’étanchéité
Fuite du gaz mais maîtrisée
Configuration simple, double ou triple
Remplace depuis début 90 les étanchéités à huile
Etanchéité jusqu’à 400 bar de pression
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Systèmes d’étanchéités du gas process : les gas seal
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Systèmes d’étanchéités du gas process : les gas seal
Évent primaire
(gaz process +
gaz neutre)
(ex : P = 2 barg)
Injection secondaire
(gaz neutre)
Évent
secondaire
(gaz neutre)
(Ex : P = 2.5 barg )
(ex : P = atm)
Injection primaire
(gaz process)
Injection tertiaire
(gaz neutre)
(ex : P = 41barg)
(ex : P = 0,5 barg)
Coté palier
Coté
(ex :P = atm)
Compresseur
(ex : P=40 barg)
Parties statiques
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Parties tournantes
Systèmes d’étanchéités du gas process : les gas seal
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Les paliers
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Les paliers


Les paliers hydrodynamiques à patins oscillants guident l’arbre en rotation
injection d’huile pressurisée dans les patins pour favoriser le comportement
dynamique du compresseur
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La butée
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Introduction à la dynamique
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
Le rotor est un système dynamique


Se modélise suivant un système masse/ressort + amortissement
Il a ses fréquences propres
Modélisation d’un palier :
raideur + amortissement
M
C1

K1
K2
Dès la conception,


Il faut prédire les vitesses critiques
Il faut les chasser de la plage de vitesse de la machine
C2
Équilibrage du rotor
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C1




K1
K2
C2
Le rotor n’est jamais parfaitement équilibré
Un balourd résiduel va exciter les fréquences propres du système
La position du balourd détermine la fréquence exciter
La position de la critique est fonction de la géométrie du rotor et des
caractéristiques des paliers

Distance entre palier, diamètre d’arbre, masse des éléments rapportés (roue, piston)
Mesure des vibrations
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C1



K1
K2
C2
Le balourd résiduel va créer des vibrations
On mesure les vibrations au niveau des paliers à l’aide de sondes
Les vibration sont surveillées en permanence en fonctionnement
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Vibration (µm)
Amplitude de vibration en fonction de la vitesse
30
1ère vitesse
critique
20
Plage de vitesse
10
2nde vitesse
critique
0
0
5000
10000
15000
Vitesse (RPM)
Conclusion



Le compresseur est une machine complexe
La conception est un compromis entre
exigences mécaniques et l’aérodynamiques.
Nécessite de nombreux auxiliaires : console
d’huile, panneau d’injection gas seal
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Des questions ?
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Exemple de relevés de vibrations
Exemple de relevés de vibrations