Initiation aux Compresseurs centrifuges

1. Initiationaux Compresseurs centrifuges 20/10/2008 www.dou129.fr

2. un compresseur pour quoi faire ? • Domaine d’application • Point de vue aérodynamique • Hauteur, rendement • Point de vue mécanique • Éléments de machine, dynamique www.dou129.fr

3. 1 – Pour quoi faire ? www.dou129.fr

5. Extraction : • Injection / gas lift www.dou129.fr

6. Transport : • Station de recompression sur gazoduc www.dou129.fr

7. Raffinage : • Craquage, hydro craquage • Soufflante d’air www.dou129.fr

8. Point de départ du dimensionnement • Données clients : • Composition du gas • Définition des matériaux, type de carter, refroidissement intermédiaire • Pression d’aspiration & de refoulement • Définition de la « vane gas », géométrie des passages de gaz, nombre d’étage • Température d’aspiration • Définition des refroidissement intermédiaire, choix des matériaux • Objectif : • 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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11. Un étage de compression www.dou129.fr

12. 2 – Aérodynamique des machinesHauteur et rendement www.dou129.fr

13. Triangle des vitesses et rendement www.dou129.fr

14. U2 W2 U1, vitesse d’entraînement W1, vitesse relative C2 C1, vitesse absolue du fluide C = U + W Hauteur = U2.CU2-U1.CU1 www.dou129.fr CU est la composante radiale de la vitesse du gaz

15. 4 3 2 • Pression total • -Pression statique 1 Un étage de compression www.dou129.fr

16. 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 www.dou129.fr

17. Triangle des vitesses et rendement • Augmentation du débit • C1 augmente • W1 augmente W1, vitesse relative C1, vitesse absolue du fluide U1, vitesse d’entraînement www.dou129.fr

18. 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 www.dou129.fr

19. 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 www.dou129.fr

20. Triangle des vitesses et rendement • Superposition des 3 cas W1, vitesse relative C1, vitesse absolue du fluide U1, vitesse d’entraînement www.dou129.fr

21. 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 www.dou129.fr

22. 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 www.dou129.fr

23. Courbe de performance d’un étage Rendement Hauteur • Etablie à partir de : • CFD (calcul numérique) • Données d’essais www.dou129.fr

24. Courbe de performance d’un compresseur (Pression, bar) Ligne de protection anti- pompage Ligne depompage Ligne de débit maxi (Débit, kg/r) • Données d’entrées : • Compresseur back to back 3-5 • Aspiration 7 bar, 220000 kg/h, 20°C www.dou129.fr

25. 3 – Les éléments de machinesMécanique et dynamique www.dou129.fr

26. 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 www.dou129.fr

27. Systèmes d’étanchéités du gas process : les gas seal www.dou129.fr

28. Systèmes d’étanchéités du gas process : les gas seal Évent secondaire (gaz neutre) (ex : P = atm) Évent primaire (gaz process + gaz neutre) (ex : P = 2 barg) Injection secondaire (gaz neutre) (Ex : P = 2.5 barg ) Injection primaire (gaz process) (ex : P = 41barg) Injection tertiaire (gaz neutre) (ex : P = 0,5 barg) Coté palier (ex :P = atm) Coté Compresseur (ex : P=40 barg) Parties statiques Parties tournantes www.dou129.fr

29. Systèmes d’étanchéités du gas process : les gas seal www.dou129.fr

30. Les paliers www.dou129.fr

31. 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 www.dou129.fr

32. La butée www.dou129.fr

33. Introduction à la dynamique 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 K1 K2 C2 C1 www.dou129.fr • Dès la conception, • Il faut prédire les vitesses critiques • Il faut les chasser de la plage de vitesse de la machine

34. Équilibrage du rotor www.dou129.fr K1 K2 C2 C1 • 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)

35. Mesure des vibrations www.dou129.fr K1 K2 C2 C1 • 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

36. 1ère vitesse critique Plage de vitesse 2nde vitesse critique www.dou129.fr Vibration (µm) Vitesse (RPM)

37. 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 www.dou129.fr

38. Des questions ? dou129@dou129.fr

39. Exemple de relevés de vibrations

40. Exemple de relevés de vibrations