Les compresseurs d'air à vis sont des compresseurs volumétriques qui réalisent la compression des gaz par la réduction progressive du volume de travail.
Le volume utile d'un compresseur d'air à vis est constitué de deux rotors parallèles et engrenés, montés sur un châssis. En fonctionnement, les dents des deux rotors s'engrènent. La rotation des rotors déplace les dents engrenées vers l'orifice d'échappement, réduisant ainsi progressivement le volume qu'elles délimitent et augmentant la pression jusqu'à atteindre la pression requise. Une fois cette pression atteinte, les engrenages communiquent avec l'orifice d'échappement pour permettre l'évacuation des gaz.
Après l'insertion d'un alvéole par les dents du rotor opposé, deux espaces séparés par ces dents se forment. L'alvéole proche de l'extrémité d'aspiration correspond au volume d'aspiration, tandis que celle proche de l'extrémité d'échappement correspond au volume de gaz comprimé. Lors du fonctionnement du compresseur, les dents du rotor opposé, insérées dans la crépine, se déplacent vers l'extrémité d'échappement, ce qui entraîne une augmentation continue du volume d'aspiration et une diminution continue du volume de gaz comprimé. Ce processus d'aspiration et de compression se réalise ainsi dans chaque crépine. Lorsque la pression du gaz comprimé dans la crépine atteint la pression d'échappement requise, la crépine communique avec l'évent et l'échappement commence. Les variations des volumes d'aspiration et de compression réparties dans les crépines par les dents du rotor opposé se répètent, permettant au compresseur d'aspirer, de comprimer et d'évacuer en continu.
Principe de fonctionnement et structure d'un compresseur à vis：
1. Processus d'aspiration : L'orifice d'aspiration côté admission du compresseur à vis doit être conçu de manière à permettre une aspiration complète de l'air dans la chambre de compression. Ce type de compresseur ne possède pas de soupapes d'admission et d'échappement. L'admission est uniquement régulée par l'ouverture et la fermeture d'une vanne de régulation. Lors de la rotation du rotor, l'espace entre les dents des rotors principal et auxiliaire est important et se déplace vers l'ouverture de la paroi d'admission d'air. Cet espace z* est important, permettant ainsi aux dents du rotor de communiquer avec l'air ambiant de l'entrée d'air. En effet, lors de l'échappement, tout l'air contenu dans les dents est évacué, créant un vide dans les dents à la fin de l'échappement. Lors du passage à l'admission d'air, l'espace z* est également important. De même, les dents du rotor communiquent avec l'air ambiant de l'entrée d'air, car tout l'air contenu dans les dents est évacué lors de l'échappement. À la fin de l'échappement, les dents sont créées en état de vide. Lors de son transfert vers l'entrée d'air, l'air extérieur est aspiré et circule axialement dans la gorge des dents des rotors principal et auxiliaire. Pour l'entretien d'un compresseur d'air à vis, il est important de noter que lorsque l'air remplit entièrement la gorge des dents, la face d'extrémité du rotor côté entrée d'air doit être orientée à l'opposé de l'entrée d'air du châssis, et l'air entre les gorges des dents est ainsi bloqué.
2. Processus d'étanchéité et d'évacuation : À la fin de l'aspiration des rotors principal et auxiliaire, les gorges de denture de ces rotors et le châssis se referment. L'air est alors emprisonné dans les gorges et ne peut plus s'échapper ; c'est le processus d'étanchéité. Les deux rotors continuent de tourner, leurs sommets de dents et leurs gorges coïncident à l'extrémité d'aspiration, et la surface d'anastomose se déplace progressivement vers l'extrémité d'échappement.
3. Processus de compression et d'injection d'huile : Lors du transport, la surface d'engrènement se déplace progressivement vers l'orifice d'échappement, ce qui réduit progressivement la largeur de la gorge entre cette surface et l'orifice d'échappement. Le gaz contenu dans la gorge est alors progressivement comprimé, entraînant une augmentation de la pression. C'est le processus de compression. Simultanément à la compression, l'huile de lubrification est injectée dans la chambre de compression et se mélange au gaz présent grâce à la différence de pression.
4. Processus d'échappement : Lorsque la face d'engrènement du rotor de maintenance du compresseur d'air à vis est en contact avec l'échappement du châssis (la pression du gaz comprimé est alors élevée, z*), le gaz comprimé est évacué jusqu'à ce que la surface d'engrènement de la dent et la gorge de la dent soient alignées avec la face d'échappement. À ce moment, l'espace entre la surface d'engrènement des deux rotors et l'orifice d'échappement du châssis 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 du rotor et l'entrée d'air du châssis atteint z*, et le processus d'aspiration commence.
Les compresseurs d'air à vis se divisent en trois catégories : les compresseurs ouverts, les compresseurs semi-fermés et les compresseurs entièrement fermés.
1. Compresseur à vis entièrement fermé : le corps est en fonte de haute qualité à faible porosité, minimisant la déformation thermique. Sa structure à double paroi, avec passage d'échappement, lui confère une grande robustesse et une excellente réduction du bruit. Les forces internes et externes sont parfaitement équilibrées, éliminant ainsi les risques liés à la haute pression des compresseurs ouverts et semi-fermés. L'enveloppe en acier allie haute résistance, esthétique et légèreté. De conception verticale, le compresseur occupe un espace réduit, facilitant l'intégration de plusieurs groupes frigorifiques. Le palier inférieur, immergé dans le réservoir d'huile, assure une lubrification optimale. L'effort axial du rotor est réduit de 50 % par rapport aux compresseurs 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 grande fiabilité. L'ajustement précis est optimisé grâce à l'absence d'influence du poids du rotor à vis, du distributeur et du rotor moteur, améliorant ainsi la fiabilité. Processus d'assemblage de qualité. La conception verticale de la vis sans pompe à huile permet au compresseur de fonctionner ou de s'arrêter sans risque de manque d'huile. Le palier inférieur est entièrement immergé dans le réservoir d'huile, tandis que le palier supérieur est lubrifié par pression différentielle ; les exigences en matière de pression différentielle du système sont donc faibles. En cas d'urgence, le système de protection contre le manque d'huile des paliers évite tout défaut de lubrification, ce qui facilite la mise en service de l'unité pendant la période de transition. Inconvénients : Le refroidissement par échappement, le moteur étant situé au niveau de l'orifice d'échappement, peut facilement entraîner la surchauffe de la bobine d'allumage ; de plus, le diagnostic des pannes ne peut être effectué à temps.
2. Compresseur à vis semi-fermé
Le moteur refroidi par pulvérisation présente une faible température de fonctionnement et une longue durée de vie. À l'inverse, le compresseur ouvert utilise l'air pour refroidir le moteur, ce qui entraîne une température de fonctionnement plus élevée et réduit sa durée de vie. De plus, l'environnement de travail en salle informatique est peu propice à ce type d'utilisation. Le refroidissement par extraction d'air du moteur génère une température de fonctionnement très élevée et une durée de vie réduite. Généralement, l'huile externe est plus volumineuse, mais son rendement est très élevé. L'huile intégrée au compresseur, de petite taille, est moins efficace. L'efficacité de la séparation d'huile secondaire peut atteindre 99,999 %, assurant ainsi une lubrification optimale du compresseur dans diverses conditions de fonctionnement. Cependant, le compresseur à vis semi-fermé à piston est entraîné par engrenage pour augmenter sa vitesse. Cette vitesse élevée (environ 12 000 tr/min) engendre une usure importante et une faible fiabilité.
Trois, compresseur à vis ouvert
Les avantages des groupes frigorifiques ouverts sont les suivants : 1) Le compresseur est séparé du moteur, ce qui lui confère une plus grande polyvalence ; 2) Un même compresseur peut être utilisé avec différents fluides frigorigènes. Outre les hydrocarbures halogénés, l’ammoniac peut également être utilisé en modifiant les matériaux de certaines pièces ; 3) Selon le fluide frigorigène et les conditions de fonctionnement, des moteurs de différentes puissances peuvent être utilisés. Les principaux inconvénients des groupes frigorifiques ouverts sont les suivants : (1) Le joint d’arbre est sujet aux fuites, ce qui nécessite une maintenance fréquente ; (2) Le moteur tourne à grande vitesse, générant un bruit important dû à l’écoulement de l’air et au fonctionnement du compresseur, ce qui nuit à l’environnement ; (3) L’installation d’un séparateur d’huile, d’un refroidisseur d’huile et d’autres composants complexes du système d’huile est nécessaire, ce qui rend le groupe encombrant et difficile à utiliser et à entretenir.
Date de publication : 5 mai 2023
