Thread by @princertitude

<THREAD> Compresseur centrifuge

Un compresseur centrifuge est une machine tournante souvent de forte puissance (ordre du MW, de la dizaine de MW) , permettant de fournir l’énergie nécessaire au transfert d’un gaz. C’est souvent une machine unique (non doublée) et vitale pour l’unité.

Sur le site, un compresseur centrifuge forme, avec ses annexes, un ensemble complexe, souvent appelé groupe (moto compresseur ou turbo compresseur selon la machine d'entraînement) qui comprend :
-le compresseur lui-même
-le dispositif d'entraînement
-le système d'auxiliaires

Cette photo permet d’avoir une idée de la taille des machines au vu des opérateurs.
Turbine à vapeur multi étagée en arrière plan entraînant directement un premier corps de compresseur.
Le 1er corps est couplé à un multiplicateur, lui-même couplé à un 2eme puis un 3eme corps.

Le process n’impose pas d’avoir le même gaz dans tous les corps. C’est le cas de cette ligne de compresseurs de gaz craqués où le gaz comprimé dans le dernier corps n’est pas le même que dans les deux premiers!

Nous sommes donc en présence de deux compresseurs, le premier avec 2 corps et le second avec un seul, tous sur la même ligne d’arbres, entraînés par une seule machine, mais pas à la même vitesse… tout le monde suit?

La difficulté à fournir l’énergie de pression à un gaz de façon " dynamique " (ou centrifuge) impose d’avoir plusieurs roues, et des vitesses de rotation élevées.
4000 trs/mn < Vitesse de rotation < 30000 trs / mn
La machine d’entraînement est souvent une turbine.

Il peut également s’agir d’un moteur électrique, à vitesse variable, avec ou sans multiplicateur.
Différentes combinaisons sont possibles comme le montrent ces schémas

Les grandes lignes du choix du design:

Il existe plusieurs architectures. Les voici situées dans la grande famille des compresseurs.
NB: compresseurs axiaux et compresseurs centrifuges forment la famille des compresseurs dynamiques, par opposition aux volumétriques.

Alors le principe du compresseur dynamique c'est de transmettre de l'énergie cinétique à un gaz pour ensuite la transformer en pression. Et c'est fait avec ça:

Bon là ça peut paraître un peu chiant mais pour faire simple ça montre comment on donne de la vitesse au gaz dans la roue

Pour faire plus imagé:

Et maintenant que l'on a donné de la vitesse, il faut transformer cela en pression: 1er principe de la thermodynamique, la conservation d'énergie. Si je ralentis le gaz, sa pression va monter.

Pourquoi ça ralenti entre 2 et 3? Car la section d'écoulement augmente en surface à mesure que l'on s'éloigne du centre. Au retour le canal s'élargit pour au contraire garder la section constante en surface et conserver la pression pour l'étage suivant.

Dans le compresseur axial c'est le même principe mais sans éloignement du centre, donc c'est moins compact...Mais ça permet de traiter des débits bien plus élevés. Il n'est pas rare de combiner les deux sur un rotor d'ailleurs.

Bien évidemment il faut soutenir mécaniquement ce gros rotor qui tourne plutôt vite et là je vais vous renvoyer à mon thread sur les paliers.. On trouvera des paliers hydrodynamiques et des paliers magnétiques. Pas de roulement.

Ces paliers, s'il sont hydrodynamiques doivent être lubrifiés. Les débits d'huiles sont assez important et nécessitent des auxiliaires conséquents (pompe, filtres, réfrigérant...)

Une autre fonction importante est l'étanchéité dynamique, celle qui empêche le gaz de fuir le long de l'arbre. On utilise des garnitures, un système parfois très complexe (que je ne vais pas détailler ici)

En gros on va capturer la fuite en faisant barrage avec de l'azote pour envoyer le tout à la torche. Sur les machines plus anciennes on trouve un barrage d'huile. Plus contraignant car l'huile se contamine avec le gaz. Les 2 schémas sont décrits ici:

Pour terminer, quelques photos pour illustrer la diversité des designs.

Une autre fois je vous parlerais de l'exploitation (sujet complexe) et j'aborderai le pompage, ou comment péter la machine à plusieurs millions...