Qu'est-ce que le pompage ? Instabilité du débit du compresseur • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et autres rotors. Qu'est-ce que le pompage ? Instabilité du débit du compresseur • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et autres rotors.

Qu'est-ce qu'un pompage ? Instabilité du débit du compresseur

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Comprendre les surtensions dans les compresseurs

Définition : Qu'est-ce que le Surging ?

En plein essor (également appelé pompage du compresseur) est une violente instabilité aérodynamique des compresseurs centrifuges et axiaux, où l'écoulement à travers le compresseur s'inverse périodiquement, créant des oscillations de pression et de débit dont les fréquences sont généralement comprises entre 0,5 et 10 Hz. Lors d'un cycle de pompage, le débit s'arrête ou s'inverse momentanément, la pression chute, puis reprend son cours normal, la pression augmente, et le cycle se répète. Cela crée d'énormes forces fluctuantes sur le rotor, provoquant de graves vibration, un bruit de grondement fort, et peut détruire un compresseur en quelques minutes s'il n'est pas arrêté immédiatement.

Un pompage est fondamentalement une instabilité du système impliquant le compresseur et sa tuyauterie/volume, et non le compresseur seul. Il se produit lorsque le compresseur tente de fonctionner au-delà de sa capacité de montée en pression à faible débit. Sa prévention nécessite des systèmes de contrôle anti-pompage qui maintiennent le débit au-dessus de la ligne de pompage.

Le mécanisme de surtension

Description du cycle de surtension

Un cycle de surtension typique se déroule comme suit :

  1. Réduction du débit : La demande du système diminue, le débit à travers le compresseur diminue
  2. Début du décrochage : À très faible débit, les aubes du compresseur calent (le débit se sépare)
  3. Effondrement de pression : Le compresseur bloqué ne peut pas maintenir la pression de refoulement
  4. Inversion du flux : Le gaz à haute pression dans la tuyauterie/le plénum de refoulement s'écoule vers l'arrière à travers le compresseur
  5. Égalisation de la pression : La pression de refoulement chute à mesure que le gaz s'écoule vers l'arrière
  6. Reprise du flux vers l'avant : Une fois la pression baissée, le compresseur peut à nouveau circuler vers l'avant
  7. La pression monte : Le flux direct augmente la pression de refoulement
  8. Le cycle se répète : La haute pression provoque à nouveau un décrochage, répétant le cycle

Fréquence de surtension

  • Déterminé par le volume du système (tuyauterie, plénums, cuves) et les caractéristiques du compresseur
  • Volumes plus importants → fréquence de surtension plus faible
  • Plage typique : 0,5-10 Hz
  • Petits systèmes : 5-10 Hz
  • Grands systèmes : 0,5-2 Hz
  • Fréquence relativement constante pour un système donné

Conditions conduisant à une surtension

Fonctionnement au-delà de la ligne de surtension

La ligne de surtension sur la carte des performances du compresseur :

  • Ligne de surtension : Limite de fonctionnement stable la plus à gauche sur la carte du compresseur
  • Fonctionnement sûr : À droite de la ligne de surtension (débits plus élevés)
  • Zone de surtension : À gauche de la ligne de surtension (instable, interdit)
  • Marge: Généralement, le débit 10-20% est exploité à droite de la ligne de surtension.

Événements déclencheurs

  • Réduction de la demande : La demande de processus diminue, le débit diminue
  • Restriction de rejet : Fermeture ou blocage de la valve
  • Réduction de la vitesse : Ralentissement du compresseur sans réduction proportionnelle du débit
  • Changements de densité : Changements de poids moléculaire ou de température affectant les caractéristiques du compresseur
  • Encrassement : Dépôts de pales réduisant la capacité du compresseur

Effets et conséquences

Vibrations

  • Amplitude: Peut atteindre 25 à 50 mm/s (1 à 2 pouces/s) ou plus
  • Composante axiale : Particulièrement sévère dans la direction axiale
  • Basse fréquence : Pulsations de 0,5 à 10 Hz
  • Machine entière : L'ensemble du compresseur bascule et tremble

Dommages mécaniques

  • Défaillance du roulement : Les chocs détruisent les roulements en quelques heures
  • Dommages au joint : Le mouvement axial et les inversions de pression détruisent les joints
  • Dommages à l'arbre : Contraintes de flexion et de torsion dues à l'inversion du flux
  • Dégâts de la lame : Charges aérodynamiques alternées provoquant fatigue et possible libération de la pale
  • Dommages au couplage : Accouplements endommagés par les chocs de torsion
  • Palier de butée : Une poussée alternée rapide peut détruire le palier de butée

Conséquences du processus

  • Oscillations de pression et de débit affectant le processus en aval
  • Excursions de température dues aux cycles de compression/détente
  • Possibles perturbations du processus ou déclenchements du système de sécurité
  • Problèmes de qualité des produits dus à des conditions instables

Détection

Signature vibratoire

  • Apparition soudaine d'une pulsation basse fréquence de grande amplitude
  • Fréquence dans la plage de 0,5 à 10 Hz
  • Grave vibrations axiales
  • Instable, amplitude variable

Signature acoustique

  • Bruit fort, bourdonnant ou sifflant
  • Pulsation rythmique audible à la fréquence de pointe
  • Distinctif et incomparable

Indicateurs de processus

  • Pression de refoulement oscillante
  • Écoulement oscillant (peut s'inverser)
  • Fluctuations de température
  • Fluctuations du courant du moteur

Prévention : Contrôle anti-surtension

Composants du système anti-surtension

vanne de recyclage

  • Vanne à action rapide contournant le refoulement du compresseur vers l'aspiration
  • S'ouvre pour augmenter le débit à l'approche de la ligne de surtension
  • Dimensionné pour un débit de compresseur complet si nécessaire

Mesure du débit et de la pression

  • Surveillance continue du débit et de la montée en pression
  • Tracer le point de fonctionnement sur la carte du compresseur
  • Détecter l'approche de la ligne de surtension

Contrôleur

  • Calcule la distance jusqu'à la ligne de surtension
  • Ouvre la vanne de recyclage à l'approche d'une surtension (avec marge de sécurité)
  • Les systèmes modernes utilisent des algorithmes adaptatifs
  • Temps de réponse critique (< 1 seconde (exigence typique)

Procédures opérationnelles

  • Ne jamais faire fonctionner à gauche de la ligne de surtension
  • Maintenir la marge de débit 10-20% en cas de surtension
  • Changements de charge progressifs (éviter les baisses rapides de la demande)
  • Vérifiez le fonctionnement du système anti-surtension avant le démarrage
  • Tester périodiquement l'anti-surtension

Intervention d'urgence

En cas de surtension

  1. Action immédiate : Ouvrir la vanne de recyclage manuellement en cas de panne du système automatique
  2. Augmenter le débit : Décharge ouverte, réduction de la résistance, démarrage des unités parallèles
  3. Réduire la montée en pression : Compresseur lent si vitesse variable
  4. Arrêt d'urgence : Si la surtension ne peut pas être arrêtée dans les 10 à 30 secondes
  5. Ne pas redémarrer : Jusqu'à ce que la cause soit identifiée et corrigée

Inspection post-surtension

  • Inspecter les dommages causés à la lame
  • Vérifier l'état des roulements
  • Vérifier l'intégrité du joint
  • Examiner le palier de butée
  • Effectuer une analyse des vibrations avant la remise en service

Surtensions et autres instabilités

Surtension vs. décrochage rotatif

  • Surtension: Oscillation du flux à l'échelle du système, très basse fréquence (0,5-10 Hz)
  • Stalle tournante : Cellules de décrochage localisées tournant autour de l'anneau, fréquence plus élevée (0,2-0,8 × vitesse du rotor)
  • Gravité: La poussée est plus destructrice, le décrochage peut être le précurseur d'une poussée

Surtension vs. recirculation

  • Surtension: Spécifique au compresseur, inversion de flux, instabilité du système
  • Recirculation : Peut se produire dans les pompes ou les compresseurs, inversion de débit localisée, moins grave
  • Relation: La recirculation peut entraîner une surtension dans les compresseurs

Le pompage est la condition de fonctionnement la plus dangereuse pour les compresseurs centrifuges et axiaux, pouvant détruire l'équipement en quelques minutes. Comprendre le mécanisme du pompage, identifier les limites de la ligne de pompage, mettre en œuvre un contrôle anti-pompage efficace et maintenir des marges de fonctionnement adéquates sont essentiels pour un fonctionnement sûr des compresseurs dans les applications industrielles de compression de gaz.

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