F865 - F - 6 - 013 - Manuel FR PDF [PDF]

Zitiervorschau

P.A. HILTON LTD. MANUEL D’UTILISATION ET DE MAINTENANCE

BANC D’ESSAI D’UN COMPRESSEUR BI-ÉTAGÉ F865

F865M/F/6/013 JUILLET 2016

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(i)

POLITIQUE DE LA SOCIÉTÉ Service après-vente Nous, P.A. Hilton Ltd., considérons qu’il est extrêmement important de pouvoir garder la confiance et la fidélité de notre clientèle au moyen d’un service après-vente efficace. Aucun effort ne sera négligé pour répondre promptement aux courriers des clients et pour assurer un suivi rapide des pièces détachées et de rechanges par le maintien de stocks de pièces détachées habituellement disponibles en usine. Si nos clients éprouvent des difficultés à utiliser ou à entretenir un produit Hilton, nous leur demandons en tout premier lieu de prendre contact avec le représentant de Hilton dans leur pays ou, en l’absence d’un représentant local, d’écrire directement à P.A. Hilton Ltd. Dans le cas extrême d’un problème qui interviendrait durant l’utilisation d’un équipement et qui pourrait perturber considérablement un programme d’enseignement et de recherche. Dans de telles circonstances, un conseil rapide des fabricants est souhaitable et nous portons à la connaissance de notre clientèle que Hilton acceptera un appel téléphonique en P.C.V. en provenance de n’importe quel endroit du monde. Nous demandons à nos clients de considérer ce service comme un service d’urgence et de l’utiliser avec modération et sagesse. Veuillez prendre en compte les différents fuseaux horaires éventuels, et, avant d’appeler, veuillez noter les détails du problème dont vous souhaitez nous faire part. L’anglais sera la langue de dialogue souhaitable. Notre numéro de téléphone est le +44 (0)1794 388382 et celui-ci est généralement disponible entre 08h00 et 17h00 GMT, tous les jours ouvrables. Nous souhaiterions être prévenus par fax ou courrier électronique avant de recevoir votre appel. Fax : +44 (0)1794 388129 Courrier électronique : [email protected] Chaque produit fabriqué par Hilton Ltd, est testé dans des conditions normales de fonctionnement dans nos propres ateliers, avant d’être expédié. Nous vous encourageons à nous rendre visite à Horsebridge Mill, afin de faire fonctionner et tester nos équipements avec l’aide d’un ingénieur Hilton.

2

(

ÉQUIPEMENT DIDACTIQUE POUR LA FORMATION Certificat de conformité : Normes 2006/42/EC 2006/95/EC 2004/108/EC Nous déclarons que les appareils suivants sont conformes aux Directives européennes citées ci-dessus : F865 Banc d’essai d’un compresseur bi-étagé L’utilisation de l’appareil en dehors de la salle de classe, du laboratoire, de la zone d’étude ou de tout autre endroit prévu à cet effet, annule la conformité aux exigences de protection de la Directive de Compatibilité Électromagnétique (2004/108/EC) et peut conduire à des poursuites judiciaires. Pour le compte de l’entreprise P.A. HILTON LIMITED

Directeur Technique

P.A. HILTON LIMITED Horsebridge Mill, King's Somborne, Stockbridge, Hampshire, SO20 6PX, England. Tel No. National (01794) 388382 International +44 1794 388382 Fax No. +44 1794 388129 E-mail : [email protected]

3 (iii) SOMMAIRE

NOMENCLATURES DE L’EQUIPEMENT .............................................................................................. 1  PANNEAU AVANT DE LA CONSOLE DE MESURE ................................................................................................. 1  PANNEAU ARRIÈRE DE LA CONSOLE DE CONTRÔLE ............................................................................................ 2  MODULE COMPRESSEUR ............................................................................................................................. 4  DIAGRAMME SCHÉMATIQUE DU BANC ........................................................................................................... 5  MODULE COMPRESSEUR (DÉTAIL) ................................................................................................................ 6  CHASSIS ................................................................................................................................................... 7  UNITÉS ............................................................................................................................................ 8  INTRODUCTION ............................................................................................................................... 9  PRESENTATION SCHEMATIQUE DE L’APPAREIL ................................................................................. 9  INSTALLATION ................................................................................................................................. 9  RACCORDEMENT À L’ALIMENTATION ET L’ÉVACUATION EN EAU ......................................................................... 14  TEST DE FONCTIONNEMENT APRÈS L'INSTALLATION. ....................................................................................... 14  DESCRIPTION ................................................................................................................................. 16  LE MODULE COMPRESSEUR (PRÉSENTÉ CI‐DESSOUS SANS LE CHÂSSIS F865A) ...................................................... 16  LA CONSOLE DE MESURE. .......................................................................................................................... 18  PRÉCAUTIONS ET AVERTISSEMENTS ............................................................................................... 19  MODES OPÉRATOIRES ................................................................................................................... 20  DÉMARRAGE ET MAINTIEN DE CONDITIONS STABLES EN MODE COMPRESSEUR BI‐ÉTAGÉ ......................................... 20  RÉGLAGE OU SUPPRESSION DE L'EFFET DU REFROIDISSEUR INTERMÉDIAIRE .......................................................... 20  PRESSION DE FONCTIONNEMENT MAXIMUM .................................................................................... 21  DÉMARRAGE ET MAINTIEN DE CONDITIONS STABLES EN MODE COMPRESSEUR MONO‐ÉTAGÉ .................................. 21  ARRÊT ET MISE HORS SERVICE..................................................................................................................... 22  MAINTENANCE .............................................................................................................................. 23  MODULE COMPRESSEUR ........................................................................................................................... 23  CONSOLE DE CONTRÔLE ............................................................................................................................ 23  DONNÉES UTILES ........................................................................................................................... 24  DIMENSIONS DU COMPRESSEUR ................................................................................................................. 24  MESURE DU DÉBIT D’AIR ........................................................................................................................... 24  NIVEAU DE BRUIT AUTOUR DE L’APPAREIL ..................................................................................................... 24  TRAVAUX PRATIQUES .................................................................................................................... 25  1.  ÉTUDE DES VARIATIONS DU DÉBIT D’AIR, AVEC LE TAUX DE COMPRESSION DU COMPRESSEUR ‐  AVEC ET SANS REFROIDISSEUR INTERMÉDIAIRE ............................................................................................... 26  2   ÉTUDE DE LA VARIATION DU RENDEMENT VOLUMÉTRIQUE AVEC LE TAUX DE COMPRESSION 33  3.  ÉTUDE DE LA VARIATION DU RENDEMENT ISOTHERMIQUE AVEC LE TAUX DE COMPRESSION ‐  AVEC ET SANS REFROIDISSEMENT INTERMÉDIAIRE .......................................................................................... 37  4  ÉTUDE DE LA PERFORMANCE DU COMPRESSEUR EN RELATION AVEC LA PUISSANCE  ÉLECTRIQUE, LA PUISSANCE À L’ARBRE, ET LA PERTE DE CHALEUR ‐ AVEC ET SANS REFROIDISSEMENT  INTERMÉDIAIRE ....................................................................................................................................... 45  5  FONCTIONNEMENT DU COMPRESSUR EN MODE MONO‐ÉTAGÉ ............................................... 49  TABLEAU DE RESULTATS EXPERIMENTAUX VIERGE ......................................................................... 54 

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Interrupteur principal Câble du tachymètre Tachymètre moteur Manomètre du diaphragme Ampèremètre du compresseur Voltmètre du compresseur Indicateur de température

8. 9.

Sélecteur de température Prises de thermocouple

1

NOMENCLATURES DE L’ÉQUIPEMENT Panneau avant de la console de mesure

2

Panneau arrière de la console de contrôle

13 11

   

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10

Entrée principale d’alimentation Port pour extension optionnelle d’enregistrement de données Prise d’alimentation (2,5 A max.) pour enregistreur de données optionnel Prise de sortie du compresseur

3

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4

Module compresseur

14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.

Compresseur Moteur Débitmètre d'eau de refroidissement Manomètre de pression du 1er étage Réservoir du 1er étage Soupape de sécurité du 1er étage (4Bar) Manomètre de pression du 2e étage Soupape de sécurité du 2e étage (11Bar) Orifice d’admission / Cuve d'Amortissement

23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31.

Refroidisseur intermédiaire Vanne “A” Vanne “B” Vanne d’évacuation d'eau Réservoir du 2e étage Tuyau d’admission du 1er étage. Évacuation du 1er étage Admission du 2e étage Évacuation du 2e étage

5 Diagramme schématique du banc

4 Manomètre 14 Compresseur 15 Moteur 16 Débitmètre eau de refroidissement 17 Pression au premier étage 18 Réservoir du premier étage 19 Soupape de sécurité du premier étage (4Bar) 20 Pression au second étage 21 Soupape de sécurité du second étage (11Bar) 22 Orifice d’admission / Réservoir d’amortissement

23 Refroidisseur 24 Vanne “A” 25 Vanne “B” 26 Vanne de purge de l’eau 27 Réservoir du second étage 28 Conduite d’admission du premier étage. 29 Sortie du premier étage 30 Admission du second étage 31 Sortie du second étage 32 Sortie du réservoir/Vanne d’évent 33/34 Commutateur ON /OFF du compresseur 35 Pressostat

6 Module compresseur (Détail)

20. Manomètre 2e Étage 21. Soupape de sécurité du 2e étage (11Bar) 22. Orifice d’admission / Cuve d'Amortissement 32. Évacuation du réservoir /vanne de purge. 33/34 Commutateur ON /OFF du compresseur (peut être un bouton poussoir ou un interrupteur rotatif) 35. Pressostat

7 CHÂSSIS DE LA CONSOLE DE CONTRÔLE Le châssis permet de placer la console de contrôle (et l’enregistreur de données optionnel) sur la surface fournie illustrée ci-dessous.

8

UNITÉS Symbole

Désignation

f

Balance dynamométrique

g

Accélération due à la gravité

h

Pression différentielle sur diaphragme

I

Courant du moteur électrique

Dm air

Unité kg m/s2 mmWg A

Débit massique de l’air

kg/s

N

Vitesse de rotation

1/s

p

Pression relative

kN/m2

P

Pression absolue

kN/m2

qv

Débit volumique d’air

L/s

Ø

Transfert de chaleur

W

r

Bras de levier de réaction du dynamomètre moteur

m

R

Constante des gaz parfaits pour l’air

t

Température

°C

T

Température absolue

K

v

Volume

m3

Vs

Volume balayé (cylindrée)

L/s

V

Tension d’alimentation du moteur

V

W

Puissance (électrique)

W

 

Rapport des chaleurs spécifiques

-

Rendement

%



Vitesse angulaire

Suffixe Ambient

c

Description Condition ambiante Compresseur

Em

Moteur électrique

i

Condition d’entrée

o

Condition de sortie

kJ/kgK

rad/s

9

INTRODUCTION Le compresseur d’air à piston est un sujet fondamental pour les études en thermodynamique. Le processus d'induction et de compression est cyclique. Cependant en utilisant un grand réservoir à l’admission et l’évacuation, le système peut être étudié comme un processus d’écoulement stationnaire. Le banc d’essai d’un compresseur mono-étagé Hilton F860 permet d’analyser le processus de compression en détail. Cependant, pour des compresseurs de plus grands volumes, le processus de compression est divisé en plusieurs étages avec refroidissement de l'air comprimé après chaque étage utilisé pour réduire l'énergie nécessaire pour entrainer le compresseur. Le banc d’essai d’un compresseur bi-étagé Hilton F865 permet aux étudiants d'étudier une compression bi-étagée, aussi bien avec que sans l'utilisation d'un refroidisseur intermédiaire et de faire fonctionner l’appareil en mode compresseur mono-étagé. Une petite console de table fournit l'instrumentation et les organes de contrôle au module compresseur qui est un système entrainé par courroie avec réservoirs d’admission, intermédiaire et d’évacuation pour amortir les pulsations de pression. Un diaphragme pour la mesure du débit est fourni au niveau de l’admission de l’air et il est raccordé à un manomètre monté sur la console de contrôle. Les manomètres Bourdon placés sur les réservoirs permettent de mesurer les pressions au niveau du 1er et du 2e étage. Un ampèremètre et un voltmètre raccordé à l'alimentation électrique du moteur électrique permettent de mesurer la charge du moteur lorsque le taux de compression du compresseur augmente. Un capteur tachymétrique sur le moteur d’entrainement est raccordé à un afficheur monté sur la console de contrôle. Un refroidisseur intermédiaire réduit la température de l’air entre les étages et un débitmètre à eau permet la mesure et le contrôle du débit. Des thermocouples à l’entrée et la sortie du compresseur à chaque étage et au niveau de l’eau de refroidissement du refroidisseur intermédiaire permettent de mesurer toutes les températures importantes du système. Tous les instruments fournis permettent d’étudier en détail la performance du système. Un système d'Acquisition de données Informatique optionnel FC865A est disponible, avec son propre manuel complet d’installation, d’utilisation et de maintenance. L'appareil a été conçu pour que les composants pour la mis à jour du système d’acquisition puissent être montés à n'importe quel moment pendant la durée d’utilisation de l'appareil. De plus, l'appareil et le système d’acquisition complémentaire ont été conçus pour permettre l'installation par n'importe quel technicien compétent.

PRÉSENTATION SCHÉMATIQUE DE L’APPAREIL Pour vous aider à identifier tous les composants, nous fournissons trois photos et un diagramme schématique sur les pages 1 à 8. Chaque composant important est nomenclaturé avec un numéro d’identification. Pour simplifier l'identification des composants dans le texte du manuel, le numéro de nomenclature est placé après le nom du composant qui est écrit en caractères gras. Par exemple à la page 1, l’interrupteur principal sera identifié dans le texte comme étant l’interrupteur principal (1). Cette convention est utilisée partout dans ce manuel.

INSTALLATION Retirez l'appareil de son emballage et inspectez-le visuellement. Tout dommage constaté devra immédiatement faire l’objet d’une déclaration à l’assureur. En supposant qu'aucun dommage n'a été constaté, procédez comme suit : Veuillez noter que l'appareil nécessite une alimentation électrique triphasée (+ Neutre en 380 - 415V), (avec terre) située à distance raisonnable de son emplacement. 1. Placez le module compresseur au sol sur une surface de niveau et la console de contrôle sur le plateau supérieur du châssis, comme illustré page 7. Comme l'appareil peut générer des débits d'air importants au niveau du sol, nous recommandons que le laboratoire soit propre, sans poussière et débris, particulièrement au niveau du sol. 2. Bien qu’il soit généralement monté en usine, le module compresseur peut avoir été expédié avec le tuyau d’Évacuation du réservoir / purge (32) retiré et emballé séparément. Dans ce cas

10

3.

4.

précis, raccordez le tuyau à l’Évacuation du réservoir / purge (32) et serrez-le. Veuillez remarquer que l'extrémité du tuyau est dirigée sous le Réservoir du 2e étage (27). Il est TRÈS IMPORTANT que le tuyau d’évacuation d’air ou une alternative convenable soit raccordé à l’Évacuation du réservoir / purge (32). La vanne de purge NE DOIT PAS évacuer de l’air en circuit ouvert sans rien de connecté à elle. Référez-vous aux précautions de sécurité à la page 19. Si l'appareil est fourni avec le système d’acquisition de données informatique optionnel FC865A monté en usine, il y aura des alimentations et des câbles supplémentaires à raccorder au module d’acquisition de données qui font partie du kit de mise à jour. Cette partie est traitée dans le manuel du système d'acquisition de données informatique qui fait partie intégrante de ce kit. En supposant que l'appareil n'est pas fourni avec le système d'acquisition de données informatique optionnel FC865A, alors procédez de la manière suivante. Localisez l’orifice d’admission d’air sur la cuve adjacente à l'appareil.

La prise de pression indiquée en A est raccordée en utilisant le tuyau de faible diamètre fourni vers la prise d’aspiration sur le manomètre du diaphragme (4). Il mesure la chute de pression à travers le diaphragme indiqué en C. Le tuyau de gros diamètre est utilisé pour raccorder le Tuyau d’admission du 1er étage (28) sur le compresseur au raccord d’accouplement B sur l’orifice d’admission de la cuve comme indiqué ci-dessus. Serrez le collier de fixation du tuyau pour s’assurer de son étanchéité.

11

Le manomètre nécessitera normalement d’être rempli avec le liquide rouge fourni. Remplissez-le jusqu’à la graduation zéro (0 mm) sur l'échelle réglable. Raccordez le tuyau au raccord de prise de pression basse situé sur le manomètre du diaphragme (4) comme indiqué ci-dessous.

5.

Raccordez le câble du capteur tachymétrique à la prise située au-dessous du tachymètre moteur (3) sur la console de contrôle comme indiqué ci-dessous.

6.

Raccordez les prises des thermocouples numérotées aux prises de thermocouple (9). Correspondantes. Veuillez noter que la prise No 1 est du côté gauche de la console.

12 7.

Le compresseur utilise une alimentation électrique triphasée et les réglementations locales DOIVENT être observées concernant l'installation des équipements électriques. En cas de doute, un électricien qualifié devra être sollicité pour compléter l'installation électrique.

8.

Le compresseur possède un câble d’alimentation électrique pré-monté et une fiche à 5 broches. Cette fiche doit être branchée à la prise située à l’arrière de la console de contrôle et portant l’étiquette « Compressor Supply » (Alimentation du compresseur) (13) comme illustré cidessous.

9.

L'alimentation électrique secteur raccordée à la console de contrôle à l’aide d’un câble à 5 conducteurs passant par le presse-étoupe de l’alimentation électrique secteur (10) dans le panneau arrière. Une fiche à 5 broches de 16 A est fourni et permet le raccordement à l’alimentation secteur du laboratoire. Si cette fiche ne convient pas à l’installation présente, elle devra être retirée, recâblée et branchée à l’alimentation conformément à la réglementation locale. L'alimentation électrique secteur doit être capable de fournir le courant (Ampères par phase) qui est indiqué sur la plaque signalétique du moteur du compresseur. Veuillez noter que conformément aux règlementations locales, l'alimentation électrique doit également posséder des fusibles ou des disjoncteurs correctement calibrés et elle doit également posséder un point de raccordement à la terre. On recommande que l'alimentation électrique soit également équipée d’un sectionneur. Les câbles d'alimentation secteur raccordés à l'appareil doivent être conformes aux règlementations locales et être convenablement protégés (conduit ou un conducteur en faisceau). Le câble fourni est composé comme suit : Marron P1 Noir P2 Gris P3 Bleu Neutre Vert/Jaune Terre Le compresseur fonctionne sur une alimentation triphasée équilibrée et selon la tension d'alimentation locale, la console d'instrumentation fonctionne sur une alimentation monophasée avec neutre (ou d'autres configurations, comme spécifié ci-dessous).

13

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14 Raccordement à l’alimentation et l’évacuation en eau 10. L'appareil nécessite une alimentation d'eau pour le refroidisseur intermédiaire et une évacuation pour recevoir l'eau chauffée. L'eau est raccordée à l'arrière du débitmètre d'eau de refroidissement (16) sur le module compresseur. Veuillez remarquer que si le système d’acquisition de données optionnel a été acheté et monté en usine, le tuyau d'alimentation d'eau sera déjà raccordé à ce point. Le tuyau d’alimentation renforcé fourni possède une buse à enfoncer dans le raccord situé sous le débitmètre. Un tuyau similaire se raccorde au raccord de sortie adjacent à la prise thermocouple T6 comme indiqué ci-dessous.

ATTENTION Le tuyau devra être fermement fixé dans une canalisation d’évacuation à l’égout capable de recevoir de l'eau. Veuillez remarquer que la canalisation d’évacuation doit être fixée puisqu'elle est utilisée pour purger l'eau de l'échangeur de chaleur lorsqu’il n’est pas utilisé. L'alimentation en air comprimé est utilisée pour nettoyer l'eau de l'échangeur de chaleur. Test de fonctionnement après l'installation. Assurez-vous que le couvercle de la courroie du moteur soit fermement fixé. Assurez-vous que le compresseur ait de l'huile dans son réservoir en regardant par la fenêtre sur le côté du compresseur. Avant de mettre en marche l'alimentation secteur, assurez-vous que le Bouton d’ARRÊT du compresseur (34) sur le module compresseur est en position OFF. Cela empêchera le compresseur de démarrer subitement. Mettez en marche l'alimentation électrique secteur sur son sectionneur général. Mettez en marche l’interrupteur principal (1) sur la console de contrôle et assurez-vous que les instruments numériques affichent des valeurs. Desserrez deux vis des côtés du couvercle de la console et appuyez sur le bouton test du disjoncteur RCCB – ne touchez rien d’autre. Vérifiez que l’alimentation est isolée. Remettre le RCCB en marche et remonter le couvercle de la console et ses vis. Il est ESSENTIEL que le compresseur tourne dans la direction correcte comme indiqué par les flèches sur l’extrémité large du garde-corps de la courroie. Lorsque le bouton de mise en MARCHE du compresseur (33) est pressé/tourné, le compresseur démarre. Regardez la poulie de la roue du compresseur et appuyez/tournez immédiatement le Bouton d’ARRÊT du compresseur (34). Vérifiez la direction de rotation du compresseur. Si la direction de rotation n'est pas correcte, isolez l'alimentation électrique secteur et échangez l'emplacement de N'IMPORTE LEQUEL DE DEUX des 3 fils de phases d’alimentation secteur (LINE) sur l'appareil. Cela inversera le sens de rotation du moteur.

15 Ne déplacez pas le fil de TERRE ou le fil du NEUTRE. Ceux-ci DOIVENT rester dans leur position correcte. Assurez-vous que la vanne A (24) est ouverte (tournée en sens inverse des aiguilles d'une montre), la vanne B (25) est fermée et la vanne de purge d'eau (26) est fermée. Fermez également la vanne d’évacuation du réservoir / purge (32). Vérifiez que la vanne de purge d’eau indiquée au-dessous du réservoir (27) est fermée.

Pour finir, appuyez/tournez le bouton de mise en MARCHE du compresseur (33) sur le corps du pressostat (35) et le compresseur démarrera. On entendra de l'air se décharger de la zone du pressostat (35). C'est normal. Le pressostat (35) active également un système de déchargement du compresseur pour aider au démarrage quand le réservoir d’air principal (27) est à haute pression. Assurez-vous que l’afficheur tachymètrique (3) indique la vitesse du moteur et que le manomètre du diaphragme (4) indique une pression différentielle positive. Si la pression est négative, alors inversez la position du tuyau en plastique sur le manomètre. Ouvrez la vanne sur le débitmètre d'eau de refroidissant (16) et assurez-vous que l’eau s’écoule par le débitmètre et qu’elle s’évacue via le tuyau d'évacuation à l’égout. Contrôlez le manomètre de Pression du 1er étage (17) et le manomètre de Pression du 2e étage (20). Assurez-vous que tous les deux augmentent. Pour éteindre le compresseur, appuyez/tournez le Bouton d’ARRÊT du compresseur (34). Veuillez remarquer que l’interrupteur principal (1) sur la console d’instrumentation n’éteint UNIQUEMENT que l’alimentation électrique des instruments. Il n'éteint PAS le compresseur.

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DESCRIPTION Veuillez vous référer aux photos et au diagramme schématique des pages 1 à 8. L'appareil standard inclut un module compresseur et une console de contrôle et d’instrumentation. Un système d'acquisition de données informatique optionnel est également disponible. Cet aspect est traité dans une section séparée du manuel. Le module compresseur

Le compresseur (14) est monté ensemble avec son moteur d’entrainement (15) au sommet du Réservoir du 2e étage (27). L'air est aspiré dans l'appareil par l’Orifice d’admission / Cuve d'Amortissement (22) fixé au tuyau d’admission du 1er étage (28) sur le compresseur. Le diaphragme est raccordé au manomètre du diaphragme (4) monté sur le panneau avant de la console d’instrumentation séparée. Le compresseur est un système à deux cylindres (deux cylindres en parallèle) avec un des cylindres prenant l’air à l’aspiration (28) et le compressant à une pression intermédiaire. L'air quitte alors l’évacuation du 1er étage (29) vers le réservoir du 1er étage (18) et passe au travers du refroidisseur intermédiaire (23). L'air passe dans l’admission du 2e étage (30) pour la phase finale de compression. L'air quitte l’évacuation du 2e étage (31) à haute pression et passe vers le réservoir du 2e étage (27). La pression intermédiaire est indiquée par le manomètre de Pression du 1er étage (17) et la pression du 2e étage est indiquée par le manomètre de Pression du 2e étage (20) sur le réservoir du 2e étage (27). La pression du dernier étage peut être contrôlée en réglant l’évacuation du réservoir /vanne de purge (32) à l'extrémité du réservoir. Le débit d‘eau du refroidisseur intermédiaire est mesuré et contrôlé par le débitmètre (16). La vanne A (24) peut être fermée et la vanne B (25) ouverte pour faire fonctionner l'appareil en mode compresseur mono-étagé.

17 La vitesse du moteur est contrôlée par un capteur qui se connecte directement à l’afficheur du tachymètre moteur (3) monté sur le panneau avant de la console de contrôle séparée. Comme l'air comprimé contiendra probablement de l'humidité qui condensera dans le Réservoir du 2e étage (27), une vanne de vidange est placée sous l’une des extrémités du réservoir.

Les températures importantes d'air et d'eau sont mesurées par 6 thermocouples isolés placés correctement sur l'appareil. Tous les six thermocouples multipliés par deux afin que l'addition du système d'acquisition de données informatique FC865A optionnel puisse être effectuée ultérieurement facilement. Tous les thermocouples se branchent aux connecteurs placés sur la console de contrôle séparée. Le réservoir du 1er étage (18) est équipé d’une soupape de sécurité (19) réglée pour fonctionner à une pression de 4 Bar. Ceci essentiellement afin de prévenir la surcharge du moteur en raison du diamètre important du cylindre à basse pression. Le compresseur est équipé d’un pressostat (35). Celui-ci est réglé en usine pour fonctionner à 10 bar et il est raccordé au réservoir du 2e étage (27). La sortie du réservoir du 2e étage (27) délivre une pression de fonctionnement en sécurité de 11 Bar et une soupape de sécurité (21) est également montée sur le réservoir pour décharger toute pression excédant 11 bar. L’entrée du réservoir du 2e étage (27) est équipée d’un clapet antiretour et d’une soupape de décharge. Le pressostat (35) combiné possède également un système de décharge qui permet au compresseur de démarrer avec des conditions de pression nulle même quand le réservoir du 2e étage (27) est à haute pression. Cela prévient la surcharge du moteur du compresseur et permet d’assurer à l’équipement une longue dure de vie. Le ou les Boutons de mise en MARCHE du compresseur (33) sont situés au-dessus du pressostat (35). Ce sont les principales commandes du compresseur.

18 La Console de mesure.

La console de mesure est utilisée comme alimentation électrique principale pour le module compresseur et comprend toute l'instrumentation à l’exception des manomètres qui sont placés directement sur les réservoirs du compresseur. L’alimentation électrique secteur entre par le panneau arrière via le câble d’alimentation électrique secteur (10). Un disjoncteur RCCB interne ou disjoncteur de fuite à la terre contrôle en permanence le courant entrant et sortant et en cas d'un déséquilibre de 30 mA ou plus (comme dans le cas d’une fuite à la terre) le disjoncteur RCCB coupera l’alimentation électrique. Ceci permet de protéger l'utilisateur en cas d'un mauvais raccordement à la terre combinée à un problème sur l’appareil. La console contient également le dispositif de coupure principal en cas de surcharge qui isolera l'appareil de l'alimentation électrique principale en cas d'une surcharge ou d'un court-circuit. Le disjoncteur RCCB ainsi que le disjoncteur principal sont montés à l’intérieur de la console et celle-ci devra donc être ouverte pour réarmer les disjoncteurs. L’interrupteur principal (1) est un interrupteur à double pôle avec disjoncteur intégré. Il fournit l’alimentation électrique à l'instrumentation uniquement. Veuillez NOTER que l’interrupteur principal (1) n'éteint pas le compresseur. L’interrupteur principal coupera l'instrumentation de l'alimentation en cas de faute avec les faibles charges de courants des instruments de mesure. Le tachymètre moteur (3) affiche la vitesse du moteur en tours par minute (tr-min). L'ampèremètre (5) et le voltmètre (6) indiquent l'énergie électrique fournie via la sortie d’alimentation électrique (13) à l’arrière alimentant le compresseur. L'indicateur de température numérique (7) indiquera la température des thermocouples raccordés aux prises de thermocouple (9). Les touches montée/descente (8) permettent de sélectionner la température à afficher sur l'indicateur. La voie de mesure de température sélectionnée est indiquée par un nombre sur l’afficheur. Le manomètre du diaphragme (4) affiche la chute de pression au travers du diaphragme afin de pouvoir calculer le débit d’air.

19

PRÉCAUTIONS ET AVERTISSEMENTS IMPORTANT S’il est utilisé sans précaution, le banc d’étude d’un compresseur peut être extrêmement dangereux et potentiellement mortel. Les débris projetés par l'air comprimé peuvent être aussi mortels qu'une balle de fusil conventionnelle. L'air comprimé lui-même, s’il est dirigé vers le corps humain peut être mortel et engendré la perte d’un œil, une embolie (bulles d’air dans la circulation sanguine), une perte d'audition et entrainé la mort dans plusieurs cas constatés. Il est important que les précautions de sécurité applicables localement soient expliquées en détail aux étudiants avant de faire fonctionner le banc d’essai d’un compresseur bi-étagé F865. La liste suivante comprend les recommandations générales de sécurité. Elle sera à compléter par les recommandations concernant la réglementation locale. 1. 2. 3.

4. 5.

6. 7.

8.

9.

Un tuyau d’évacuation est fourni pour être monté sur l’évacuation du réservoir /vanne de purge (32). Il est prévu pour diriger l'air à haute pression sous le réservoir du 2e étage (27) au niveau du sol. L'appareil NE DOIT pas fonctionner sans rien de raccordé à la sortie de l’évacuation du réservoir /vanne de purge (32). Décharger de l'air comprimé à ce niveau peut être extrêmement dangereux. Il n'est pas recommandé par P.A.Hilton Ltd, mais il est possible évidemment pour l'utilisateur de raccorder d'autres outils pneumatiques réglés à pression adaptée à la vanne de réglage de sortie (32). Cependant le fonctionnement et les aspects de sécurité relatifs à de tels appareils sont entièrement de la responsabilité de l'utilisateur. Nous recommandons aux utilisateurs de porter des lunettes de sécurité lorsqu’ils font fonctionner le compresseur, particulièrement si la salle locale est poussiéreuse ou qu’il y a des débris éparpillés au sol qui peuvent être projetés vers les yeux. Le compresseur peut produire des pressions jusqu'à 10 bar. Le pressostat est conçu pour arrêter le compresseur à une pression de 10 bar. Ne touchez pas au réglage du pressostat. Si le compresseur ne s'éteint pas à 10 Bar ou que la soupape de sûreté (21) ne se décharge pas à 11 bar pour N'IMPORTE QUELLE raison que ce soit, alors appuyez/tournez immédiatement le bouton d’ARRÊT du compresseur (34) et déchargez le réservoir en ouvrant l’évacuation du réservoir /vanne de purge (32). L'appareil devra alors être étudié par un ingénieur ou un technicien qualifié. Ne touchez pas au réglage de la soupape de sécurité du 2e étage (21) ou de la soupape de sécurité du 1er étage (19) ou n’autorisez pas les étudiants à toucher aux réglages des soupapes de sécurité. Les poulies et la courroie du compresseur et du moteur sont protégées par un carter de sécurité. L'appareil NE DOIT PAS être mis en marche lorsque ce carter est retiré. Empêchez les étudiants d'essayer d'insérer n'importe quoi dans les grilles des bouches de ventilation ou dans les ouvertures adjacentes aux poulies et au ventilateur de refroidissement du moteur. Si le disjoncteur RCCB ou le disjoncteur de surcharge situés à l'intérieur de la console de contrôle se déclenchent pour n'importe quelle raison que ce soit, l'appareil devrait être examiné par un électricien qualifié. Nous recommandons de tester périodiquement ou aux intervalles préconisés par la réglementation locale le disjoncteur RCCB en appuyant dessus pour tester son bon fonctionnement. Du fait que ce test doit être effectué avec le boitier de la console de contrôle retiré et sous-tension, ce test devra uniquement être effectué par un électricien qualifié. Si le disjoncteur ne se déclenche pas lors du test, alors l'appareil devra être examiné par un électricien qualifié. Selon la règlementation locale, le réservoir d'air de sortie peut nécessiter une inspection par un organisme compétent.

Un point d'accès est disponible sur le réservoir pour l'accéder à l’intérieur et une plaque en métal fournie les détails sur le réservoir.

20

MODES OPÉRATOIRES Référez-vous aux photos et nomenclatures des pages 1 à 8. Nous supposons ici que les procédures d'installation exposées en détail à la page 9 ont été effectuées au par avant et que le module compresseur est raccordé à la console de contrôle et à son instrumentation. Si le kit d'acquisition de données informatique optionnel FC865A a été acheté, le fonctionnement de celui-ci est détaillé dans une section séparée. Le fonctionnement du banc F865 reste cependant le même. Assurez-vous que les Précautions et les Avertissements exposés en détail à la page 19 ont été lus, compris et expliqués aux étudiants/utilisateurs. Démarrage et maintien de conditions stables en mode compresseur bi-étagé 1. Assurez-vous que l’évacuation du réservoir/vanne de purge (32) soit complètement ouverte. Vérifiez que la vanne de vidange à la base du réservoir d’air en sortie (27) est fermée. 2. Ouvrez complètement la vanne A (24) (tournez-la dans le sens inverse des aiguilles d'une montre) et fermez complètement la vanne B (25) (tournez-la dans le sens des aiguilles d'une montre). 3. Si le refroidisseur intermédiaire doit être utilisé, ouvrez l’alimentation en eau locale et ouvrez complètement la vanne sur le débitmètre d'eau de refroidissant (16). Si le refroidisseur intermédiaire n'est pas nécessaire, alors fermez complètement la vanne du débitmètre d'eau de refroidissant (16). 4. Réglez l'échelle du manomètre du diaphragme (4) à zéro. Allumez l’interrupteur principal (1) sur la console de contrôle et les instruments s’éclaireront. 5. Assurez-vous que le carter de la courroie du moteur soit complètement fixé. Assurez-vous que le compresseur possède de l'huile au niveau de son carter. 6. Appuyez/tournez finalement le bouton de mise en MARCHE du compresseur (33) situé sur le pressostat (34) sur le module compresseur et le compresseur démarrera. On devrait entendre de l'air se décharger de l’évacuation du réservoir/vanne de purge (32) ET de la zone du pressostat. Ceci est normal. Le pressostat active également un système de déchargement du compresseur l'aider à démarrer lorsque le réservoir d’air en sortie (27) est à haute pression. Assurez-vous que le tachymètre moteur (3) indique la vitesse du moteur et que le manomètre du diaphragme (4) affiche une pression différentielle positive. 7. La plupart des essais impliquent de régler la pression de refoulement à une valeur donnée et de la maintenir jusqu'à ce que toutes les valeurs (incluant les températures) soient stables et que l’on puisse relever les données. Pour augmenter la pression de refoulement, fermez complètement l’évacuation du réservoir/vanne de purge (32) et on entendra alors de l'air s’échapper du pressostat et du clapet antiretour situés sur le réservoir du 2e étage (27). Le manomètre de pression du 2e étage (20) affichera une pression progressant lentement jusqu'à environ 100kN/m2, puis l’évent automatique se fermera et la pression commencera alors à monter plus vite. 8. Lorsque la pression a atteint le niveau souhaité, ouvrez lentement l’évacuation du réservoir/vanne de purge (32) jusqu'à ce que la pression soit stable. Cela peut nécessiter plusieurs tentatives. Il y a un retard de plusieurs secondes après chaque réglage sur la pression de refoulement. Réglage ou suppression de l'effet du refroidisseur intermédiaire 9. Le taux de refroidissement intermédiaire sur le F865 est contrôlé par le débitmètre d'eau de refroidissement (16). Celui-ci augmente ou diminue le débit d'eau de refroidissant au niveau de l'échangeur de chaleur air/eau et ceci permet respectivement d’augmenter ou de diminuer le refroidissement de l'air selon la température locale de l’alimentation en eau. Si le refroidisseur intermédiaire doit être supprimé, la vanne du débitmètre d'eau de refroidissant (16) doit d'abord être fermée. Pour la partie suivante de la procédure, une pression positive doit exister dans le réservoir du 2e étage (27) par exemple d’environ 200-500 kN/m2. Assurez-vous que la vanne d’évacuation d'eau soit fixée dans la canalisation d’évacuation (référez-vous au paragraphe ATTENTION à la page 15) et ouvrez ensuite soigneusement la vanne d’évacuation d'eau (26). Cela soufflera l'eau du refroidisseur intermédiaire et réduira le temps mis pour atteindre la stabilité. 10. Pour revenir à l'utilisation du refroidisseur intermédiaire, ouvrez simplement la vanne du débitmètre d'eau de refroidissant (16).

21

PRESSION DE FONCTIONNEMENT MAXIMUM La pression maximum de fonctionnement est d’environ 10 bar compte tenu du fait que c’est la pression réglée au niveau du pressostat. La valeur réelle peut uniquement être déterminée par l'expérience du fait que les réglages peuvent varier légèrement d’une machine à une autre. Si l'appareil s'arrête au niveau de la pression de coupure du pressostat, alors la pression dans le réservoir du 2e étage (27) devra être réduite jusqu'à ce que le compresseur redémarre automatiquement. Démarrage et maintien de conditions stables en mode compresseur mono-étagé 1. Assurez-vous que l’évacuation du réservoir/vanne de purge (32) soit complètement ouverte. Vérifiez que la vanne de vidange à la base du réservoir d’air en sortie (27) soit fermée. 2. Fermez complètement la vanne A (24) (tournez-la dans le sens des aiguilles d'une montre) et ouvrez complètement la vanne B (25) (tournez-la dans le sens inverse des aiguilles d'une montre). 3. Il n'y a aucune fonction de refroidissement intermédiaire dans le mode de fonctionnement mono-étagé. 4. Réglez l'échelle du manomètre du diaphragme (4) à zéro. Allumez l’interrupteur principal (1) sur la console de contrôle et les instruments s’éclaireront. 5. Assurez-vous que le carter de la courroie du moteur soit complètement fixé. Assurez-vous que le compresseur possède de l'huile au niveau de son carter. 6. Appuyez/tournez finalement le bouton de mise en MARCHE du compresseur (33) situé sur le pressostat (34) sur le module compresseur et le compresseur démarrera. On devrait entendre de l'air se décharger de l’évacuation du réservoir/vanne de purge (32) ET de la zone du pressostat. Ceci est normal. Le pressostat active également un système de déchargement du compresseur l'aider à démarrer lorsque le réservoir d’air en sortie (27) est à haute pression Assurez-vous que le tachymètre moteur (3) indique la vitesse du moteur et que le manomètre du diaphragme (4) affiche une pression différentielle positive. 7. La plupart des essais impliquent de régler la pression de refoulement à une valeur donnée et de la maintenir jusqu'à ce que toutes les valeurs (incluant les températures) soient stables et que l’on puisse relever les données. Pour augmenter la pression de refoulement, fermez complètement l’évacuation du réservoir/vanne de purge (32) et on entendra alors de l'air s’échapper du pressostat et du clapet antiretour situés sur le réservoir du 2e étage (27). Le manomètre de pression du 2e étage (20) affichera une pression progressant lentement jusqu'à environ 100kN/m2, puis l’évent automatique se fermera et la pression commencera alors à augmenter plus rapidement. 8. NOTEZ que la pression de fonctionnement MAXIMUM en mode mono-étagé est d’environ 350 kN/m2 du fait que le cylindre large du 1er étage n'est pas conçu pour un fonctionnement à haute pression. La soupape de sécurité du 1er étage (19) déchargera à environ 4000 kN/m2. N'essayez pas de dépasser cette pression, cela pourrait endommager le compresseur. 9. Lorsque la pression a atteint le niveau souhaité, ouvrez lentement l’évacuation du réservoir/vanne de purge (32) jusqu'à ce que la pression soit stable. Cela peut nécessiter plusieurs tentatives. Il y a un retard de plusieurs secondes après chaque réglage sur la pression de refoulement.

22

Arrêt et mise hors service 1. Au cas où le compresseur devrait être arrêté en cas d’urgence, appuyez/tournez le bouton d’ARRÊT du compresseur (34) sur le pressostat (35). 2. Pour fermer le compresseur normalement, ouvrez lentement l’évacuation du réservoir/vanne de purge (32) et laissez l’air s’échapper du réservoir d'air de sortie. Pendant que le réservoir est encore sous pression, ouvrez également la vanne de vidange située sous le réservoir. Cela permettra aux éventuels condensats dans le réservoir d’être évacués et de réduire les possibilités de corrosion. 3. Lorsque l’appareil revient à la pression atmosphérique, appuyez/tournez le bouton d’ARRÊT du compresseur (34) sur le pressostat (35) et éteignez ensuite l’interrupteur principal (1) sur la console de contrôle. 4. Pour finir, nous recommandons que l'appareil soit isolé de l'alimentation électrique secteur et de l’alimentation en eau pour prévenir tout fonctionnement involontaire.

23

MAINTENANCE Module compresseur - Après chaque utilisation, ouvrez la vanne de vidange située sous le réservoir de sortie pour évacuer les éventuels condensats. - Assurez-vous du niveau d’huile à l’aide du hublot en verre sur le compresseur.

-

-

Le hublot en verre et le bouchon de remplissage sont visibles sur l’image ci-dessus. Si le niveau est bas, ajoutez de l’huile minérale SAE 40 uniquement en dévissant le bouchon de remplissage. S'il devenait nécessaire de vidanger le compresseur, le bouchon de vidange est situé au-dessous du hublot en verre. Assurez-vous que les boulons de la culasse sont bien serrés. Le couple maximum est de 25 Nm. La tension de la courroie ne doit pas permettre à la courroie de glisser. La courroie doit avoir une flèche d'environ 10 mm (0.5 pouce). Pour régler la courroie, il est nécessaire d'enlever le garde-corps de la courroie et ensuite de desserrer les boulons qui fixent la plaque supportant les roulements du support moteur. Replacez et fixez toujours le garde-corps de la courroie après avoir réglé la courroie. Ne démarrez jamais l'appareil avec le garde-corps retiré.

Console de contrôle - Vérifiez périodiquement le fonctionnement du disjoncteur RCCB interne situé à l'arrière de la console de contrôle ou aux intervalles spécifiés par la réglementation concernant les normes de sécurité locale. Comme cela doit être effectué avec le boitier retiré et sous tension, cela devra être réalisé par une personne qualifiée.

-

Appuyez sur le bouton du disjoncteur et l'appareil devrait se mettre hors tension. S'il ne le fait pas, alors l'appareil devra être examiné par un électricien compétent.

24

DONNÉES UTILES Dimensions du compresseur Cylindres 2 Cylindre basse pression Diamètre 95 mm Course 50 mm Cylindre de haute pression Diamètre 50 mm Course 50 mm Volume balayé par tour 0.3544 x 10-3 m3 Chaleur spécifique de l’eau

Cp  4.18 103 J/kgK

Mesure du débit d’air

qv  5.670  105 h   t1  273.15 Où

qv h

= Débit volumique d'air m3/seconde = Pression sur le manomètre du diaphragme mmH20

Points de mesure de température t1 température de l'air dans le cylindre du 1er étage (la température ambiante) t2 température de l'air quittant le cylindre du 1er étage (avant le refroidisseur intermédiaire) t3 température de l'air entrant dans le cylindre du 2e étage (après le refroidisseur intermédiaire) t4 température de l'air quittant le cylindre du 2e étage t5 température de l’eau dans le refroidisseur intermédiaire t6 température de l’eau quittant le refroidisseur intermédiaire

Niveau de bruit autour de l’appareil Celles-ci peuvent varier en fonction de chaque installation. Paramètres de mesure : 0.5 m @45°      

Au niveau des oreilles de l’opérateur : En face avant de l’appareil : En face arrière de l’appareil : Sur le côté gauche de l’appareil : Sur le côté droit de l’appareil : À la sortie du réservoir :

100.2db 96.3db 102.5db 97.9db 98.4db 106.3db

25

TRAVAUX PRATIQUES Les TP suggérés suivants décrivent en détail les procédures expérimentales à effectuer avec le banc d’étude d’un compresseur bi-étagé F865. Si le kit d'acquisition de données Informatique optionnel FC865A a été acheté, les modes opératoires pour le F865 sont identiques à l’exception du fait que les données peuvent être enregistrées en continu ou à intervalles distincts à l’aide du logiciel. Les procédures pour le fonctionnement du logiciel sont exposées en détail ailleurs dans ce manuel. 1. 2. 3. 4.

Étude des variations du débit d’air, avec le taux de compression du compresseur : avec et sans refroidisseur intermédiaire Étude de la variation du rendement volumétrique avec le taux de compression Étude de la variation du rendement isothermique avec le taux de compression Étude de la performance du compresseur en relation avec la puissance électrique, la puissance à l’arbre, et la perte de chaleur

26 1. ÉTUDE DES VARIATIONS DU DÉBIT D’AIR, AVEC LE TAUX DE COMPRESSION DU COMPRESSEUR - Avec et sans refroidisseur intermédiaire Procédure expérimentale Nous supposons ici que l'appareil a été installé et configuré comme indiqué dans les procédures exposées en détail à la page 9. Démarrez le banc comme indiqué dans les procédures indiquées à la page 20. Réglez en premier lieu le débit d'eau de refroidissant du refroidisseur intermédiaire à une valeur convenable, par exemple 20 grammes / seconde, ou à n'importe quelle valeur commode. Le compresseur sera testé en fonctionnement dans une gamme de pressions de refoulement allant jusqu’à la pression de coupure paramétrée sur le pressostat (environ 10 bars) et des paramètres de fonctionnement spécifiés enregistrés. Tout d’abord, relevez la pression atmosphérique ambiante locale PAmbient en utilisant un baromètre ou à partir de sources météorologiques. 1.

Assurez-vous que l’évacuation du réservoir /vanne de purge (32) soit également complètement ouverte. Relevez les données indiquées à la page 27. Un tableau vierge pouvant être utilisé pour le relevé des données est fourni à la page 54.

2.

Augmentez la pression de sortie à environ 100-150kN/m2 en fermant l’évacuation du réservoir /vanne de purge (32) en suivant la procédure indiquée précédemment à la page 20. Veuillez noter que la valeur de pression réelle n'est pas importante et que la pression de fonctionnement minimum dépendra des caractéristiques de chaque machine. La pression à laquelle la vanne d’évent se fermera variera d’une machine à l’autre.

3.

Augmentez la pression de sortie par pas adaptés (par ex par pas de 50 ou 100 kN/m2) et répétez les mesures. Remarquez qu’à une pression d’environ 10 bar le pressostat limitera la pression de fonctionnement maximum. Comme pour la valeur de pression minimum, la pression de fonctionnement maximum exacte variera légèrement d’une machine à l’autre.

Des mesures typiques sont indiquées à la page 27. Exemple de calculs. Débit d’air À partir des données utiles de la page 24

qv  5.670  105 h   t1  273.15 Où

qv h

= Le débit d’air volumique en m3/seconde

= Pression du manomètre du diaphragme mmH2O À partir des données de la page 27, pour la mesure N° 4

qv  5.670  105 h   t1  273.15  5.670  105 61   24.3  273.15  0.00716 m 3 / s  7.16 l/s

27

Mesures AVEC LE REFROIDISSEUR INTERMÉDIAIRE Pression ambiante 1.01 bar (1.010 x 105 N/m2) Essai No. Température d’entrée er

Sortie d’air 1 étage e

Entrée d’air 2 étage Sortie d’air 2e étage Entrée d’eau Sortie d’eau er

Pression 1 étage e

Pression 2 étage Hauteur Manomètrique Tension Moteur Vitesse Compresseur Débit eau de refroidissement Intensité Moteur

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

t1 /°C

22.5

23.2

23.8

24.3

24.2

24.3

24.3

24.4

24.5

24.6

24.6

t2 /°C

136.3

147.2

151.6

154.8

155.7

157.9

159.2

160.8

162.7

163.6

162

t3 /°C

37.6

41.1

42.6

43.7

43.8

44.1

44.1

44.3

44.5

44.6

38.1

t4 /°C

68.6

83.6

94.8

109.1

115.4

125

131.7

138.9

145.1

146.9

144.1

t5 /°C

13.1

14

14

14.4

14.3

14.5

14.4

14.4

14.6

14.5

13.1

t6 /°C

20.8

22.1

22.4

22.9

23.1

23.3

23.3

23.3

23.2

23.6

17.4

p1 / kN/m2

220

250

260

260

270

280

280

280

300

300

300

p2 / kN/m2

100

200

280

440

500

600

680

800

900

960

900

f/mm

69.6

66.4

64.8

60.9

60.1

60.1

59.3

58.5

58.5

57.7

58.5

V / Volts

420

420

420

418

410

410

410

410

410

410

415

Nc /tr/min

1380

1370

1360

1360

1350

1360

1360

1350

1340

1350

1340

Dme/g/s

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

I/A

5.5

5.7

6

6.2

6.5

6.6

6.8

6.9

7

7

7

12

28 Pression Absolue en entrée Pi

Pi  pi  PAmbient  0  1.01105  101103 N/m 2

Pression de Sortie 1er étage

P1  p1  PAmbient  260 103  1.01105  361103 N/m 2

Pression de Sortie 2e étage

P 2  p 2  PAmbient  440 103  1.01105  541103 N/m 2

Taux de compression 1er étage

Taux de compression 2e étage

P1 361103  Pi 101103  3.57 P 2 541103  P1 361103  1.49

Taux de compression global

P 2 541103  Pi 101103  5.37 En répétant les calculs sur les données mesurées restantes, les paramètres peuvent être représentés graphiquement. Un graphe typique est représenté à la page suivante Si la procédure est répétée avec le refroidisseur intermédiaire désactivé, alors un jeu de résultats différent peut être obtenu. La procédure pour supprimer l'effet du refroidisseur intermédiaire est décrite à la page 20. Répétez la procédure d'essai sans le refroidisseur intermédiaire et répétez la procédure de relevé des données. Veuillez remarquer qu’avec des températures ambiantes élevées, l’intensité au niveau du moteur peut devenir excessivement élevée (7.5-8A) si cela devait se produire, nous recommandons de stopper les essais pour éviter que le moteur ne surchauffe. Un ensemble de résultats typique est fourni dans les pages suivantes.

29

Débit volumique L/s

Taux de compression 2e étage

Compresseur bi-étagé avec refroidisseur

Taux de compression global

Débit volumique en fonction du taux de compression

Taux de compression 1er étage

Taux de compression

30 Mesures SANS REFROIDISSEUR INTERMÉDIAIRE Pression ambiante 1.01 bar (1.010 x 105 N/m2) Essai No. Température d’entrée er

Sortie d’air 1 étage e

Entrée d’air 2 étage e

Sortie d’air 2 étage Entrée d’eau Sortie d’eau Pression 1er étage Pression 2e étage Hauteur Manomètrique Tension Moteur Vitesse Compresseur Débit eau de refroidissement Intensité Moteur

1

2

3

4

5

6

7

8

t1 /°C

25

25.1

25.4

25.3

26

26.4

26.4

26.6

t2 /°C

154.2

158.2

164.1

167.2

170.4

171.4

176.3

177.2

t3 /°C

137.1

143.8

148.5

151.2

154.6

155.9

160

161

t4 /°C

103.9

114.7

126

139.1

149.8

158.6

174.4

176.9

t5 /°C

-

-

-

-

-

-

-

-

t6 /°C

-

-

-

-

-

-

-

-

250

280

300

320

320

320

330

340

100

200

280

400

510

600

740

800

61.7

60.1

58.5

56.9

56.1

55.7

54.5

53.7

420

420

420

420

420

420

420

420

1370

1370

1360

1360

1360

1360

1350

1350

0

0

0

0

0

0

0

0

5.7

5.8

6

6.3

6.5

6.7

7

7.1

p1 / kN/m2 p2 / kN/m2 f/mm V/ Volts Nc /tr/min Dme/g/s I/A

9

10

11

12

31

Débit volumique L/s

Taux de compression 2e étage

Taux de compression global

Débit volumique en fonction du taux de compression Compresseur bi-étagé sans refroidisseur

Taux de compression 1er étage

Taux de compression

32 On peut voir sur le graphe de la page 29 que, lorsque le taux de compression total augmente, le débit volumique décroit. La réduction du débit d’air est due partiellement au fait du volume mort qui doit être laissé au sommet des cylindres haute et basse pression pour avoir l’espace nécessaire pour permettre aux clapets d’aspiration de fonctionner. Pour des raisons économiques et de simplicité de fonctionnement, ces clapets sont souvent constitués de ressort en acier et nécessitent donc une pression différentielle pour s’ouvrir. De la même manière, les clapets de refoulement sont également constitués d’un ressort en acier et nécessitent une pression différentielle au travers d’eux pour rester ouverts. Pour les raisons ci-dessus, une quantité significative d'air à ou au-dessus de la pression de refoulement est laissée dans le cylindre à l'extrémité de chaque course de refoulement. En conséquence, lorsque la pression de refoulement (ou taux de compression) augmente, le débit volumique d'air au travers du compresseur diminue. L'effet du refroidisseur intermédiaire est de réduire le volume (augmentation de la densité) de l'air entre le cylindre à basse pression et le cylindre à haute pression. L'efficacité du refroidisseur intermédiaire est illustrée par le graphe de la page 31 montrant un essai similaire, mais sans refroidisseur intermédiaire. Celui-ci montre des conditions d’essai similaires aux résultats de la page 29, mais le débit volumique est considérablement réduit aux taux de compression similaires du fait que l'air entre les étages se trouve à très hautes températures et engendre une faible densité. La différence significative entre un compresseur mono-étagé et un compresseur bi-étagé n'est pas seulement le débit volumique d’air efficace, mais également l'effet du refroidisseur intermédiaire sur la puissance nécessaire pour entrainer le compresseur. Ceci est démontré dans les expériences suivantes.

33

2 ÉTUDE DE LA VARIATION DU RENDEMENT VOLUMÉTRIQUE AVEC LE TAUX DE COMPRESSION Procédure expérimentale La procédure expérimentale pour cette expérience est identique à cela utilisée pour l'expérience N° 1 de la page 26. Les données à recueillir sont identiques à celles de l’expérience N° 1 et donc les données de cette précédente expérience peuvent être utilisées pour ce TP. Des résultats de mesures typiques sont indiqués à la page 28 Il est recommandé de répéter la procédure avec le refroidisseur intermédiaire désactivé comme indiqué dans la procédure de la page 20. Des données typiques recueillies avec le refroidisseur intermédiaire désactivé sont données à la page 30. Exemple de calculs. Débit d’air À partir des données utiles de la page 24

qv  5.670  105 h   t1  273.15 Où

qv h

= Le débit d’air volumique en m3/seconde = Pression du manomètre du diaphragme mmH2O

À partir des mesures N° 4 de la page 27,

qv  5.67  105 h   t1  273.15  5.67  105 60.9   24.3  273.15  0.00763 m3 / s  7.63 l/s Pression Absolue en entrée Pi

Pi  pi  PAmbient  0  1.01105  101103 N/m 2

Pression de Sortie 1er étage

P1  p1  PAmbient  260 103  1.01105  361103 N/m 2

Pression de Sortie 2e étage

P 2  p 2  PAmbient  440 103  1.01105  541103 N/m 2

34 Taux de compression 1er étage

Taux de compression 2e étage

P1 361103  Pi 101103  3.57

P 2 541103  P1 361103  1.49 Taux de compression global

P 2 541  103  Pi 101  103  5.35 À partir des Données Utiles fournies à la page 24, le volume du compresseur balayé par tour est 0.3544 x 10-3 m3 ou 0.3544 litre À partir des données expérimentales de la page 27, mesure N° 4 La vitesse du compresseur mesurée Nc = 1360 tr/min Donc le volume balayé par le compresseur à cette vitesse est :

Pour un compresseur parfait, sans volume mort au sommet du cylindre et étranglement au niveau des clapets d’aspiration ou de refoulement, ce serait le débit volumique d’air maximum fourni par le compresseur. Cependant comme indiqué précédemment dans l'expérience N° 1, le volume diminue avec le taux de compression. Donc le fait de comparer le volume balayé avec le volume réel constitue une méthode pour obtenir le rendement du compresseur. C’est un paramètre adimensionnel qui peut être utilisé pour comparer des compresseurs similaires. Rendement volumétrique

En répétant les calculs sur les valeurs d’essais restantes, les paramètres peuvent être présentés graphiquement. Un graphe typique est fourni à la page 35.

35

La baisse du rendement volumétrique est provoquée par les mêmes paramètres exposés en détail lors de la réalisation de l’expérience N° 1. Cependant comme les paramètres sont adimensionnels, les données peuvent être utilisées pour comparer des compresseurs afin d’évaluer leur performance.

36 On peut également constater à partir des données des graphes que le refroidisseur intermédiaire augmente le rendement volumétrique dans toutes les conditions. Ceci est également dû à l'augmentation de la densité de l’air entre les étages en raison du refroidissement de l'air.

37 3. ÉTUDE DE LA VARIATION DU RENDEMENT ISOTHERMIQUE AVEC LE TAUX DE COMPRESSION - Avec et Sans refroidissement intermédiaire Procédure expérimentale La procédure expérimentale pour cette expérience est identique à cela utilisée pour l'expérience N° 1. Les données à recueillir sont identiques à celles de l’expérience N° 1 et donc les données de cette précédente expérience peuvent être utilisées pour ce TP. Des résultats de mesures typiques sont indiqués à la page 28 Les données indiquées à la page 28 ont été recueillies avec le refroidisseur intermédiaire en fonctionnement. Il est recommandé de répéter la procédure avec le refroidisseur intermédiaire désactivé comme indiqué dans la procédure de la page 21. Des données typiques recueillies avec le refroidisseur intermédiaire désactivé sont données à la page 31. THÉORIE Le diagramme Pression - Volume pour l'air dans le cylindre d'un compresseur idéal est indiqué ci-dessous.

La ligne de pression constante a-b représente l'induction, la course d’entrée, d’aspiration, ou d’admission. L'air est alors compressé de manière adiabatique pv  Constant comme indiqué sur la partie b-c du diagramme et l'air est forcé vers l’extérieur du cylindre à pression constante comme indiqué par la droite cd. Lorsque le piston descend, tout air restant au niveau du volume mort dans le cylindre se détend le long de la ligne d-a. 1.4

Le travail fourni à l'air est représenté par la surface abcd. Si le gaz est compressé de manière isotherme (à température constante) pv  Constant alors la compression s’effectuera selon la droite b-e. Si pendant la phase de détente, l'air se détend également de manière isotherme, alors la détente s’effectuera selon la ligne d-a’ 1

Si l’on considère que le travail fourni au gaz est représenté par la surface abed, dans le cas d’une transformation isotherme, on constate que la surface est inférieure à celle d’une compression adiabatique. On en conclut que le travail nécessaire est inférieur dans le cas d’une compression isotherme. Pour que le compresseur puisse s'approcher des conditions d’une compression isotherme, il devrait fonctionner extrêmement lentement, ce qui n’est en pratique évidemment pas réalisable.

38 On peut montrer que le travail nécessaire pour la compression adiabatique est Où i = la condition d'entrée, o = la condition de sortie



   Po  WAdiabatic  m airPivi   1   Pi 

 1 

  1  

 1 

  1  



Or, as Pivi  RTi 

   Po   m airRTi   1   Pi  

De la même façon pour la compression adiabatique

En cas de compression isotherme

To  Ti

 Po  To  Ti    Pi 

 1 

pv1  Constant on peut également montrer que :  Po  WIsothermal  m airPivi ln    Pi  or

Pour le cas idéal d’une compression isotherme on

 Po   m airRTi ln    Pi  Pour réduire le travail nécessaire à une valeur minimum, différentes méthodes ont été utilisées pour essayer de faire en sorte que le processus de compression se rapproche de la ligne isotherme. Par exemple en injectant de l’eau pour refroidir l'air, en refroidissement avec de l’eau le cylindre ou en refroidissement le cylindre avec de l’air. D’autre part, il est possible de s'approcher de la compression isotherme en divisant la compression en au moins deux étages et en refroidissant l'air entre les étages en utilisant un échangeur de chaleur. C'est la procédure adoptée dans le banc d’étude d’un compresseur bi-étagé F865 Hilton.

La compression du premier étage s’effectue entre b et c’ dans le cylindre du premier étage (ou cylindre à basse pression). L'air est refroidi à volume constant de c’ à f, puis la compression s’effectue de f à e (dans le cas d’une transformation isotherme) ou à e’ (dans le cas d’une transformation adiabatique). En pratique le processus de compression sera quelque part entre l’isotherme

pv1  Constant et



l’adiabatique pv  Constant En pratique la compression sera le polytropique et l'indice 

Pv  Constant sera compris entre 1.1 et 1.4



du processus de compression

39 Remarquez que la détente du volume mort dans les deux cylindres sera également séparée, mais cela n'a pas été indiqué sur le diagramme pour simplifier. Pour déterminer le rendement thermodynamique d'un compresseur, un terme utile est le rendement isothermique. C'est le rapport

Exemple de calculs. Pour un compresseur avec refroidisseur intermédiaire Débit d’air À partir des données utiles de la page 24

qv  5.670  105 h   t1  273.15 Où

qv h t1

= Le débit d’air volumique en m3/s = Pression du manomètre du diaphragme mm H2O = Température d’entrée de l’air °C

À partir des données de la page 27, pour la mesure N° 5

qv  5.67  105 h   t1  273.15  5.67  105 60   24.2  273.15  0.0075m3 / s  7.5 Litre/s

 Air peut être déterminée en utilisant la loi des gaz parfaits Pi  Air  RTi Pi = la Pression d’entrée de l’air, Ti = la Température d’entrée T1

La densité de l’air

Où

En raison de la conception du diaphragme, la pression d’entrée Pression Absolue en entrée Pi

Pi est très proche de la pression ambiante P

Pi  pi  PAmbient

 0  1.01105  101103 N/m 2 Pression de Sortie 1er étage

P1  p1  PAmbient  270 103  1.01105  371103 N/m 2

40 Pression de Sortie 2e étage

P 2  p 2  PAmbient  500 103  1.01 105  601 103 N/m 2

Taux de compression 1er étage

Taux de compression 2e étage

P1 371 103  Pi 101 103  3.67 P 2 601 103  P1 371 103  1.62

Taux de compression global

P 2 601 103  Pi 101 103  5.95

À partir des données expérimentales de la page 27, pour la mesure N° 5 t1 = 24.2 °C D’ou

Pi RTi 1.01  105  287   24.2  273.15

 Air 

 1.18 kg/m3  1.18  103 kg/Litre D’où le débit massique d’air

m Air  qv   Air  7.5  1.18  103  8.87  103 kg/s

41 Si l’on suppose que la compression du 1er étage est adiabatique alors Pour la compression adiabatique

Pour la compression du 1er étage (mesure No. 5 de la page 27) le taux de compression

P1  3.67 , T 1 = Pi

24.2 °C, γ=1.4

 P1  T 2  T1   Pi 

 1 

1.4 1

 (24.2  273.15)  3.67  1.4  431.2 K  431.2  273.15 o C  158.0o C

En se référant à la mesure No.5 de la page 27, T2 mesurée = 155.7 °C Donc on peut supposer que la compression du 1er étage est adiabatique. Le travail adiabatique (puissance) nécessaire pour la compression



 1 

  1     1      P1    1  m airRT 1        1  Pi   

   Po  WAdiabatic  m airRTi   1   Pi 

En substituant avec les valeurs connues



   Po  WAdiabatic  m airRTi   1   Pi  

 1 

  1  

 8.87  103  287   24.2  273.15  1195.8Watts

1.4 1 1.4   1.4  1 3.67     1.4  1  

42 Avant que l'air n’entre dans le deuxième étage, il traverse le refroidisseur intermédiaire où de la chaleur est extraite, puis il est refroidit de T2 = 155.7 °C à T3 = 43.8 °C La chaleur est absorbée par l'eau de refroidissement et la chaleur perdue peut être déterminée à partir de l’équation suivante :

Q water  m waterCpwater T 6  T 5  En substituant avec les valeurs expérimentales mesurées No.5 de la page 27 Et à partir des Données Utiles de la page 24

Q water  m waterCpwater T 6  T 5 

 20 103  4.18  103  23.1  14.3  735.6Watts Étudions maintenant le deuxième étage de compression. Si la compression est adiabatique alors,

 P2  T 4  T 3   P1 

 1 

En remplaçant avec les valeurs connues

 P2  T 4  T 3   P1 

 1 

1.4 1

  43.8  273.15 1.62  1.4  363.7 K  363.7  273.15o C  90.6o C

En se référant aux mesures No.5 de la page 27, T4 mesurée = 115.4 °C On peut raisonnablement supposer que le processus de compression est proche de celui d’une transformation adiabatique. Cependant comme la température T4 finale est SUPÉRIEURE à la valeur adiabatique attendue, il est probable que de la chaleur ait été transférée à l'air à partir du cylindre parallèle adjacent et du fait des échauffements dus au frottement dans le compresseur. Cependant sans l'utilisation du refroidisseur intermédiaire, T3 aurait été à une température supérieure et le travail nécessaire calculé pour le second étage aurait été plus élevé. Ce point sera étudié dans un prochain TP.

43 En substituant avec les valeurs connues

WAdiabatic  m airRT 3



   P2 

 1 

  1   Pi  

  1  

 8.87  103  287   43.8  273.15

1.4 1 1.4   1.4  1 1.62     1.4  1  

 418Watts La somme du travail nécessaire pour les deux étages est donc

WTotal  1195.8  418  1613.8Watts Le travail isotherme nécessaire pour la compression dans les deux étages.

 P1   P2  WIsothermal  m airRT 1 ln    m airRT 3 ln    Pi   P1  En substituant avec les valeurs connues

WIsothermal  8.87  103  287  24.3  273.15 ln  3.67   8.87  103  287  43.8  273.15 ln 1.62   987  389  1376Watts

Le calcul du rendement du processus de compression à partir des mesures est donné par :

Isothermal Work Actual Work WIsothermal  WActual 1376   100% 1613  85.3%

 Isothermal 

L'effet du refroidisseur intermédiaire peut être mis en évidence si les calculs sont répétés pour les essais réalisés SANS le refroidisseur intermédiaire en fonctionnement. En se servant des données d'essai de la page 30 mesures N° 5 réalisées à avec une pression au deuxième étage similaire (510kN/m2) SANS le refroidisseur intermédiaire. Les calculs équivalents donnent les résultats suivants.  1     P 2     m airRT 3   1 1 WAdiabatic  m airRT 1       1   Pi    1   P1      1.4 1 1.4    8.86  103  287   26.0  273.15   4.17 1.4  1  1.4  1  



   P1 

 1 

8.86  103  287  154  273.15  1341  427  1768Watts

1.4 1 1.4    1.45 1.4  1 1.4  1  

44 La valeur ci-dessus est comparable avec la valeur de 1613 Watts obtenue avec le refroidisseur intermédiaire en fonctionnement. Le refroidisseur intermédiaire réduit légèrement la puissance totale nécessaire, mais son effet principal reste l'augmentation du rendement volumétrique. On peut démontrer que pour un compresseur bi-étagé, la condition optimale consiste à partager de manière équitable le travail global nécessaire entre les deux étages. Si l’on met ceci en équation, cette condition sera vérifier lorsque

 P1   P 2      Pi   P1  Pour ce compresseur, cette condition n'est pas vérifiée à partir des exemples de résultats de la page 30 mesures N° 5

 P1   Pi   4.17,WLP  1341Watts  P2   P1   1.45,WHP  427Watts Il est évident que le taux de compression pourrait être modifié dans ce cas précis pour réduire la puissance totale absorbée, mais cela nécessiterait de modifier la conception du compresseur.

45

4 ÉTUDE DE LA PERFORMANCE DU COMPRESSEUR EN RELATION AVEC LA PUISSANCE ÉLECTRIQUE, LA PUISSANCE À L’ARBRE, ET LA PERTE DE CHALEUR Avec et sans refroidissement intermédiaire . Procédure expérimentale La procédure expérimentale pour cette expérience est identique à cela utilisée pour l'expérience N° 1. Les données à recueillir sont identiques à celles de l’expérience N° 1 et donc les données de cette précédente expérience peuvent être utilisées pour ce TP. Des résultats de mesures typiques sont indiqués à la page 28 Les données indiquées à la page 28 ont été recueillies avec le refroidisseur intermédiaire en fonctionnement. Il est recommandé de répéter la procédure avec le refroidisseur intermédiaire désactivé comme indiqué dans la procédure de la page 19. Des données typiques recueillies avec le refroidisseur intermédiaire désactivé sont données à la page 31. Exemple de calculs. Débit d’air À partir des données utiles de la page 24

qv  5.67  105 h   t1  273.15 Où

qv h t1

= Le débit d’air volumique en m3/s = Pression du manomètre du diaphragme mmH2O = Température d’entrée de l’air °C

À partir des données de la page 28, pour la mesure No 5

qv  5.67  105 h   t1  273.15  5.67  105 60.1   24.2  273.15  0.00757 m 3 / s  7.58 Litre/s En raison de la conception du diaphragme, la pression d’entrée Pression Absolue en entrée Pi

Pi est très proche de la pression ambiante P

Pi  pi  PAmbient

 0  1.01105  101103 N/m 2 Pression de Sortie 1er étage

P1  p1  PAmbient  270 103  1.01105

e

Pression de Sortie 2 étage

 371103 N/m 2 P 2  p 2  PAmbient  500 103  1.01105  601103 N/m 2

Taux de compression global

46

P 2 601103  Pi 101103  5.95 À partir des Données Utiles fournies à la page 24, le volume du compresseur balayé par tour est 0.3544 x 10-3 m3 ou 0.3544 litre À partir des données expérimentales de la page 28, mesures N° 5 La vitesse du compresseur mesurée Nc = 1350 tr/min Donc le volume balayé par le compresseur à cette vitesse est :

Pour un compresseur parfait, sans volume mort au sommet du cylindre et étranglement au niveau des clapets d’aspiration ou de refoulement, ce serait le débit volumique d’air maximum fourni par le compresseur. Cependant comme indiqué précédemment dans l'expérience N° 1, le volume diminue avec le taux de compression. Donc le fait de comparer le volume balayé avec le volume réel constitue une méthode pour obtenir le rendement du compresseur. C’est un paramètre adimensionnel qui peut être utilisé pour comparer des compresseurs similaires. Rendement volumétrique

Le moteur électrique sur le compresseur est un moteur triphasé. Dans la plupart des cas, la plaque signalétique du moteur indique le facteur de puissance typique Cos (  est l'angle de phase entre le courant actif et réactif) du moteur. Au cas où le moteur ne comporterait pas cette information, une valeur typique est Cos  0.9 La puissance active d'un 3 moteur triphasé peut être déterminée à partir de la relation suivante :

WElectrical  3 V  I  Cos L’obtention de l’équation ci-dessus n’entre pas dans le champ d’action de ce manuel, mais elle devrait pouvoir être obtenue dans la plupart des manuels scolaires traitant d'électrotechnique.

47 À partir des données expérimentales obtenues à la page 27, mesures N° 5 V=410 Volts I = 6.5 A. D’ou

WElectrical  3  418  6.2  0.9  3815Watts Cette valeur peut être comparée avec la puissance calculée à partir de l'expérience précédente dans les mêmes conditions de test. La puissance absorbée calculée à partir sur les taux de compression du compresseur, les températures et le débit d’air était

WTotal  1168.9  409  1577.9Watts

C'est environ 40 % de la puissance électrique absorbée et cela donne une indication sur l’ampleur des pertes dues au frottement du fait de la courroie l'entraînement du compresseur et des pertes électriques au niveau du moteur. Répétez les calculs ci-dessus pour toutes les données d'essai de la page 27 ou le refroidisseur intermédiaire est en fonctionnement et pour les données d'essai de la page 30 ou le refroidisseur intermédiaire n'est pas utilisé. Les résultats seront retranscrits sous forme graphique comme indiqué à la page suivante. On remarquera qu’avec le refroidisseur intermédiaire, le rendement volumétrique est plus élevé pour un même taux de compression et que la puissance électrique absorbée est inférieure, particulièrement aux taux de compression élevés. En considérant que la plupart des compresseurs d’air de ce type sont utilisés de manière continue, l'économie d'énergie électrique peut être considérable.

48

49 5

FONCTIONNEMENT DU COMPRESSEUR EN MODE MONO-ÉTAGÉ

Procédure expérimentale Nous supposons ici que l'appareil a été installé et configuré comme indiqué dans les procédures exposées en détail à la page 9. Le banc fonctionnera en mode compresseur mono-étagé et pour ce faire, il devra être démarré en suivant la procédure décrite à la page 21, Démarrage et maintien de conditions stables en mode compresseur mono-étagé En mode mono-étagé, l’air passe uniquement dans le cylindre le plus large à basse pression et le cylindre à haute pression et le refroidisseur intermédiaire sont shuntés. Du fait de la configuration des vannes, il n'y a absolument aucun passage d'air dans le cylindre à haute pression et donc la puissance totale absorbée au niveau du cylindre à haute pression sera due uniquement aux effets du frottement, en supposant que tout l’air qui se trouve piégé dans le cylindre à haute pression se comprime et se détende de manière adiabatique et réversible. Du fait des limitations de pression de l’étage à basse pression, la gamme de fonctionnement doit être restreinte à une limite de pression supérieure de 4 bar. Tout d’abord, relevez la pression atmosphérique ambiante locale sources météorologiques.

PAmbient en utilisant un baromètre ou à partir de

1.

Assurez-vous que l’évacuation du réservoir /vanne de purge (32) soit également complètement ouverte. Relevez les données indiquées à la page 54.

2.

Augmentez la pression de sortie à environ 100-150kN/m2 en fermant l’évacuation du réservoir /vanne de purge (32) en suivant la procédure indiquée précédemment à la page 20. Veuillez remarquer que la valeur de pression réelle n'est pas importante et que la pression de fonctionnement minimum dépendra des caractéristiques de chaque appareil. La pression à laquelle la vanne d’évent se fermera variera d’une machine à l’autre.

3.

Augmentez la pression de sortie par pas adaptés (par ex par pas de 50 ou 100kN/m2et répétez les observations. Veuillez remarquer que la pression de fonctionnement maximum en mode de fonctionnement mono-étagé sera limitée par la soupape de sécurité basse pression qui est réglée à 4 bar. Si la soupape se décharge alors réduisez la pression en ouvrant l’évacuation du réservoir /vanne de purge (32).

4.

Comme pour la pression minimum, la valeur précise de la pression de fonctionnement maximum variera légèrement d’un appareil à l’autre. Des résultats d'essais types sont fournis à la page 53. Exemple de calculs. Débit d’air À partir des données utiles de la page 24

qv  5.67  105 h   t1  273.15 Où

qv h

= Le débit d’air volumique en m3/s = Pression du manomètre du diaphragme mmH2O

À partir des données de la page 54, pour la mesure N° 5

50

qv  5.67  105 h   t1  273.15  5.67  105 54.5   22.6  273.15  0.0071m3 / s  7.1 l/s À partir des Données Utiles fournies à la page 24, le volume du compresseur balayé par tour est 0.3544 x 10-3 m3 ou 0.3544 litre À partir des données expérimentales de la page 54, mesures N° 5 La vitesse du compresseur mesurée Nc = 1370 tr-min Donc le volume balayé par le compresseur à cette vitesse est :

Pour un compresseur parfait, sans volume mort au sommet du cylindre et étranglement au niveau des clapets d’aspiration ou de refoulement, ce serait le débit volumique d’air maximum fourni par le compresseur. Cependant comme indiqué précédemment dans l'expérience N° 1, le volume diminue avec le taux de compression. Donc le fait de comparer le volume balayé avec le volume réel constitue une méthode pour obtenir le rendement du compresseur. C’est un paramètre adimensionnel qui peut être utilisé pour comparer des compresseurs similaires. Rendement volumétrique

Pression Absolue en entrée Pi

Pi  pi  PAmbient  0  1.01105  101103 N/m 2

Pression de Sortie 1er étage

P1  p1  PAmbient  400 103  1.01105

Taux de compression 1er étage

 501103 N/m 2

51

P1 36110  Pi 101103  3.57

3

Le moteur électrique sur le compresseur est un moteur triphasé. Dans la plupart des cas, la plaque signalétique du moteur indique le facteur de puissance typique Cos (  est l'angle de phase entre le courant actif et réactif) du moteur. Au cas où le moteur ne comporterait pas cette information, une valeur typique est Cos  0.9 La puissance active d'un 3 moteur triphasé peut être déterminée à partir de la relation suivante :

WElectrical  3 V  I  Cos L’obtention de l’équation ci-dessus n’entre pas dans le champ d’action de ce manuel, mais elle devrait pouvoir être obtenue dans la plupart des manuels scolaires traitant d'électrotechnique À partir des données expérimentales obtenues à la page 54, mesures N° 5 V=420 Volts I = 5.8 A. D’ou

WElectrical  3  420  5.8  0.9  4019Watts En répétant les calculs ci-dessus, les données peuvent être tracées sur un graphe comme indiqué à la page 52. Les données sur une gamme de taux de compression globaux similaire ont été ajoutées sur le graphe et l’on peut constater que l’ajout du deuxième étage avec le refroidisseur intermédiaire augmente considérablement le rendement volumétrique et réduit la consommation d'énergie. Cependant on notera que la compression bi-étagée est bénéfique uniquement à condition que la pression de compression du deuxième étage soit supérieure à celle du premier étage. Ce sera normalement le cas si le compresseur est correctement dimensionné pour la charge (consommation d’air) et fonctionne dans un environnement industriel où le réservoir fonctionne à ou proche de la pression maximum.

52

53

Mesures MONO-ÉTAGÉ Pression ambiante 1.01 bar (1.010 x 105 N/m2) Essai No. Température d’entrée er

Sortie d’air 1 étage e

Entrée d’air 2 étage Sortie d’air 2e étage Entrée d’eau Sortie d’eau er

Pression 1 étage e

Pression 2 étage Hauteur Manomètrique Tension Moteur Vitesse Compresseur Débit eau de refroidissement Intensité Moteur

1

2

3

4

5

t1 /°C

20.6

21.3

21.9

22.2

22.6

t2 /°C

107.9

130.3

143.6

150.3

160

t3 /°C

38.6

41.2

42

42.2

4203

t4 /°C

35.5

44.3

51.8

55.6

50.6

t5 /°C

-

-

-

-

-

t6 /°C

-

-

-

-

-

p1 / kN/m2

120

220

300

380

400

p2 / kN/m2

100

200

300

380

400

f/mm

71.1

66.4

60.1

55.3

54.5

V / Volts

420

420

420

420

420

Nc /tr/min

1390

1380

1380

1370

1370

Dme/g/s

0

0

0

0

0

I/A

5

5.4

5.6

5.7

5.8

6

7

8

9

10

11

12

54

TABLEAU DE RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX VIERGE Tableau de mesures vierge pour le banc d’essai d’un compresseur bi-étagé Hilton F865 Condition de fonctionnement (à supprimer selon les cas) * MONO-ÉTAGÉ BI-ÉTAGÉ AVEC REFROIDISSEUR INTERMÉDIAIRE BI-ÉTAGÉ SANS INTERREFROIDISSEMENT INTERMÉDIAIRE Pression ambiante Essai No. Température d’entrée Sortie d’air 1er étage Entrée d’air 2e étage e

Sortie d’air 2 étage Entrée d’eau Sortie d’eau er

Pression 1 étage Pression 2e étage Hauteur Manomètrique Tension Moteur Vitesse Compresseur Débit eau de refroidissement Intensité Moteur

1 t1 /°C t2 /°C t3 /°C t4 /°C t5 /°C t6 /°C p1 / kN/m2 p2 / kN/m2 f/mm V / Volts Nc /tr/min Dme/g/s I/A

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12