Les compresseurs à vis

Les compresseurs à vis 
Étant donné que les compresseurs à vis ont un espace mort pratiquement inexistant, le rendement volumétrique de ces machines est assez bon même à des taux de compression élevés.
Vue globale
La puissance frigorifique à atteindre constitue un critère de choix classique de départ, mais la sélection d'un compresseur demande une vue globale sur les typologies disponibles en fonction de la puissance frigorifique et sur le mode de régulation de puissance. Un camion peut être très performant, mais s'il est trop puissant, il n'atteint pas la performance de 2 camionnettes...
Choix du type de compresseur :

Il existe de nombreuses technologies de conception des compresseurs.
Pour aider à la sélection, il est possible de les regrouper par "familles" et d'en tirer leur propriétés communes selon :
  • le mode de compression;
  • l'association moteur-compresseur.
Mode de compression

On distingue les compresseurs par le mode de compression :
  • Les compresseurs volumétriques;
  • les compresseurs centrifuges;
Les compresseurs volumétriques
Les compresseurs volumétriques 'compresseur a vis' 'compresseur scroll'
compresseur semi-hermétique a piston.

La compression du fluide frigorigène se fait par réduction du volume de la chambre de compression. Il existe des compresseurs à piston, à vis, à spirales (compresseurs scroll) et des compresseurs rotatifs.

Le compresseur centrifuge

La compression du fluide est créée par la force centrifuge générée par une roue à aubes. On parle de turbocompresseur. Les turbo-compresseurs sont souvent choisis dans des applications industrielles de grosses puissances.
Association moteur-compresseur
On les distingue également par l'association moteur-compresseur :
Le compresseur ouvert
Le moteur est dissocié du compresseur et raccordé par un manchon ou une courroie. L'accès aux différents éléments est possible pour réparation et la vitesse de rotation est modifiable en changeant la poulie du moteur. Mais ces deux avantages (fort théoriques...) ne compensent pas le défaut majeur de l'existence d'un joint d'étanchéité rotatif à la traversée du carter par l'arbre. Ce joint, qui doit être lubrifié pour assurer l'étanchéité, est source de fuites... inacceptables aujourd'hui dans un contexte "zéro-fuite" de fluide réfrigérant.
Le compresseur hermétique
Le moteur et compresseur sont enfermés dans une même enveloppe. Le joint tournant disparaît et avec lui le risque de fuite. Mais des contraintes nouvelles apparaissent, dont le fait que le refroidissement du moteur est réalisé par le fluide frigorigène lui-même. Cet échauffement est préjudiciable au cycle frigorifique puisque la température à l'aspiration du compresseur augmente. De plus, si le moteur vient à griller, c'est l'ensemble du circuit frigorifique qui sera pollué : un nettoyage complet du circuit doit être réalisé si l'on veut éviter de nouveaux ennuis. En cas de problème, il n'est plus possible de réparer... Dès lors, un organe de sécurité contre la surchauffe (Klixon) est incorporé. Grâce à cette sécurité thermique, montée dans les enroulements du moteur ou sur ces derniers, l'alimentation électrique sera coupée lors d'une surchauffe du moteur.
Le compresseur hermétique est couramment utilisé pour les petites et moyennes puissances : climatiseurs, armoires de climatisation,pompes à chaleur, ...
Le compresseur semi-hermétique
qui réalise un compromis entre les deux produits précédents. Il tente de bénéficier des avantages du groupe ouvert (accès aux mécanismes) et du groupe hermétique (limitation des fuites). Mais l'étanchéité reste imparfaite (nombre de joints non négligeable) et le prix est sensiblement plus élevé que pour le compresseur hermétique.
Le compresseur semi-hermétique est utilisé pour les moyennes puissances

Comment choisir ?

Machines tournantes ?

Globalement en climatisation et réfrigération industrielle, la tendance actuelle est :
  • à l'abandon des machines à mouvement alternatif (compresseur à pistons),
  • au développement des machines tournantes, à came rotative, à spirale rotative (scroll) ou à vis.
compresseur a vis et compresseur scroll
Les avantages et inconvénients :
(+)
  • une réduction des pièces mécaniques en mouvement (suppression des clapets) et donc une plus grande fiabilité,
  • un rendement volumétrique d'un compresseur assez bon grâce à l'absence d'espaces morts, comme dans les compresseurs à pistons,
  • une plus grande longévité,
  • un niveau sonore nettement plus favorable (moins de vibrations), surtout pour les appareils hermétiques,
  • une moindre sensibilité aux entrées de fluide frigorigène liquide ("coups de liquide" destructeurs des compresseurs à pistons),
  • un coût de maintenance également plus faible, puisque le risque de panne est diminué.
(-)
  • leur coût d'achat plus élevé;
  • nécessité de personnel qualifié;
  • en cas de défaillance, les compresseurs hermétiques tels que les scroll's doivent être remplacés et sont limités en puissance;
les compresseurs à vis sont de plus grosse puissance et moins adaptés à la puissance frigorifique nécessaire habituellement dans les commerces.

Machines alternatives ?


Le compresseur semi-hermétique à piston
Les spécialistes du froid alimentaire dans la distribution quant à eux continuent de préconiser les compresseurs à pistons semi-hermétiques.
Les avantages et inconvénients :
(+)
  • l'investissement est raisonnable;
  • la réparation est facile;
  • au niveau des centrales de compresseurs, le niveau de puissance frigorifique est très modulable par le découpage par étage ainsi qu'une régulation de vitesse sur un des compresseurs;
  • la gamme de puissance frigorifique unitaire est étendue.
(-)
  • leur longévité est limitée;
  • ils sont sensibles aux entrées de fluide frigorigène liquide;
  • le risque de panne n'est pas négligeable;
En matière d'environnement
On choisira des compresseurs hermétiques ou semi-hermétiques pour atteindre l'objectif zéro-fuite de fluide frigorigène, objectif qui sera un jour ou est déjà obligatoire au niveau réglementaire.
Suralimentation des compresseurs à vis
Le fonctionnement technique de la suralimentation dépasse la portée de nos propos, mais le principe de base consiste à injecter une quantité de fluide frigorigène supplémentaire dans le compresseur, à une pression intermédiaire entre la pression de condensation et d'aspiration.
La puissance frigorifique en est nettement améliorée alors que la puissance absorbée n'augmente que légèrement.
Le dimensionnement du compresseur

Dimensionnement classique du compresseur
La puissance de la machine frigorifique a été dimensionnée pour répondre aux conditions de fonctionnement extrêmes (période de canicule), sans compter les sur dimensionnements liés aux incertitudes d'utilisation des meubles et des chambres frigorifiques.

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