Compresseur mécanique

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Un compresseur mécanique est un organe mécanique destiné à augmenter la pression d'un gaz, et donc son énergie.

Il existe également des compresseurs sans aucun organe mécanique, ce sont les thermocompresseurs[1], plus communément appelés éjecteurs.

Pour exercer la même fonction sur un liquide, quasi incompressible, on utilise une pompe.

Schéma de principe d'un compresseur à turbine.

Utilisation[modifier | modifier le code]

Les compresseurs mécaniques sont utilisés dans les automobiles, les avions mais aussi sur les bateaux à moteur, dans l'industrie pour produire de l'air comprimé[2], dans les systèmes frigorifiques, ainsi que dans d’innombrables autres domaines.

Un simple ventilateur peut être considéré comme un compresseur mécanique.

Compresseur rotatif[modifier | modifier le code]

Centrifuge[modifier | modifier le code]

Les compresseurs centrifuges agissent principalement par accélération centrifuge d'un flux de fluide, on les retrouve également dans les turbines à gaz, turboréacteurs, turbocompresseurs.

Axial[modifier | modifier le code]

Le compresseur axial est un compresseur dont le flux d'air suit l'axe de rotation. Le compresseur axial génère un flux continu d'air comprimé et fournit un rendement élevé pour une masse volumique donnée et une section donnée du compresseur. Il est nécessaire d'avoir plusieurs étages de pales pour obtenir des pressions élevées et des taux de compression équivalent a ceux d'un compresseur centrifuge.

À palettes[modifier | modifier le code]

Le compresseur à palettes est un compresseur dit à rotation.

Compresseur à palettes

Il est constitué d'un stator cylindrique dans lequel tourne un rotor excentré. Ce dernier est muni de rainures radiales dans lesquelles coulissent des palettes qui sont constamment plaquées contre la paroi du stator par la force centrifuge.

La capacité comprise entre deux palettes est variable. Devant la tubulure d'aspiration, le volume croît : il y a donc aspiration du gaz. Ce gaz est ensuite emprisonné entre deux palettes et transporté vers la tubulure de refoulement. Dans cette zone, le volume décroît et le gaz comprimé s'échappe dans la tuyauterie de refoulement.

Deux conceptions de compresseur existent :

  • Fonctionnement avec lubrification : les palettes sont en général en acier et l'huile, outre la diminution du frottement entre palettes et stator, assure l'évacuation des calories et améliore aussi l'étanchéité au niveau des contacts palettes/stator. Dans cette configuration, le gaz comprimé est pollué par l'huile, il est donc parfois indispensable de purifier le gaz comprimé par un procédé adéquat (décantation ou filtrage).
  • Fonctionnement à sec avec des palettes en matériau composite chargé en graphite ou en téflon.

À vis[modifier | modifier le code]

vis de compresseur

Le compresseur à vis comporte deux vis synchronisées contre rotatives qui permettent de comprimer le gaz. Comme pour le compresseur à piston, on joue ici sur une diminution du volume pour augmenter la pression.

L'aspiration du gaz, se fait d'un côté dans l'axes des vis (En haut sur la photo), du côté ou l'empreinte des vis est la plus creusée, de l'autre côté, après un parcours de plus en plus étroit entre les vis, le gaz comprimé est libéré.

Les frottements entre les vis sont faibles relativement aux pistons dans les cylindres qui utilisent des segments pour assurer l'étanchéité.

L'huile utilisée dans ces compresseurs est souvent refroidie. Car, contrairement aux compresseurs à pistons, l'huile sert surtout à l'étanchéité [réf. nécessaire], mais aussi à la lubrification et au refroidissement[3]. Si l'huile est trop chaude, elle n'est plus assez visqueuse pour garantir l'étanchéité et la lubrification.

Il existe aussi des compresseurs à vis dont les chambres de compression ne sont pas lubrifiées. Les vis synchronisées, n'entrent pas en contact l'une avec l'autre. Le gaz comprimé produit est alors totalement exempt d'huile.

Scroll[modifier | modifier le code]

Mouvement du compresseur spiro-orbital
Cycle de compression d'un système spiro-orbitale (compresseur scroll)

Le compresseur à spirale, également connu sous le nom de compresseur scroll, emploie deux spirales intercalées comme des palettes pour pomper et comprimer des fluides. Souvent, une des spires est fixe, alors que l'autre se déplace excentriquement sans tourner, de sorte à pomper puis emprisonner et enfin comprimer des poches de fluide entre les spires comme dessiné ci-dessous.

Compresseur type G[modifier | modifier le code]

L'histoire du compresseur G ou à spirales débute avec le XXe siècle, inventé dans son principe en 1905 par le français Léon Creux, et breveté aux États-Unis le 3 octobre de la même année. À l'époque il était techniquement impossible de le construire. C'est au milieu des années 1980 que Volkswagen décide de donner sa chance au compresseur G sur les modèles Polo G40 phase 2, et les Polo G40 phase 3, Corrado G60 et Golf II G60 et Rallye et Passat G60.

Le qualificatif G provient de la forme particulière du compresseur et des spirales qui rappelle cette lettre, quant au 40 ou 60, ils informent sur la largeur de la spirale. En réalité le G60 devrait se nommer G59.5, puisque la spirale ne mesure que 59,5 mm de large (au lieu de 60).

Le compresseur se compose de deux spirales fixes et deux spirales mobiles. Il est entraîné par la poulie d'un vilebrequin. Dans la suite du texte, nous nous concentrons sur un seul couple, les mêmes explications étant correctes pour l'autre couple, mutatis mutandis.

Après le filtre à air, l'air entre dans le compresseur en étant « aspiré » entre les deux spirales (une fixe, l'autre mobile). Grâce à un arbre excentrique, la spirale mobile se rapproche et s'écarte de la spirale fixe, l'air emprisonné est comprimé dans cet espace et est chassé vers le centre du compresseur (sortie), puis vers le conduit d'admission du moteur. Étant donné que cette étape se reproduit quatre fois (quatre couples de spirales), avec un décalage de 180 °, il n'y a pas de baisse de pression entre l'arrivée des poches d'air comprimées au niveau de l'admission.

On constate, en général, une pression de l'ordre de 0,7 bar pour les G60 avec une puissance de 160 ch pour 1,8 litre de cylindrée.

Ce type de compresseur est également utilisé dans l'industrie pour comprimer de l'air à 8, voire 10 bars. La chambre de compression n'est pas lubrifiée, ce qui permet de délivrer un air totalement exempt d'huile.

À lobe(s )[modifier | modifier le code]

Article détaillé : compresseur Roots.

Le compresseur a lobes, souvent appelé compresseur roots, est un système mécanique comprenant deux lobes qui emprisonnent l'air lors de leur rotation. Le volume emprisonné et le rapport de leur vitesse de rotation par rapport à celle du moteur qu'il alimente détermine le taux de compression.

À engrenages[modifier | modifier le code]

Dans un compresseur à engrenages, le rotor est formé de 2 toupies (ensemble des lobes) s'imbriquant l'une dans l'autre, qui emprisonnent l'air lors de leur rotation. Le volume d'air emprisonné et le rapport de sa vitesse de rotation par rapport à celle du moteur qu'il alimente déterminent le taux de compression[réf. souhaitée].

Compresseur alternatif[modifier | modifier le code]

À pistons[modifier | modifier le code]

Compresseur alternatif pouvant tourner sur deux, quatre ou six cylindres.

Dans un compresseur à pistons, chaque piston présente un mouvement alternatif dans un cylindre. Lors de l'aller, le piston aspire le fluide à une certaine pression puis le comprime au retour. Pour cela, chaque piston est muni d'une entrée et d'une sortie à clapet anti-retour. Le clapet d'admission ne peut laisser passer le gaz que vers la chambre du piston. À l'inverse, le clapet d'échappement ne peut laisser passer le gaz que vers le circuit extérieur. De plus, le clapet d'échappement offre une certaine résistance, de façon à ne s'ouvrir que lorsque la pression de l'intérieur de la chambre du cylindre atteint une valeur suffisante.

Voici le fonctionnement pas à pas :

  • le piston « descend » : la dépression créée à l'intérieur du cylindre entraîne l'ouverture du clapet d'admission et le fluide est aspiré. Le clapet d'échappement est fermé, car il ne marche que dans un sens.
  • le piston commence sa « remontée » : le fluide commence à se comprimer, car il ne peut sortir par le clapet d'admission (clapet anti-retour) et sa pression n'est pas suffisante pour pousser le clapet d'échappement (maintenu en place par un ressort par exemple). Le fluide ne pouvant s'échapper, il se compresse, car la « remontée » du piston diminue le volume dans le cylindre.
  • la pression du fluide atteint la pression voulue (contrôlé par la raideur du ressort) : cette pression est suffisante pour ouvrir le clapet d'échappement et le fluide sous pression s'échappe donc. Le piston finissant sa remontée, il chasse le fluide tout en maintenant sa pression.
  • le clapet d'échappement se ferme lorsque le piston arrive au point mort haut et un nouveau cycle recommence.

Un compresseur à piston est souvent muni de plusieurs pistons, dont les phases d'admission et d'échappement sont décalées pour avoir une sortie de fluide plus constante dans le réservoir. En effet, pour chaque piston, la sortie du gaz comprimé n'occupe qu'une petite partie du cycle.

Compresseur hydraulique[modifier | modifier le code]

Le terme compresseur ou compresseur hydraulique est aussi beaucoup utilisé pour nommer un groupe hydraulique ou une centrale hydraulique.

Il peut être à pistons, palettes, engrenages, vis, etc.

La technologie est la même que les compresseurs classiques, mais doit supporter des pressions entre 20 et 700 bars, selon les applications

Article détaillé : Centrale hydraulique.

Équipements associés[modifier | modifier le code]

L'humidité normalement présente dans l'air à pression atmosphérique se retrouve, après compression, dans un volume restreint et le volume d'eau dans l'air peut devenir important avec le risque de saturation en eau de l'air comprimé. Pour éviter ce problème on lui associe souvent un sécheur d'air[4].

Références[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]