L’installation est composée de deux compresseurs à pistons rotatifs. Ils sont également appelés surpresseurs, leur coefficient de compression ne dépassant pas 1.5 :1. La compression est volumétrique, le débit volumique aspiré ne varie que faiblement avec la contre-pression. La variation de la vitesse de rotation permet d’adapter le surpresseur aux conditions d’exploitation.
Deux pistons rotatifs symétriques évoluent l’un en face de l’autre sans contact. Le gaz entre dans le corps du surpresseur qui enveloppe les deux pistons, il est déplacé par les deux pistons au refoulement grâce à des chambres de compression formées par les pistons et le corps. Le volume de gaz véhiculé est mis progressivement en pression par stagnation au refoulement. La pression de compression s’établit donc en fonction de la perte de charge de la conduite. Le débit volumique aspiré peut être connu à partir des données spécifiques du surpresseur pour tous les types de gaz et toutes les charges. A chaque tour de l’arbre d’entraînement, le surpresseur comprime un volume unitaire. Le volume unitaire représente une constante pour chaque modèle de surpresseur.
Le débit volumique aspiré effectif (Q1) est égal au débit volumétrique aspiré théorique (Q0) diminué du débit de gaz revenant par les jeux entre les deux pistons et aussi entre les pistons et le coprs (Qv). Q1 = Q0 – Qv(m3/min)
Le débit de fuite par le jeu dépend de la densité du gaz dans les conditions d’aspiration, de la différence de pression ∆p et de la section totale des jeux. Le rendement volumétrique ɳv est:
Fig. 1.1 : Compresseur à pistons rotatifs, sur la gauche à 3 lobes et à 2 lobes sur la droite.
Les jeux des pistons rotatifs étant maintenus très faibles, il s’ensuit un comportement très favorable en exploitation. Les débits volumiques à l’aspiration ne sont que faiblement modifiés lors des variations de charge.
Cette puissance s’accroît due au frottement mécanique des paliers, des pignons de synchronisation et des garnitures d’étanchéité ainsi que des pertes dynamiques dans les tubulures et dans la chambre de compression. La puissance absorbée par le surpresseur est généralement la puissance théorique de compression, et est donc d’une part indépendante de la nature du gaz et d’autre part directement proportionnelle à la pression différentielle et à la vitesse de rotation du surpresseur. En marche à vide, comme il n’y a pas de compression interne, la puissance absorbée est pratiquement égale aux pertes. Elle est de l’ordre de 3 à 5 % de la puissance à pleine charge.
En fonction de l’ensemble de toutes les tolérances de fabrication, la puissance absorbée ainsi que le débit volumétrique aspiré représentent une tolérance admissible de + 5 %. Les deux pistons sont disposés en parallèle et centrés dans le corps du carter. Des pignons de synchronisation garantissent un fonctionnement sans contact des pistons rotatifs. Les pistons rotatifs sont montés sur des roulements. Les jeux des pistons rotatifs sont ainsi maintenus les plus faibles possibles et sont adaptés à la différence de pression et à la charge thermique en fonctionnement. Les corps des surpresseurs sont fabriqués en fonte grise de haute qualité (GG 20). Même pour des charges élevées, le surpresseur ne nécessite pas de refroidissement supplémentaire du corps, les surpresseurs disposent de pieds vissés. Les pignons de synchronisation à denture oblique sont trempés, rectifiés et usinés avec une grande précision. La mise en place et la fixation des pignons se font par emmanchement conique, ce qui leur garantit une parfaite rotation et une fixation sûre. Pour les pistons, ils sont fabriqués en acier inoxydable (Cr Ni) pour supporter les très basses températures. L’étanchéité de passage d’arbre à la chambre de compression se fait par des garnitures mécaniques spéciales. Les surpresseurs à pistons rotatifs sont lubrifiés par barbotage. Les disques de lubrification et les pignons de synchronisation amènent le lubrifiant aux paliers à roulements.
Fig. 1.2 : Surpresseur à pistons rotatifs Hibbon.
Chaque compresseur est entrainé par un moteur électrique asynchrone 440 Volts à deux vitesses. La petite vitesse est utilisée en condition mer pour l’alimentation de la machine en gaz et la régulation de la pression des cuves cargaison. La grande vitesse est utilisée pendant le chargement afin de réguler la pression des cuves, pour renvoyer le volume déplacé par le gaz liquide vers la terre et assurer aussi l’alimentation de la machine en gaz.
La régulation du débit est effectuée par la variation de la vitesse du côté compresseur, par le biais d’un accouplement hydraulique centrifuge à commande pneumatique.
En condition mer, la commande des surpresseurs est effectuée à partir du poste de commande machine via un automate qui régule la pression de refoulement du surpresseur après le passage dans le réchauffeur. Sur certains navires l’automate régule la pression des chaudières en agissant directement sur l’embrayage du surpresseur. L’inconvénient de ce type de régulation est l’absence de prise en charge de la pression des cuves. En cas d’augmentation de la pression des cuves suite à une faible consommation de gaz par la machine, une vanne sur le collecteur gaz vapeur sur le pont s’ouvre pour libérer l’excès de gaz vers l’atmosphère car en général cette génération de navires n’est pas équipée d’incinérateur de gaz en excès, la déverse des chaudières vers le condenseur principal étant censée remplacer l’incinérateur de gaz. Pendant le chargement, la commande est effectuée depuis le poste de commande cargaison.
Fig. 1.3 : Synoptique surpresseurs de LNG/C Tellier (méthanier ancienne génération).
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