Le pompage est défini comme le point de fonctionnement au cours duquel la hauteur de compression maximale et le débit minimum sont atteints. Le compresseur perd sa capacité à maintenir la pression lorsque le pompage survient et l’ensemble du système devient instable. Dans des conditions normales, le compresseur fonctionne à la droite de la ligne de pompage. Cependant, si des fluctuations de débit surviennent, ou en raison de démarrage ou d’arrêt d’urgence, le point de fonctionnement se déplacera vers la ligne de pompage parce que le débit est réduit. Si les conditions sont telles que le point de fonctionnement se rapproche de la ligne de pompage, l’impulseur et le diffuseur commencent à fonctionner en décrochage et l’écoulement inverse se produit. La séparation des flux finira par causer une diminution de la pression de refoulement et le compresseur reprendra son cycle normal. Ceci est défini comme le cycle de pompage du compresseur. Chaque inversion de sens du débit de gaz représente un choc violent pour la chaîne cinématique du compresseur, et pour l’alimentation électrique du moteur. Le pompage peut causer des dégâts severes sur le compressur comme la rupture d’aubages de l’impulseur, fortes vibrations radiales et destruction des paliers, usure prématurée des moteurs électriques et éclatement de tuyauteries du réseau.
Fig. 3.1 : Endommagement d’une aube lié au pompage.
La zone de pompage du compresseur à gaz peut être appréhendée en termes de flux, de hauteur statique et de vitesse. Ces trois paramètres déterminent la réaction de la zone de pompage aux changements de la composition du gaz. La ligne de pompage varie en fonction de la composition du gaz dès lors qu’elle est représentée par des variables qui sont calculées en fonction des propriétés du gaz (enthalpie, masse volumique, ou entropie). Les différentes représentations du pompage peuvent avoir plus d’avantages pour des environnements d’exploitation particuliers.
Fig. 3.2 : Trois représentations de la ligne et la marge de pompage.
Q : Débit, N : Vitesse de rotation, H : Hauteur statique
Voir la ligne de pompage en fonction de la vitesse et du débit permet d’avoir une estimation de la proximité du pompage dans une plage de débit ou de la marge de pompage. Alors que la vitesse du compresseur augmente, la marge de pompage diminue. Les changements de débit basés sur les effets de densité (ou des changements dans la composition du gaz) ont une incidence sur la marge de pompage et la ligne de pompage dans cette représentation. La marge de pompage est utile au cours du fonctionnement normal lorsque le débit doit être réduit en raison de la baisse de la pression des cuves.
La ligne de pompage considérée en termes de hauteur statique et de vitesse, fournit une estimation de la hauteur à atteindre pour que le pompage se produise. La hauteur de pompage à atteindre indique à l’opérateur la rapidité avec laquelle le pompage va se produire lors des opérations d’arrêt. Si la ligne de pompage devient linéaire, la hauteur de pompage à atteindre sera moindre et le pompage peut se produire plus rapidement lors d’arrêt d’urgence.
La troisième vue du pompage (illustré à droite de la figure 3.2) est la hauteur par rapport au débit. Cette vue montre la plage d’exploitation. À hauteur constante, le compresseur fonctionne dans la région opérationnelle à droite de la ligne de pompage. La limite de pompage, la mieux représentée est en fonction de la hauteur et du débit, car cette représentation normalise la ligne de pompage. La hauteur du compresseur sur le champ (courbe) de performance est calculée en utilisant la température relevée, le taux de compression et de débit à travers le compresseur, ainsi que les propriétés du gaz.
Hp : Pression de refoulement
SG : Densité (specific gravity)
PD : Pression de refoulement (Discharge pressure)
PS : Pression d’aspiration (Suction pressure)
T : Température
np : exposant polytropique
Z : Coefficient de compressibilité du gaz
L’équation de la hauteur réduite en fonction de débit réduit doit être utilisée pour simplifier les équations, car la température, la densité et la compressibilité s’annulent à la fois dans les équations de hauteur et de débit. La hauteur réduite est seulement une fonction du taux de compression et de débit, calculé comme suit :
Ne prendre en compte que la hauteur et le débit comme variables permet au modèle de limite de pompage d’être utilisé quelles que soient la vitesse et les variations de composition du gaz avec des changements minimes de la position de la ligne de pompage sur le champ des performances. La vue de la hauteur réduite est la meilleure représentation du système de contrôle du pompage, car les effets de la densité ne peuvent pas affecter l’incertitude de la ligne du pompage. Cela donne plus de précision aux prévisions de pompage dans l’algorithme de contrôle.
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