Ils sont dotés d’installations plus complexes, car avec l’augmentation des capacités de transport (voir annexe 1), et la nécessité de disposer de compresseurs à grand débit et moins encombrants, les compresseurs à pistons rotatifs ont laissé la place à des compresseurs centrifuges. Ces derniers ne cessent pas d’évoluer grâce à la technique CFD (Computational Fluid Dynamics) qui se développe à un rythme soutenu. Les progrès significatifs enregistrés dans le domaine des méthodes numériques (schémas de discrétisation spatiale et d’intégration temporelle, techniques de maillage) ont permis de multiplier les applications de la simulation numérique : élargissement de la gamme de Nombre de Mach, prise en compte de la turbulence, complexification des géométries.
Beaucoup de compresseurs centrifuges utilisés dans l’industrie du pétrole et du gaz sont à plusieurs étages et on sait que le dernier étage détermine la plage de fonctionnement d’ensemble du pompage à l’étranglement. Du fait de la nature compressible du gaz, plus le gaz circule dans le dernier étage, plus sa densité augmente. Par conséquent, un impulseur dans le dernier étage reçoit un plus faible volume ce qui se traduit par un plus faible coefficient de débit. Il est donc important d’élargir la plage de fonctionnement des impulseurs avec un coefficient de débit inférieur utilisé aux derniers étages en vue d’assurer le fonctionnement d’ensemble du pompage à l’étranglement. Traditionnellement, des impulseurs à deux dimensions sont utilisés pour les zones à faible et moyen débit. Les aubages de ces impulseurs sont inchangés dans le sens de la hauteur de l’aubage (Fig. 1.4).
Fig 1.4 : la différence entre les aubages 2D et 3D de l’impulseur.
L’utilisation d’impulseurs à trois dimensions est limitée aux zones ayant un débit élevé en raison des contraintes du procédé de fabrication, bien qu’il ait été montré que les impulseurs à trois dimensions peuvent fournir une meilleure performance. Hitachi a conçu un nouveau procédé de fabrication qui permet l’utilisation des aubages tridimensionnels pour les débits inférieurs (où les impulseurs ont une plus petite hauteur d’aubage), et élargir la gamme des impulseurs à trois dimensions aux zones à faible débit (fig 1.5).
Fig. 1.5 : Elargissement de la plage de fonctionnement de l’impulseur 3D.
La conception aérodynamique de l’impulseur à trois dimensions utilise un procédé grâce auquel la géométrie d’aubages est optimisée par le processus itératif de création d’aubage et évaluation CFD. La géométrie d’aubages pour chaque itération successive est déterminée en fonction de coefficient de charge aérodynamique Ld défini dans l’équation :
Où wsu représente la vitesse relative à l’aspiration, et wp représente la vitesse relative au refoulement.
La figure 1.6 montre un exemple de conception obtenue à l’aide d’optimisation CFD. La répartition de la charge aérodynamique pour cet impulseur est caractérisée par une charge frontale plus élevée autour de l’aspiration et une baisse de charge autour du centre par rapport aux conceptions précédentes. La charge frontal croissante autour de l’aspiration décélère de façon drastique l’écoulement dans la première moitié de l’impulseur et améliore son efficacité.
En outre, la charge diminuée autour du centre de l’impulseur augmente la vitesse d’écoulement à l’aspiration, et donc empêche la séparation des flux à
l’intérieur de l’impulseur permettant ainsi un élargissement de la marge au pompage
Fig. 1.6 : Comparaison des écoulements internes des impulseurs 2D et 3D.
L’installation de compression sur la nouvelle génération de méthaniers est composée de quatre compresseurs qui se divisent en deux catégories :
– Compresseurs haut débit ou HD (High Duty) : Ce sont des compresseurs monocellulaires qui offrent un grand débit et une faible pression de refoulement (voir annexe 7).
– Compresseurs bas débit LD (Low Duty) : On peut distinguer deux types de compresseurs LD. Le premier type à deux étages pour les navires à propulsion gaz diesel électrique, leur pression de refoulement varie entre 4 et 5 bars. Le deuxième type est composé d’un seul étage utilisé sur les navires à propulsion vapeur. Les compresseurs LD sont utilisés pour alimenter la machine en gaz et réguler la pression cuve en condition mer.
Chaque compresseur est entrainé par un moteur électrique haute tension (6600v) ou 440Volts selon les installations. La variation de débit est assurée par des aubes orientables IGV (Inlet Guide Vane) à l’aspiration pour les compresseurs HD et les compresseurs LD à mono-étage ou par un diffuseur à géométrie variable VDV (Variable Diffuser Vane) pour les compresseurs LD à deux étages. Certaines installations combinent avec IGV ou VDV la variation de vitesse des moteurs électriques par thyristors pour réguler le débit et la charge des compresseurs.
L’installation est dotée d’un système automatique anti-pompage pour éviter d’endommager le compresseur. Le chapitre 2 donne plus de détails sur ces types de compresseurs.
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