Les unités (stations) de compression d’air sont devenues aujourd’hui très répandues dans de nombreux secteurs industriels ainsi qu’en médecine et pharmaceutique, dans la sphère d’entretien de voitures en tant que source d’air comprimé pour les outils pneumatiques, etc. L’accroissement des besoins en air comprimé a favorisé l’apparition de nombreux types de compresseurs qui se différenсient selon la conception, le principe de fonctionnement et les performances. Les unités (stations) de compression d’air sont considérées en règle générale comme équipements auxiliaires, c’est-à-dire, ceux qui ne sont pas directement impliquées dans les procédés de production. Cependant, cela ne les empêche pas d’être une partie intégrante et indispensable des lignes de production et de divers systèmes industriels.
Du fait que souvent il n’est pas nécessaire d’intégrer le compresseur même dans la ligne technologique parce que on n’a besoin que d’acheminer du gaz comprimé produit par le compresseur, une solution rationnelle consisterait à réunir le compresseur et les équipements auxiliaires en une unité que l’on pourrait acheter, installer et brancher comme un ensemble unique. Cela permettrait de simplifier les processus de conception et de maintenance des équipements. L’ensemble de dispositifs appelés à produire du gaz comprimé et composé d’un compresseur installé sur un socle commun avec le moteur, la transmission et d’autres équipements auxiliaires est appelé installation de compression.
Une autre raison justifiant la création d’installations de compression, a consisté dans l’intérêt d’avoir une source mobile de gaz comprimé. Par exemple, pour alimenter les outils pneumatiques portables dont l’alimentation en air comprimé est sans doute une chose peu confortable, ou les installations provisoires de production de ressources minières telles que le gaz déployées dans des régions éloignées et peu accessibles. Dans ce cas la mobilité sous-entend la possibilité de transporter une installation de compression sans qu’il soit nécessaire de réaliser son montage complexe sur place, ainsi que la dotation de l’installation en dispositifs de mobilité appropriés, par exemple, des roues.
Construction
La variété de solutions architecturales des stations et installations de compression est immense ce qui s’explique par des possibilités étendues de combinaison de différents éléments. L’assortiment de ces éléments peut varier fortement en fonction des cas, cependant, il est possible d’en distinguer certains éléments principaux :
- socle;
- compresseur;
- moteur;
- transmission mécanique;
- réservoir intermédiaire.
La station n’est sans doute pas capable de remplir sa principale fonction sans compresseur, et ce dernier à son tour n’est pas capable de fonctionner sans qu’il reçoive une énergie mécanique fournie par un dispositif d’entraînement. Le réservoir intermédiaire sert à contenir de l’air comprimé et permet de lisser les pulsations du flux de sortie. Dans certains cas la présence du réservoir intermédiaire n’est pas nécessaire et il peut donc être absent au sein de la station. Le socle sert de base pour implanter d’autres équipements sachant que le réservoir intermédiaire peut jouer le rôle d’une telle base si le poids et encombrements du compresseur et du dispositif d’entraînement le permettent.
La composition quantitative de la station de compression varie également en fonction des exigences imposées par la tâche à remplir. Si le gaz à comprimer est trop pollué soit le degré de sa pollution risque d’augmenter de temps en temps on met en place des filtres supplémentaires qui peuvent fonctionner en permanence ou intervenir si besoin est. Des cas sont possibles où la station de compression devrait fonctionner en continu au cours d’un temps prolongé, c’est-à-dire, les équipements ne peuvent pas être arrêtés pour un entretien ou maintenance. Pour apporter une solution à ce problème on installe à côté du compresseur ou des compresseurs principaux une unité de secours supplémentaire. Ceci permet d’effectuer l’entretien de la station sans interrompre son fonctionnement. Au moment où un des dispositifs de travail commencerait à avoir besoin d’un entretien, on l’élimine de la ligne générale de flux de gaz et on lui substitue un compresseur de secours ce qui permet de réaliser les opérations d’entretien requises sans que les performances de l’installation en souffre. Par la suite, on pourrait alterner l’élimination des dispositifs de la ligne de flux générale afin d’assurer le caractère cyclique de leur fonctionnement et d’arrêts.
Outre les principaux éléments la station peut le cas échéant être équipée en plus de différents systèmes et dispositifs auxiliaires. Pour prolonger la durée de vie des principaux équipements on utilise des systèmes de lubrification et de refroidissement (à huile et à air), ainsi que différents filtres pour le milieu gazeux installés tant en amont qu’en aval du compresseur. Si la station doit fournir un flux d’air comprimé à pression et débit variables on intègre dans son architecture un système d'instrumentation (instruments de contrôle et de mesure et des automatismes) ainsi que des interfaces de gestion. Dans le cas où une installation de compression serait de conception modulaire et exploitée dans des conditions climatiques difficiles on l’équipe en plus de systèmes de chauffage et de ventilation pour maintenir à l’intérieur des conditions optimales.
Classification
En raison de la complexité de leur structure les stations de compression ont une classification extrêmement vaste qui peut se baser sur les classifications de leurs parties composantes. Evidemment que la classification de base se réfère au compresseur utilisé ce qui permet de distinguer les types d’installations suivants :
Le premier groupe compte des compresseurs à piston, à membrane, à palettes, à vis, etc. La compression du gaz grâce à la réduction du volume de la chambre de travail conduisant à l’élévation de la pression à l’intérieur de la chambre, permet aux installations de compression de ce type de développer une pression considérable en sortie. Les compresseurs du second groupe sont de types centrifuge, axial et à jet où l’élévation de la pression s’obtient par l’accroissement de l’énergie cinétique du flux de gaz qui ensuite se transforme en partie en énergie potentielle de la pression.
La classification pourrait se faire également sur la base des principales caractéristiques du compresseur. Ces caractéristiques principales sont les suivantes :
- pression créée;
- débit fourni.
En fonction de la pression, les compresseurs se divisent en ceux à très haute (plus de 100 MPa), haute (de 10 à 100 MPa), moyenne (de 1,2 à 10 MPa) et basse (de 0,15 à 1,2 MPa) pressions. Pour le débit (capacité de production) les appareils se divisent en ceux à : petit (10 m3/min maxi), moyen (de 10 à 100 m3/min) et grand (plus de 100 m3/min) débit.
Le second élément important d’une station de compression est le système d’entraînement du compresseur qui compte un moteur et une transmission mécanique appelée à transmettre le couple de rotation de l’arbre du moteur à l’arbre du compresseur. Dans ce cas, on peut distinguer des installations de compression suivantes : à moteur diesel, à essence, électrique, etc. et selon le type de leur raccordement au compresseur ils peuvent être équipés de transmission : à courroies, à chaîne, à engrenages, etc. Cette classification est surtout importante pour les installations de compression mobiles du fait que toutes les sources d’énergie ne peuvent pas être accessibles en fonction du lieu de leur utilisation. Quand il s’agit, par exemple, de sites éloignés des lignes électriques il serait plus facile et utile d’utiliser une installation de compression fonctionnant au combustible liquide ou gazeux qui peut être fourni avec un moyen de transport séparé.
Une particularité importante des installations de compression consiste dans la possibilité de les rendre mobiles d’où on distingue :
- installation stationnaires;
- installations mobiles.
Les installations mobiles peuvent être dotées de base mobile la plus variée depuis des roulettes de petit diamètre jusqu’à une remorque véhicule bâchée. Le choix concret dépendra du lieu d’utilisation et de la destination de l’installation. Dans le cas d’une station-service il suffirait d’installer le compresseur et tous les éléments nécessaires sur une plateforme mobile que le personnel pourrait déplacer manuellement à l’intérieur du local alors qu’un compresseur puissant et encombrant utilisé pour alimenter en air comprimé des outils de chantier serait préférable d’installer à bord d’une remorque camion ou sur le châssis du véhicule même.
En règle générale, en fonction du type de plateforme sur laquelle sont placés les équipements les installations de compression peuvent être montées sur :
- le réservoir intermédiaire;
- une remorque (à un ou deux essieux; bâchée ou ouverte);
- un châssis (bâché ou ouvert).
L’option de montage du compresseur, du moteur et de la transmission directement sur le réservoir intermédiaire est assez répandue car elle permet de rendre l’installation compacte et facile pour accéder aux différentes parties pour visites et entretien. Par ailleurs, on pourrait la faire mobile si l’on équipe le réservoir de roues. Les installations de compression les plus encombrantes et complexes seront montées sur des bâtis posés sur une fondation. La structure pourrait représenter un module distinct avec des systèmes de chauffage et de ventilation intégrés ce qui permettrait de déplacer cette installation à l’aide d’un moyen de transport et d’utiliser quelles que soient les contraintes atmosphériques et climatiques.
Domaines d’application
Parme diverses destinations des stations et installations de compression on peut distinguer plusieurs domaines essentiels. L’un d’eux est l’alimentation en air comprimé des divers outils pneumatiques. Dans ce domaine les stations mobiles les plus demandées sont celles utilisées par des services routiers et les entreprises de bâtiment. D’autres applications peuvent être des aérographes mobiles ou stationnaires et des installations de sablage.
Le second domaine important est l’alimentation en gaz comprimé (y compris l’air) des différents équipements dans des entreprises et des lignes de production. Il pourrait s’agir de presses pneumatiques, de moteurs pneumatiques, de grues, de robinetterie de régulation et d’arrêt, etc. Pour autant que ces utilisateurs d’air comprimé soient de grosses installations montées sur une fondation les stations de compression à utiliser seront du type stationnaire adaptées pour le fonctionnement avec équipement concret.
Dans les technologies chimiques les installations de compression servent à alimenter en air comprimé les appareils de synthèse chimique d’où des exigences supplémentaires sont imposées à ces installations en termes de tenue chimique et corrosive face aux gaz à fournir ainsi qu’au niveau d’étanchéité et de protection antidéflagrante. En même temps, presque partout dans les entreprises il existe des lignes d’azote comprimé utilisé pour souffler des appareils et tuyauteries. A cet égard, l’azote présente l’avantage d’être un gaz inerte, accessible et capable d’être obtenu à partir de l’air atmosphérique par procédé de séparation par membrane ou la rectification fractionnée. L’air atmosphérique ou l’oxygène pur sous pression sont également utilisés pour des réactions de synthèse chimiques en qualité d’oxydant. Cette dernière application est largement utilisé en métallurgie ce qui rend les stations de compression intéressantes dans ce domaine également.