Conditions normales de fonctionnement. — On
peut définir les conditions normales du fonctionnement d'une machine frigorifique au moyen des températures normales du régime intérieur et du régime extérieur. NouS proposons de prendre pour températures normales du régime intérieur : — lo"* C. (température de vaporisation de l'agent frigorigène) ; + 25** C. (température de condensation de l'agent frigorigène) ; + 15° C. (température de Tagent frigorigène à son arrivée à la vanne de réglage) ; — et pour températures normales du régime extérieur: — 5"^ C. (température du liquide incongelable ambiant à l'évaporateur) ou o"^ C. (température de l'air . ambiant à l'évaporateur) ; + 12*^ C. (température de l'eau de circulation à l'entrée du liquéfacteur) ; + 20° C. (température de Teau de circulation à la sortie du liquéfacteur) .
Tout constructeur devrait indiquer pour chacun de ses types de machines, la production de frigories et la puissance dépensée non seulement en fonction des régimes normaux intérieurs et extérieurs, mais en fonction d'une série d'autres régimes caractérisés par des températures différentes des précédentes, afin de permettre aux acheteurs de machines frigorifiques de se rendre compte par avance du fonctionnement de la machine commandée.
27. — La marche en surchauffe améliore le régime intérieur de la machine, mais n'a pas en général d effet sur le régime extérieur. — Lorsqu'on soumet une machine frigorifique à des essais comparatifs, on
LÀ MACHINE FRIGORIFIQUE A COMPRESSION
arrive à la conclusion suivante. Le nombre de frigories produites dans Tévaporateur par cheval-heure indiqué fourni au compresseur est plus grand, lorsque celui-ci fonctionne en régime sec que lorsqu'il fonctionne en régime humide. La surchauffe de la vapeur au moment de la compression est donc favorable au point de vue du régime intérieur de la machine.
Mais, à moins de prendre des précautions spéciales^ cette surchauffe n'a^ en général^ aucune répercussion sur lerégime extérieur^.
On peut facilement se rendre compte de la raison pour laquelle le régime extérieur de la machine ne bénéfice presque pas de l'amélioration du régime intérieur. Avec la marche sans surchauffe, en régime humide, on cherche à obtenir un certain entraînement du liquide frigorigène à rintérieur du compresseur. En comprimant un mélange de liquide et de vapeur suffisamment chargée de liquide à la fin de l'aspiration, on est certain de ne pas avoir de surchauffe à la fin de la compression. Pour obtenir cet entraînement de liquide dans le compresseur, on est obligé de maintenirTévaporateur presque entièrement plein de ce liquide par une ouverture convenable de la vanne de réglage. L'échange de frigories avec le milieu extérieur se fait dans de bonnes conditions par toute la surface de Tévaporateur ; le rendement de celui-ci est élevé.
Au contraire, quand on veut obtenir la sur-
I. A. Desvignes. Rapport général sur les travaux de la deuxième section du Congrès International du Froid tenu à Paris en 1908.
chauffe, il faut supprimer rentraînement de liquide en faisant baisser son niveau dans l'évaporateur, ce qui s'obtient par Tétranglement de la vanne de réglage. Il en résulte un plus mauvais échange de frigories que dans le cas de la marche en régime humide ; le rendement de Tévaporateur baisse. L'écart de température entre Tagent frigorigène et le véhicule du froid (milieu ambiant à l'évaporateur) va en augmentant ; pour une même température de ce dernier, la température de Tagent frigorigène à l'intérieur de Tévaporateur va en diminuant, et le rendement de la machine frigorifique marchant en surchauffe se met à son tour à décroître. Pour toutes ces raisons le nombre de frigories cédées au milieu ambiant à l'évaporateur par cheval-heure fourni au compresseur est sensiblement constant on même décroissant.
28. — Comment on peut étendre au régime extérieur Tamélioration du régime intérieur due à la surchauffe.
— L'amélioration du régime intérieur due à la surchauffe peut être étendue au régime extérieur, en maintenant dans le réfrigérant avec la marche en surchauffe, la même quantité de liquide que celle qui s'y trouve pour la marche avec vapeur saturée. C'est ce qu'un ingénieur allemand, M. Dœderlein, a exprimé très clairement par l'axiome suivant : On doit fonctionner avec un réfrigérant aussi hnmide que possible et un compresseur aussi sec que possible.
Plusieurs dispositifs ont été proposés pour remplir ce but : le plus simple consiste à intercaler
LA MACUINE FRIGORIFIQUE A COMPRESSION
dans la conduite d'aspiration un séparateur qui retient le liquide entraîné, lequel retourne à Tévaporàteur, soit par son propre poids, soit par Tintermédiaire d'une petite pompe.
29. —Compresseur à multiple effet. — Nous avons supposé que le compresseur d'une machine frigorifique aspirait dans un seul évaporateur maintenu à une température déterminée. On peut dans certains cas être amené à mettre le compresseur en relation avec divers évaporateurs à des températures différentes. Ainsi dans la fabrication de la glace, il peut y avoir avantage à refroidir séparément Teau à congeler et le bain de saumure dans lequel s'opère la congélation ; dans le pre* mier réfrigérant, il suffira d'une température intérieure égale à — 5^ pour amener Teau à o^ ; dans le second réfrigérant, une température intérieure égale à — 10° sera suffisante pour avoir un bain à — 5°. On obtient ce résultat de la manière suivante. Lorsque le piston du compresseur qui aspire d'abord dans le réfrigérant le plus froid, est arrivé à fond de course, un mécanisme ou une simple ouverture (qui se démasque automatiquement) , met Je réfrigérant le plus chaud en communication avec Tintérieur du cylindre ; la vapeur à — 5** se mélangé à celle à — 10^, la pression monte brusquement jusqu'à ce que le poids de vapeur à — 5°, qui eiitre dans le cylindre, l'ait portée à la pression correspondant à cette dernière température (dans le cas de l'anhydride carbonique cet accroissement de pression est égal à 4 atmosphères). Lorsque le cylindre est ainsi rempli, les vapeurs
sont comprimées et refoulées au condenseur. Tel est le principe du fonctionnement d'un compresseur auquel un inventeur américain, M. Gardner Tufts Voorhees, a donné le nom de fonctionnement à multiple effet.
Pour obtenir la même production de frigories avec un compresseur ordinaire, n'agissant que sur un seul réfrigérant à < — lo** comme cela se fait généralement, il faudrait donner à ce compresseur un volume de 19 p. 100 plus grand que celui du compresseur à multiple effet et la puissance industrielle absorbée serait alors de 4 p. 100 plus élevée que pour ce dernier. On pourrait aussi employer deux compresseurs, Tun ayant le même volume que s'il devait fonctionner à multiple effet, mais qui n'aspirerait que dans le réfrigérant à — lo** ; et l'autre qui produirait dans le réfrigérant à — 5° les frigories nécessaires à l'abaissement de la température de Teau de congélation. On trouve alors que le volume de ce second compresseur devrait être égal aux 16 p. 100 de celui du premier et que la puissance indiquée totale absorbée par ces deux compresseurs serait de I p. 100 plus élevée que pour un compresseur à multiple effet.
30. — Rôle de la vanne de réglage. — Une dernière question doit être examinée; elle concerne la régulation des machines frigorifiques. Le régime uniforme d'une telle machine est caractérisé de la manière suivante.
Le poids de l'agent frigorigène qui, au travers de la vanne dite de régulation, se rend à l'évapo^
LA MACHINE FRIGORIFIQUE A COMPRESSION
rateur, est égal à celui que le compresseur aspire dans le même temps dans Tévaporateur et envoie après compression au liquéfacteur.
Ce régime correspond à une ouverture déterminée de la vanne de régulation.
Si celle-ci a une ouverture trop faible pour le régimede marche du compresseur, il passe moins de fluide frigorigène du liquéfacteur à l'évaporateur que dans les conditions normales ; le niveau du liquide baisse dans Tévaporateur et s'élève dans le liquéfacteur; la température augmente dans celui-ci (pour une température constante de l'eau à l'entrée du condenseur) et s'abaisse dans celui-là.
Les phénomènes inverses se produisent pour une ouverture trop grande de la vanne de régulation.
C'est le mécanicien qui doit agir sur l'ouverture de la vanne de régulation, suivant les diverses circonstances du fonctionnement de la machine. Il en est ainsi, par exemple, à certaines époques de la journée, lorsque des marchandises chaudes sont introduites dans les chambres de réfrigération.
Toutefois, les machines qui fonctionnent à surchauffe avec un séparateur de liquide entre Tévaporateur et le compresseur, présentent un certain degré A' autorégulation. Si la vanne de régulation est un peu trop fermée, le fluide pressent dans le cylindre à la fin de l'aspiration est de la vapeur légèrement surchauffée au lieu d'être de la vapeur saturée ; le poids de ce fluide surchauffé est moindre que celui du fluide saturé.
S'il arrive moins de liquide à l'évaporateur, il en est envoyé également moins au liquéfacteur.
Cette autorégulation ne se maintient d'ailleurs que dans des limites de fonctionnement voisines des conditions primitives. Dans la plupart des cas, il est nécessaire que le mécanicien intervienne. Il convient qu'il ait une règle simple lui permettant un réglage efficace. L'ingénieur allemand Dœderlein, dont nous avons parlé plus haut, a proposé la suivante.
Les tuvaux de refoulement doivent être chauds (80** à loo*^) au voisinage des soupapes correspondantes ; les tuyaux d'aspiration doivent être recouverts de givre blanc au voisinage des Soupapes d'aspiration.
Tuyaux de refroidissement chauds, tuyaux de refroidissement blancs (Druckrohre heiss, Saugrohre weiss) dit l'allemand.
I 2. — Le compresseur.
1 . — Règles générales à suivre dans la construction des compresseurs. — Les considérations développées plus haut nous indiquent quelques règles à suivre dans la construction du compresseur.
a) L'espace nuisible doit être aussi réduit que possible. — On réalise cette condition en rapprochant le plus possible, à fond de course, la surface du piston du fond correspondant du cylindre. Un tel mode de construction est ici possible grâce aux faibles dilatations. D'ailleurs 6n tient compte de la dilatation de la tige du piston en prenant, dans un compresseur horizontal,
LA MACHINE FRIGORIFIQUE A COMPRESSION
à double effet, l'espace nuisible arrière un peu plus grand que l'espace nuisible avant.
b) Les soupapes doivent avoir une grande section. — Afin de réduire autant que possible la dépression à l'aspiration et la suppression au refoulement, on donne aux soupapes une grande section.
Si les faces du piston sont droites et les fonds de cylindres plats, on ne peut construire de gprandes soupapes qu'au prix d'un accroissement de l'espace nuisible. C'est pourquoi les compresseurs à ammoniaque et à anhydride sulfureux présentent le mode de construction indiqué par le grand ingénieur allemand Linde : les fonds de cylindre ont la forme de sphères et les faces du piston épousent la même forme. De cette manière la distance à fond de course entre les deux faces correspondantes du piston et du fond de cylindre ne dépasse pas o"*"*,5 à o"°',75.
c) Lemploi des compresseurs à grande vitesse de rotation (loo à i6o tours par minute pour les grands compresseurs au lieu de 50 à 60) permet l'utilisation de compresseurs plus petits et la commande directe au moyen de machines à vapeur, à gaz ou à pétrole, ou même de dynamos à grande vitesse de rotation.
Ces grandes vitesses nécessitent des dispositifs d'ouverture et de fermeture rapides des soupapes. L'adjonction à celles-ci d'amortisseurs em-. péchant le mattage des sièges; la construction de soupapes légères ; enfin, la multiplication du nombre des soupapes soit d'aspiration, soit de refoulement, si l'on ne veut pas avoir de trop
^ 49 ^ L. MA.RCHIS. — 4
SoM
cnoutclioac Fig. 9. — Coupe de cylindre de compresseur Lïnds à ammoniaque.
grandes soupapes nécessitant des diamètres exagérés des cylindres,
Fg. 10. — Compresseur Sulzet-Linde à ammoniaque, lype norraal. A, conduite d'aspiration ; B. loupapcs d'aspiratioa : C, laupapoi de leCoalement ; D, conduite de refoulement: E, Mparnteur d'huile; F. loupape de i
mc^''ds réfaulement ; K. [Obinet rotatif I L. poiape \ huile ; M, lauteme
LA MACHINE FRIGORIFIQUE A COMPRESSION
d) Les fuites doivent être réduites au minimum par l'emploi autour des tiges des pistons de presse-étoupes particulièrement étanches, surtout dans les compresseurs à anhydride carbonique, à l'intérieur desquels régnent des pressions de 70 à 80 atmosphères.
du presse - éloapes
Fig. 11. — Compre ('
Nous allons passer en revue quelques-uns des modes de construction adoptés actuellement.
2. — Cylindres et pistons. — La plupart des compresseurs à ammoniaque et à anhydride sulfureux portent, à chaque extrémité, des fonds en forme de calotte sphérique, coulés d'une seule pièce avec les logements des soupapes d'aspiration et de refoulement. L'un des fonds porte en outre le presse-étoupe. Les logements des sou-
LA MACHmE FRIGORIFIQUE A COMPRESSION
papes ont leurs axes faisant un angle de 30 à
50 degrés avec l'axe du cylindre (fig. q, 10, 11, II bis).
Certains compresseurs de construction américaine et le compresseur Delaunay-Bellevîlle sont
à fonds plats (fig. 12, : 2 bis); les soupapes sont alors logées dans les fonds du cylindre ou sur les côtés.
lÂi//içaà6c/tor
Les faces des pistons épousent les formes des fonds des cylindres; l'étanchéité est obtenue au moyen de segments métalliques.
Les cylindres des compresseurs à ammoniaque et à anhydride sulfureux sont en fonte.
LA IIACUIKE FRIGORIFiqVE A COMPBESSlO/l
Les cylindres des compresseurs à anhydride
carbonique sont généralement forés dans un
solide bloc d'acier forgé ; ils doivent résister à
Feotiflca^ur
Fig. is bis. — Compresseur i ammoniaque Dîlaunay-BeUeville.
Coupe normale à l'axe du compresseur,
une épreuve de 200 à 250 atmosphères (fig. 13 et 13 bis).
L'étanchéité des pistons est obtenue dans ces compresseurs au moyen de cuirs emboutis que la
i,E FROID INDVSTBIEL
LA MACHINE FRIGORIFIQUE A COMPRESSION
pression du gaz applique fortement contre les parois du cylindre.
3. — Lepresse-étoupe. — I^e presse-éioupe est une des parties essentielles du compresseur. Son étanchéitéest capitale. Des fuites de fluide comprimé diminuent le rendement de la machine et peuvent incommoder les mécaniciens ou même mettre leur vie en danger.
Aspiration
Lanterne d'hai/e
/nférieur
du Cf//ndre
■ A nyi.^CT .Presse -êtoi/pe^ >^0£w' (frh /an terne
d'hu//e
^Hu/7e
'Anheêu meta/ 6/anc
\/?onde//e en caoutchouc
lanterne Aspiraf/on Fig. 14. — Presse-étoupe Linde (compresseur à ammoniaque).
Le type le plus généralement employé est dû à Linde (fig. 14) . Il est composé en principe de deux garnitures, entre lesquelles est intercalée une pièce métallique présentant la forme d'une lanterne ; celle-ci laisse autour de la tige du piston un évidement, qui est mis en communication avec la conduite d'aspiration par detix orifices pratiqués dans le logement du presse-étoupe. La première garniture située du côté du cylindre est soumise à Texcès de la pression du liquéfacteur sur celle de Tévaporateur; mais les vapeurs du fluide comprimé qui traversent cette première garniture, reviennent au réfrigérant. La seconde
LA MACHINE FltlGORIUQUE A COMPRESSION
garniture n'est plus soumise qu'à Texcès de la pression du réfrigérant sur la pression extérieure; son étanchéité est plus aisément réalisable, les chances de fuite sont moindres. Les deux garnitures sont constituées, soit par des anneaux en étoupe tressée, soit par des anneaux en caoutchouc, spécialement préparés, souvent
Fig. ij. — Citculfllion d'huile dans la lunette du presie-êtoupe Undo.
séparés par des anneaux métalliques. Le tout est serré au moyen d'une lunette à l'intérieur de laquelle circule de l'huile (fig. 15) ; un écrou étanche termine le presse-étoupe. Certaines garnitures sont entièrement métalliques,
4. — Compresseur Compound : un seul presse-étoupe sur le cylindre à basse pression. — Au lieu de soumettre le presse-étoupe à la pression du liquéfacteur, on ne lui fait supporter qu'une pression moindre. Le cylindre compresseur est formé de deux parties de diamètres différents constituant en réalité deux cylindres dans lesquels se meu-
vent des pistons montés sur une même tige (fig. i6). Chacun de ces cylindres agit comme un compresseur à simple effet. Le cylindre de plus grand diamètre aspire dans le réfrigérant ; il refoule le fluide comprimé une première fois dans une chambre intermédiaire ; c'est le cylindre à basse pression, il porte lepresse-étoupe. Le second
'^rt^ereut^
Aspiretlcorv
au, rej^i^era^^
Fig. i6. — Schéma d'un compresseur compound Linde.
A, compresseur basse pression ; lî; compresseur haute pression ; C, canal de communication entre A et B ; D, espace entre les deux pistons.
cylindre de diamètre moindre aspire à son tour dans la chambre intermédiaire et refoule le fluide comprimé au liquéfacteur; c'est le cylindre à haute pression ; il ne porte pas de presse-étoupe. L^intervalle libre compris entre les deux pistons calés sur le même arbre est en relation constante avec Tévaporateur ; les deux pistons supportent donc sur Tune des faces la pression existant dans celui-ci. Tel est le principe du compresseur à ammoniaque tandem compound
de la Société Linde ; ce type est très employé
IJçué&cfeur à ruJsse//e/nent
Au compressei/f àaôS8./>PGSSi'on
tfbmmqnfaqtMi '" /iquide
h'queraofôi/r
Séparéiieup
co/npréssebr âasse ppess/on Tipressei/r iisute press/on
âu cojnpressei/r fisute presswn y C/pcu/i prrno/pâ/ d*Az N^
t— C/rci/iï secondaire d'Az //^e/) dér/yat/on sar /â premièP^
Fig. 17. — Schéma d'une installation frigorifique avec compresseur double compound. [Construction Sulzer frères à Winterthur pour l'abattoir de Cuatreros (République Argentine)].
A B D E F G, circuit dérivé d'ammoniaque en relation directe avec le conduit allant du compresseur basse pression C^ au Compresseur haute
pression C^ . L'ammoniaque venant du liquéfacteur à la pression maxima du cylindre C^est portée dans le serpentin BD à la pression maxima beaucoup plus basse du cylindre C g; d'où évaporation rapide et refroidissement du liquide frigorigène allant à l'évaporateur.
sur les machines installées dans les pays chauds,
LE FHOID INDUSTRIEL
La firme Sulzer construit pour les pays chauds un
compresseur compound (fig.
17) dans lequel la compression est répartie sur deux cylindres munis chacun d'un presse-étoupe,
5. — Le presseétoupe est soumis uniquement à la pression de l'évaporateur. — Au lieu de faire en sorte que la pression sur le presseétoupe soit toujours comprise entre les pressions de l'évaporateur et du liquéfacteur , on peut construire un compresseur dont le presseétoupe ne supporte que la pression de l'évaporateur. Tel est le
LA MACHINE FRIGORIFIQUE A COMPRESSION
cas du compresseur Lebrun et du compresseur Stem. L'un et l'autre comportent deux cylindres
tion|lj',G',tu; tr-hâll O ; O' n
à simple effet horizontaux et opposés, dont les axes sont en prolongement; les deux pistons peu-
vent être commandés de Textérieur de la machine. Dans le compresseur Sterne \^g. i8), une chambre en communication constante avec le réfrigérant relie les deux cylindres; les pistons portent les soupapes d'aspiration ; les fonds des cylindres sont mobiles et jouent le rôle de soupapes de refoulement ; le presse-étoupe de la tige de commande de l'équipage portant les deux pistons se trouve sur la chambre de liaison des deux cylindres. Le fluide aspiré dans Tévaporateur entrant d'abord dans cette chambre, passe au travers de Tune des soupapes encastrée dans un des pistons à l'intérieur de l'un des cylindres de travail.
Dans le compresseur Lebrun chacun des cylindres à simple effet a la forme d'un compresseur Linde ; la chambre qui relie les deux cylindres de travail est pleine d'huile ; elle supporte à son intérieur la pression de Tévaporateur.
