Presse-étoupe avec pompe annexe. — La
Société Dyle et Bacalan, qui construit les compresseurs Hall à anhydride carbonique, arrête les pertes de fluide au travers du presse-étoupe en injectant dans celui-ci, au moyen d'une pompe spéciale, de la glycérine à une pression supérieure à la tension existant dans le liquéfacteur; la glycérine peut ainsi pénétrer dans le cylindre du compresseur où elle joue le rôle de lubrifiant (fig. 20).
7. — Le graissage. — La glycérine est, nous venons de le voir, le lubrifiant des machines à anhydride carbonique. Ce corps est aussi employé
LA MACHINE FRIGORIFIQUE A COMPRESSION
pour le graissage des machines à chlorure de méthyle (machines de la maison Douane de Paris) .
Dans les machines à anhydride sulfureux, le lubrifiant est le fluide lui-même à l'état liquide. Pour obtenir une lame d'anhydride sulfureux liquide entre le piston r"" et le corps de pompe ^L
mszs^
Cçnctensear
du compresseur, on a prévu une circulation d'eau de réfrigération soit autour du cylindre du compresseur, soit à ^^ l'intérieur du piston ^^**^ (fig. II et II his).
Dans les machines à ammoniaque, le lubrifiant est l'huile de Bakou. Elle dissout les vapeurs ammoniacales en augmentant de volume. Pour obtenir le graissage du cylindre, il suffit de déposer une lame d'huile à la surface de la tige du
piston; en pénétrant dans le compresseur, cette huile foisonne en dissolvant du gaz ammoniac; elle reste dans le cylindre qu'elle lubrifie. Dans les nouveaux compresseurs Linde-Sulzer, on envoie l'huile goutte à goutte dans la conduite d'aspiration.
Fig. 20. — Presse-étoupe Dyle et Bacalan (machine à acide carbonique).
En B par D agit la pression P du condenseur ; sur la face du piston située du côté B s'exerce la force PS ; sur la face opposée s'exerce la force /« (/, pression atmosphérique) ; la pression de la glycérine en A est donc
PS — pg
La gly-
cérine peut alors pénétrer dans le cylindre du compresseur par C au travers du presse-étoupe.
8< — Lessoupapes. Conditions de construction. ' — Les soupapes des compresseurs sont aiitotnatiques ; elles doivent satisfaire à un certain nombre de conditions.
1° Il faut que la soupape offre au passage des vapeurs un orifice d'une section asse^ grande pour que sa levée soit aussi petite que possible.
On réduit ainsi la résistance rencontrée par le fluide à son passage au travers des ouvertures de la soupape. De plus, comme la soupape de refoulement s'ouvre de l'intérieur vers Textérieur du cylindre, on diminue l'espace nuisible en rendant sa levée plus petite.
2°* // faut que V ouverture de la soupape arrive rapidement à sa valeur maxinia et que la fermeture se produise également d'une manière rapide^ aussitôt après le changement de course du piston.
Il convient donc de munir les soupapes de ressorts suffisamment puissants.
3° // faut que la soupape, en reposant sur son siège, produise une fermeture hermétique, La tige de la soupape, lorsqu'elle existe,doit donc passer dans un guide bien centré disposé dans Tenveloppe où se trouve le siège de la soupape.
D'autre part la soupape, en retombant sur son^siège^ ne doit pas produire un ntattage de celui-ci. Elle doit donc être munie d'un amortisseur qui, dans le cas actuel, est un amortisseur pneumatique.
. 4*^ Les soupapes doivent être facilement accessibles. On doit pouvoir les visiter durant la
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marche du compresseur en démontant le plus petit nombre de pièces possible.
5*^ Les soupapes doivent présenter des organes susceptibles^ en cas de rupture^ de les empêcher de tomber dans le cylindre.
On n'éprouve pas de difficulté à satisfaire dans de larges limites à la première condition en employant des soupapes aussi larges que possible. Mais plus les soupapes sont larges, plus leur poids est considérable, et plus il est difficile de satisfaire à la condition de leur ouverture et de leur fermeture rapides. Il convient donc, pour satisfaire aux deux premières conditions indiquées plus haut, de construire les soupapes en métal aussi dur et aussi tenace que possible, afin de réduire au minimum le poids du plateau et de la tige de la' soupape. De grandes soupapes avec une levée égale au quart de leur diamètre conviennent pour les compresseurs qui tournent lentement. Mais, pour les compresseurs à grande vitesse, il est préférable d'employer un grand nombre de soupapes petites et légères dont la levée ne dépasse pas quelques millimètres.
9. — Divers types de soupapes. — Les soupapes à plateaux et tiges sont les plus employées sur les divers compresseurs (fig. 21). La soupape est en acier au creuset de première qualité. Les sièges sont faits de divers matériaux : acier Martin dans les machines à ammoniaque ; fonte dure et à grain fin dans les machines à anhydride sulfureux ; bronze phosphoreux dans les machines à anhy* dride carbonique.
Dans les compresseurs à grande vitesse, on réduit parfois les soupapes à de simples disques.
- Soupapes !t tiges du type Linde.
: c, CDuisin d'aSt poui le freiaaga de U
C'est ainsi que les compresseurs à anhydride sulfureux Raoul Pictet comportent un système de
LA MACHINE FRIGORIFIQUE À COMPRESSION
clapets légers et sans ressort, se composant d'une plaque flexible en tôle d'acier mince, découpée de manière à constituer une sorte de spirale qui, formant ressort, vient s'appliquer et se maintient d'elle-même sur son siège auquel elle est d'ailleurs fixée par sa partie centrale (fig. 22). Des clapets
tatlofiA
de ce type ont donné des résultats satisfaisants, aux grandes vitesses de 100 à 450 tours par minute. La Société Genevoise emploie des clapets analogues dans ses compresseurs à anhydride sulfureux. La maison Delion et Lepeu de Paris utilise dans ses compresseurs à anhydride sulfureux un anneau métallique plat en acier extra-mince, posé sur son siège, librement et sans aucune attache; cet anneau est maintenu au contact par un ressort très léger de tension fixe. En Allemagne, les clapets Grutermuth sont formés d'une plaque de tôle mince, dont une partie est enroulée autour d'un
guide, partie qui joue le rôle de ressort (fig. 23 et 24).
Fig. 34. — Soupapes très légères paui compresseurs i anhydride sulfureux (clapers Gutermath ouverts].
10. — Soupape da sûreté. — Outre les soupapes d'aspiration et de refoulement, un grand nombre de compresseurs portent une soupape de sûreté qui met en communication, encasde surpression accidentelle, soit la conduite de refoulement avec celle
tA UÀCUINE FRlGORtFiqVE A COMPBESSlOy d'aspiration, soit l'intérieur du cylindre du compresseuravecl'atmosphère extérieure (fig. la bis).
k îlll
H. — Réducteur de la puissance frigorifique. — Quand on veut faire marcher un compresseur à puissance réduite, on munit celui-ci d'un dispositif
LE FKOID INDUSTRIEL
permettant l'agrandissement de l'espace nuisible. Cet appareil se composedans les compresseurs à anhydride sulfureux du type Borsig {fig. 25), d'une chambre dont l'axe est parallèle à celui du cylindre du compresseur et qui cortimu-
Aj
liauéfàcteup
nique par ses deux extrémités avec les espaces nuisibles de celui-ci. Deux pistons étanches peuvent se déplacer dans cette chambre ; ils permettent d'agrandir les espaces nuisibles du compresseur ; leur mouvement est obtenu de l'extérieur au moyen d'une commande à tige filetée commune.
LA MACHINE FRIGORIFIQUE A COMPRESSION
Dans les compresseurs à ammoniaque du type
Liode, le réducteur de puissance est constitué
par une soupape isolée, sur le corps de laquelle
I Tuyau poup l'açcpomemant
est branché un tuyau dont le volume intérieur peut être agrandi (fig. 26 et 27). Cette soupape isolée ne communique pas avec les soupapes d'aspiration et de compression ; quand elle est ouverte l'aspiration du compresseur se fait d'abord sur la
chambre supplémentaire formée par le tuyau ajouté, avant d'obtenir un vide suffisant pour faire manœuvrer la soupape d'aspiration. Pendant la période de compression, le compresseur devra d'abord remplir ce même tuyau avant que la pression soit assez forte pour ouvrir la soupape de refoulement.
12. — Commande des compresseurs. — Les compresseurs peuvent être actionnés par des moteurs thermiques quelconques ou par des moteurs électriques.
L'accouplement avec le moteur peut être fait soit par courroie ou câble, soit d'une manière directe.
La transmission par courroie ou câble a l'avantage de permettre la commande du compresseur au moyen de petits moteurs à grande vitesse et à rendement élevé. L'inconvénient est l'existence de pertes par transmission. De plus, on ne gagne pas de place, la transmission absorbant celle qu'on économiserait par l'emploi de petits moteurs rapides. De plus, les accélérations et les ralentissements provenant de l'inégale répartition des masses du volant ont pour effet d'allonger les courroies.
Dans les compresseurs horizontaux, le couplage direct peut se faire de deux manières.
a) Ou bien l'axe du cylindre du compresseur est dans le prolongement de l'axe du cylindre moteur; c'est le dispositif en tandem.
b) Ou bien l'axe du cylindre du compresseur est parallèle à l'axe du cylindre moteur ; c'est le couplage en parallèle (fig. 28).
LA MACJUNE FRIGORIFIQUE À COMPRESSION
Le dispositif en tandem, bien que procurant une économie de place, est peu employé, parce qu'il n'est pas favorable à la régularité de la marche.
Avec l'accouplement direct, il est généralement nécessaire de munir le volant d'un contre-
Fig. îS, — Compresîeuf double d'une puissance de i.ioo.ooo frigorïestieure, accouplé directement ea parallèle à une macliiiic à vapeur Sulîer à soupapes (installation faite par la maison Sul/er i la Cerveceria Argenlina Qujlmes à Buoiios-Aires| ,
poids, parce que la résistance à la fin de la compression est plus forte sur la face postérieure du piston que sur la face antérieure ; celle-ci a en effet une surface diminuée de la section de la tige (cas des compresseurs à double effet). Ce contrepoids est d'autant plus nécessaire que le diamètre du cylindre du compresseur est plus petit et la
section de la tige plus grande. On le rencontre surtout dans les machines à anhydride carbonique. Pour les compresseurs horizontaux dans lesquels la pression maxima sur le piston se produit environ au milieu de la course, ce contrepoids doit devancer la manivelle de 90 degrés.
C'est dans ce but que les constructeurs ont été amenés à caler, sous un certain angle, les manivelles du moteur et des compresseurs appliquées à un même arbre moteur.
On peut actionner les compresseurs avec des moteurs à ga\ à explosion ou à combustion. Si on fait l'accouplement direct, il faut que, pendant la mise en marche du moteur, le compresseur travaille à vide. Il suffit pour cela d'immobiliser les soupapes d'aspiration au moyen d'une vis de serrage, ou d'établir une circulation de décharge, constituée par une communication munie d'un robinet entre la conduite d'aspiration et celle de refoulement ; au démarrage on ouvre le robinet pour le fermer ensuite peu à peu quand le moteur est en marche.
En général, dans la commande par moteurs à explosion, on intercale un renvoi entre le moteur et le compresseur, parce que la vitesse maximum de celui-ci est inférieure à la vitesse minimum admise pour le moteur.
Dans la commande par moteur électrique^ il est bon d'établir une transmission par courroie, en plaçant le moteur sur un châssis susceptible de se déplacer de manière à faire varier la tension de la courroie.
LA MACHINE FRIGORIFIQUE A COMPRESSION
13. — La suppression du presse-étoupe et des soupapes. — Nous venons d'étudier les compresseurs ordinaires avec leur presse-étoupe, leurs segments de piston, leurs clapets, etc.. Le presse-étoupe et les segments du piston offrent des résistances passives d'autant plus considérables que l'appareil est plus petit ; il en résulte que le rendement effectif des machines diminue beaucoup dans les petits modèles.
MM. Audiffren et Singrûn ont supprimé le presse-étoupe, les segments de piston et les clapets. Ils emprisonnent le compresseur dans une enceinte hermétiquement close à l'intérieur de laquelle s'exerce la pression du liquéfacteur (fig. 29). Le compresseur peut être actionné par un moteur extérieur sans percer la paroi de la cavité qui le contient, c'est-à-dire sans employer de presse-étoupe. Il suffit pour cela de faire tourner le réservoir clos contenant le compresseur. Le mécanisme de celui-ci, animé d'un mouvement alternatif, est maintenu fixe dans l'espace grâce à une masse de plomb suffisamment lourde qui leste le carter contenant la pompe du compresseur.
L'appareil se compose de deux carters sphériques réunis par un arbre creux ; l'un joue le rôle d'évaporateur, l'autre celui de liquéfacteur. Dans celui-ci se trouve logé le mécanisme compresseur. Le mouvement de rotation des deux carters ainsi que le mouvement alternatif du compresseur sont commandés par une poulie extérieure. Le cylindre C du compresseur est oscillant sur deux tourillons t^ et t^ ; il est muni
c Auuiffren et Singriir
LÀ MACHINE FRIGORIFIQUE A COMPRESSION
d'un piston massif P sans segments. Le mouvement oscillatoire du cylindre découvre alternativement des orifices permettant au fluide de Tévaporateur de pénétrer au-dessus et au-dessous du
Eyapo rateup
Poulie de commande
Liijumcteur
Fig. 30. — Vue extérieure du frigorigène Audiffren-Singrûn.
piston. Celui-ci, actionné par un arbre coudé, aspire les vapeurs dans Tévaporateur et les refoule dans le carter-condenseur : ces vapeurs s'y liqué-
évaporateup LIquefécteuP
Poulie Couvercle
Bac à eau
Fig. 31. — Montage du frigorigène Audififrén-Singriin.
fient à la périphérie où les porte le mouveent de rotation ; elles reviennent ensuite à l'évaporateur comme le montre ia figure 29. Le compresseur fonctionne complètement immergé dans un bain d'huile chimiquement neutre, qui remplit les vides et les espaces nuisibles, empêche l'usure,
et combat réchauffement par son refroidissement constant sur les parois du condenseur. Le liquide
Couppoie de commanderas
Èvaporateup pecouvept de glace
Bac à eau dans lequel se fpoui^e le liffuéfacteup
Fig. 33. — Frigorigène Audiffren-Singrun complètement monté
et en fonctionnement. •
frigorigène projeté à la périphérie se sépare de Thuile par différence de densité.
» LiquefacteuP
Evapopateup ^
ZX./.U- I Cquuepcle
raiteps j du bac a eau ^
oac a eau
Fig. 33. — Montage d'un frigorigène Audiffren-Singriin.
Le compresseur cesse de fonctionner, quand le contrepoids est entraîné dans le mouvement de rotation. Il en est ainsi j)Our une pression fixée d'avance et par suite pour une élévation
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déterminée de la température du condenseur. Les figures 30, 31, 32, 33, montrent Taspect intérieur de la machine, ainsi que la couche de glace qui se dépose sur les parois de Tévaporateur, quand on le fait tourner dans de Teau douce. Cette glace, qui peut être détachée automatiquement de la périphérie de Tévaporateur, est d'une transparence parfaite, quelle que soient les eaux douces employées.
I 3. — Le Liquéfacteur.
1. — But du liquéfacteur. — Le liquéfacteur a pour but de faire passer à l'état liquide et de refroidir le fluide comprimé qui vient du compresseur. Il se compose de tuyaux, à l'intérieur desquels circule le fluide frigorigène, et qui sont refroidis extérieurement.
Le fluide pénètre à l'état surchauffé ; il se refroidit jusqu'à la température correspondant à la pression de liquéfaction. Il passe alors à l'état liquide. Enfin, il se refroidit. Le liquéfacteur joue donc le triple rôle de refroidisseur de vapeur, de liquéfacteur de vapeur, de refroidisseur de liquide condensé.
2 . — Liquéf acteurs à immersion . Liquéf^teurs à ruissellement. — On distingue deux types de liquéfacteurs. Dans les uns le serpentin est plongé dans l'eau qui circule extérieurement autour de lui ; ce sont les liquéf acteurs à immersion (fig. 34). Dans les autres l'eau ruisselle sur les parois extérieures ; sous l'action d'une ventilation
^ 81 € L. MARCir.S — 6
LE FROID IHDUSTMEL
convenable, cette eau passe à l'état de vapeur en produisant une absorption de chaleur et un re-
Fig. 34. — Liquéfacteur à immersion (construction Pictet).
froidissement des tuyaux du liquéfacteur :.les liquéfacteurs de ce type sont dits à ruisselle' ment (fig. 35).
LA lUACHIIfE FRIGORIFIQUE A COMPRESSION
3. — Constrnction des liquéfacteurs à immersion. — Dans les liquéfacteurs à immersion^ la circulation d'eau froide et celle du fluide frigorigène doivent réaliser le principe du contre-courant. L'eau froide entre du côté de la sortie du fluide
F'K- 33' — Liquéfacteur i ruissellement.
et sort du côté où entre celui-ci ; elle refroidit d'abord le liquide formé, puis liquéfie la vapeur à l'état de saturation, enfin refroidit la vapeur surchauffée.
Afin de ne pas opposer à la circulation du fluide frigorigène une trop grande résistance, on partage le liquéfacteur en divers serpentins de même résistance que l'on monte en parallèle, les orifices d'entrée et de sortie débouchant dans des »33 «
collecteurs; ceux-ci assurent une distribution aussi uniforme que possible du fluide. Les brides raccordant les divers tuyaux au collecteur doivent être facilement accessibles et situées hors de l'eau de refroidissement.
Les divers serpentins qui composent un liquéfacteur sont, pour éviter Tencombrement, disposés de manière à s'envelopper réciproquement. Il est alors nécessaire de faire écouler Teau de réfrigération de manière à utiliser au mieux les surfaces d'échange de chaleur et à faire en sorte que tous les serpentins aient un.eflet uniforme. On y parvient en actionnant un agitateur (agitateur à palettes ou mieux hélice) placé dans la partie centrale à l'intérieur des spires. On obtient un meilleur résultat en disposant dans cette région un cylindre creux en tôle, de la base duquel Teau s'échappe tangentiellement, s'élève dans la couronne formée par le cylindre et Tenveloppe extérieure en suivant la courbure des serpentins ; enfin, déborde par le haut dans un déversoir annulaire : de cette façon le mouvement ascensionnel hélicoïdal de cette eau n'est interrompu à aucun moment.
' Les serpentins des liquéfacteurs à ammoniaque et à anhydride sulfureux sont généralement en fer étiré de 30 à 40 millimètres de diamètre intérieur, avec des parois de 5 à 6 millimètres d'épaisseur. Les serpentins en acier des machines à anhydride carbonique, éprouvés à 20D atmosphères, ont 25 millimètres de diamètre intérieur et 5 à 7 millimètres d'épaisseur. On construit également pour les machines à anhydride sulfu-
LA MACHINE FRiGORIFÎQUE A COMPRESSION
reyix et à anhydride carbonique des serpentins en cuivre étiré sans soudure ayant de 3 à 5 millimètres d'épaisseur. Le diamètre de spire d'un serpentin ne doit pas être inférieur à 400 milli-
mètres ; la longueur de chaque serpentin ne doit pas dépasser 150 mètres.
Quelle est la surface d'échange que l'on doit donner à un liquéfacteur à immersion si une machine fonctionne dans les conditions normales [ — lo'C. à l'évaporateur ; + 25'*C. et -f- i5°C. dans le liquéfacteur; -f- 12° pour l'eau à Tentrée du liquéfacteur et + 20*" pour l'eau à la sortie ; différence moyenne de 9"^ entre le fluide et l'eau]. On considère qu'il faut, pour une production de i.ooo frigories-heure i""'^ à i*"Si de surface intérieure des tuyaux dans les machines à ammoniaque et à anhydride sulfureux — et i™^5 à i^'-jô de surface intérieure des tuyaux dans les machines à anhydride carbonique, à cause de la très forte surchauff'e.
Si une machine de 100.000 frigories-heure fonctionne dans les conditions indiquées plus haut, il faut la munir d'un liquéfacteur ayant une surface intérieure égale à 105 mètres carrés, s'il s'agit d'une machine à ammoniaque ou à anhydride sulfureux — et une surface intérieure égale à 155 mètres carrés, s'il s'agit d'une machine à anhydride carbonique. Admettons qu'il s'agisse d'une machine à ammoniaque, dont le liquéfacteur est fait de tuyaux en fer ayant 30 millimètres de diamètre intérieur. Ces tuyaux ont, au mètre courant, une surface intérieure égale à o'"%o94 ; leur longueur totale sera donc, dans le cas actuel
=- = 1.H7 mètres environ, soit 7 à 8 'serpentins.
