Les principales causes de la surchauffe de la température d'échappement du compresseur sont les suivantes : température élevée de l'air de retour, grande capacité de chauffage du moteur, taux de compression élevé, pression de condensation élevée et choix inapproprié du réfrigérant.
1. Température de l'air de retour
La température de l'air de retour est relative à la température d'évaporation. Afin d'éviter le reflux de liquide, les conduites d'air de retour nécessitent généralement une surchauffe de 20 °C. Si la conduite d'air de retour est mal isolée, la surchauffe dépassera largement 20 °C.
Plus la température de l'air de retour est élevée, plus les températures d'aspiration et d'échappement du cylindre sont élevées. Pour chaque augmentation de 1 °C de la température de l'air de retour, la température d'échappement augmente.
2. Chauffage du moteur
Pour les compresseurs à air de retour, la vapeur de réfrigérant est chauffée par le moteur lorsqu'elle circule dans la cavité du moteur, et la température d'aspiration du cylindre est à nouveau augmentée.
La chaleur générée par le moteur est influencée par la puissance et le rendement, tandis que la consommation d'énergie est étroitement liée à la cylindrée, au rendement volumétrique, aux conditions de fonctionnement, à la résistance au frottement, etc.
Pour les compresseurs semi-hermétiques à refroidissement par air de retour, l'élévation de température du fluide frigorigène dans la cavité du moteur varie de 15 °C à 45 °C. Dans les compresseurs à refroidissement par air, le système frigorifique ne passe pas par des enroulements, il n'y a donc pas de problème d'échauffement du moteur.
3. Le taux de compression est trop élevé.
La température des gaz d'échappement est fortement influencée par le taux de compression. Plus le taux de compression est élevé, plus la température des gaz d'échappement est élevée. Diminuer le taux de compression permet de réduire significativement la température des gaz d'échappement en augmentant la pression d'admission et en diminuant la pression d'échappement.
La pression d'aspiration est déterminée par la pression d'évaporation et la résistance de la conduite d'aspiration. Augmenter la température d'évaporation permet d'accroître efficacement la pression d'aspiration, de réduire rapidement le taux de compression et, par conséquent, de diminuer la température des gaz d'échappement.
L'expérience montre que réduire la température des gaz d'échappement en augmentant la pression d'aspiration est plus simple et plus efficace que les autres méthodes.
La principale cause d'une pression d'échappement excessive est une pression de condensation trop élevée. Une surface de refroidissement insuffisante du condenseur, l'accumulation de tartre, un volume d'air ou d'eau de refroidissement insuffisant, une température de l'eau ou de l'air de refroidissement trop élevée, etc., peuvent entraîner une pression de condensation excessive. Il est donc primordial de choisir une surface de condensation appropriée et de maintenir un débit de fluide de refroidissement suffisant.
Les compresseurs haute température et de climatisation sont conçus pour fonctionner avec un faible taux de compression. Après utilisation pour la réfrigération, le taux de compression augmente de façon exponentielle, la température des gaz d'échappement devient très élevée et le refroidissement ne suffit plus, ce qui entraîne une surchauffe. Il est donc impératif d'éviter d'utiliser le compresseur au-delà de sa plage de fonctionnement optimale et de le faire fonctionner en dessous du taux de compression minimal possible. Dans certains systèmes cryogéniques, la surchauffe est la principale cause de défaillance du compresseur.
4. Anti-expansion et mélange de gaz
Après le début de la course d'aspiration, le gaz haute pression emprisonné dans le jeu du cylindre subit une détente. Une fois détendue, la pression du gaz revient à la pression d'aspiration, et l'énergie consommée pour comprimer cette partie du gaz est dissipée lors de la détente. Plus le jeu est faible, plus la consommation d'énergie due à la contre-détente est réduite, et plus le volume d'aspiration est important, ce qui améliore considérablement le rendement énergétique du compresseur.
Lors du processus de détente, le gaz entre en contact avec les surfaces à haute température de la plaque de soupape, du haut du piston et du haut du cylindre pour absorber la chaleur, de sorte que la température du gaz ne descend pas jusqu'à la température d'aspiration à la fin de la détente.
Une fois la décompression terminée, l'aspiration commence. Lorsque le gaz pénètre dans le cylindre, il se mélange au gaz de décompression, ce qui entraîne une hausse de température ; par ailleurs, le mélange absorbe la chaleur de la paroi et se réchauffe. De ce fait, la température du gaz au début de la compression est supérieure à la température d'aspiration. Cependant, la décompression et l'aspiration étant très brèves, l'élévation de température réelle reste très limitée, généralement inférieure à 5 °C.
L'anti-dilatation, due au jeu dans le cylindre, est un défaut inévitable des compresseurs à piston traditionnels. Si le gaz contenu dans l'orifice de purge du plateau de soupape ne peut être évacué, une détente inverse se produit.
5. Élévation de température de compression et type de réfrigérant
Les différents fluides frigorigènes possèdent des propriétés thermophysiques distinctes, et la température des gaz d'échappement augmentera différemment après une même compression. Par conséquent, à différentes températures de réfrigération, il convient de choisir un fluide frigorigène différent.
6. Conclusions et suggestions
Lorsque le compresseur fonctionne normalement dans sa plage d'utilisation, il ne doit présenter aucun phénomène de surchauffe, comme une température moteur ou une température de vapeur d'échappement élevées. La surchauffe du compresseur est un signal d'alarme important, indiquant un problème grave au niveau du système frigorifique ou une utilisation et un entretien inadéquats du compresseur.
Si la surchauffe du compresseur est due au système frigorifique, la seule solution consiste à améliorer la conception et la maintenance de ce système. Le remplacement du compresseur ne résoudra pas définitivement le problème de surchauffe.
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Date de publication : 13 mars 2024