Quelle est la longueur idéale de la tuyauterie d’entrée pour les compresseurs centrifuges ?

Mar 20, 2024

Par Christopher Braman et Tim Allison15 août 2022

La distribution du débit au niveau de la bride d'entrée du compresseur est essentielle à la fois aux performances de la machine et à la mesure précise des conditions d'entrée. Une répartition du débit radialement uniforme est préférable pour minimiser les effets aérodynamiques à l'entrée du compresseur.

Des fluctuations non uniformes de vitesse ou de pression, également appelées distorsions, augmentent les pertes aérodynamiques au niveau du bord d'attaque des pales et peuvent conduire à un fonctionnement instable du compresseur. Heureusement, les fluctuations se corrigent automatiquement, de sorte qu'un débit uniforme peut être obtenu avec une longueur suffisante de tuyau droit.

Cependant, la longueur du tuyau droit dépend de l’ampleur des fluctuations de vitesse et de pression. Pour les compresseurs, une longue longueur de tuyau droit à l'entrée n'est pas toujours possible en raison des contraintes d'espace et de la tuyauterie de traitement qui contient généralement des vannes, des coudes et des extensions de tuyau. La principale préoccupation est d’identifier la longueur de tuyau droit nécessaire pour minimiser les distorsions du débit d’entrée.

Cet article résume les directives pratiques pour les configurations de tuyauterie qui n'affecteront pas négativement les performances du compresseur, tout en reconnaissant que la tuyauterie doit être minimisée pour une conception économique de l'usine. Il présente une approche de base de l'analyse des configurations de tuyauterie.

Comme point de départ, le code de test de performance (PTC) de l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) sur les compresseurs et les échappements peut être utilisé pour déterminer la longueur du tuyau droit en amont de l'entrée du compresseur afin de fournir un débit uniforme pour les mesures de test.

Le PTC [1] nécessite un minimum de trois diamètres de tuyau droit entre un coude et l'entrée du compresseur et des longueurs plus longues jusqu'à 10 diamètres ou plus pour les tuyaux de moins de 24 pouces de diamètre, les entrées axiales ou d'autres perturbations en amont. Une deuxième recommandation, qui fait partie de la pratique d'Elliott Group, est que si la pression de vitesse (pression dynamique, q) entrant dans l'entrée du compresseur est supérieure à un pour cent de la pression statique (p1), un égaliseur de débit doit être utilisé à la sortie du coude. .

Le rapport entre la pression dynamique et la pression statique est calculé à l’aide de l’équation suivante. L’effet de la modification de Z étant faible, il est généralement ignoré.

La vaste expérience d'Elliott en matière de tests en usine confirme que les exigences ASME en ligne droite et la limite du rapport vitesse-pression statique sont adéquates pour les configurations de tuyauterie d'essai. Étant donné que les rapports vitesse-pression statique peuvent être bien inférieurs à 0,01 dans la pratique, les exigences relatives aux tuyaux droits du PTC ont été modifiées, comme indiqué dans le tableau 1.

Tableau 1. Relation entre le rapport vitesse-pression statique et la longueur recommandée de la tuyauterie d'entrée droite

Longueur droite

0,005

En utilisant les valeurs ci-dessus comme référence et en résolvant l'équation q/p1, nous pouvons tracer les diamètres des tuyaux droits en amont du compresseur en fonction de la vitesse d'entrée pour différents poids moléculaires (Figure 1).

Étant donné que la plupart des compresseurs ont une plage de température d'entrée de 0°F à 100°F, la courbe est basée sur 50°F. Dans cette plage, l’erreur intégrée est faible. Toutefois, lorsque la température d'entrée diffère considérablement, la longueur du tuyau droit peut être déterminée à l'aide de la figure 1 en corrigeant la vitesse réelle du débit d'entrée à 50 °F à l'aide de l'équation ci-dessous pour les gaz parfaits.

Le processus détaillé jusqu'à présent fournit des indications sur un point de départ de base pour le nombre de diamètres de tuyaux droits nécessaires en amont de l'entrée d'un compresseur.

Ce nombre de base sera modifié avec des facteurs de correction basés sur les composants immédiatement en amont du compresseur. Tout d’abord, certaines dispositions de tuyauterie et facteurs de correction courants doivent être identifiés.

Pour les compresseurs, il est courant que l'entrée se fasse par un tronçon de tuyau droit en aval d'un coude de tuyau à long rayon. Le coude peut être orienté avec le tuyau entrant dans le coude parallèlement ou perpendiculairement au rotor du compresseur, comme illustré à la Figure 2.

Lorsque la canalisation amont est parallèle au rotor du compresseur, cette disposition est considérée comme la moins perturbatrice du débit d'entrée, et le facteur de correction sera de 1.