Soupapes de décharge de compresseur

Soupapes de décharge pour compresseur d'air

Figure 1 : Soupape de décharge du compresseur d'air

Figure 1 : Soupape de décharge pour compresseur d'air

Une vanne de décharge de compresseur d'air est un dispositif utilisé par les compresseurs d'air pour libérer l'air emprisonné dans la chambre de compression et la conduite de décharge du réservoir lorsque le moteur s'arrête. Cela permet au moteur de démarrer plus facilement. En général, il existe deux types de vannes de décharge de compresseur d'air, électrique et mécanique. La figure 1 montre un exemple de soupape de décharge d'un compresseur d'air électrique.

L'extraction de l'air par la soupape de décharge est indispensable pour que le moteur du compresseur puisse redémarrer sans effort. Sinon, la charge générée par l'air dans la chambre de compression et la conduite de décharge du réservoir crée un couple initial élevé que le moteur peut avoir du mal à surmonter.

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Table des matières

Que fait une soupape de décharge pour compresseur d'air ?

La fonction d'une soupape de décharge de compresseur d'air est de libérer l'air restant de la chambre de compression et des conduites correspondantes lorsque le moteur s'arrête. Le fonctionnement d'un compresseur d'air est expliqué à partir du schéma de la figure 2 pour comprendre le fonctionnement de cette vanne.

Figure 2 : Composants du compresseur d'air, clapet anti-retour (A), pressostat (B), manomètre (C), conduite de refoulement du réservoir (D), soupape de sécurité (E), soupape de décharge (F).

Figure 2 : Composants du compresseur d'air, clapet anti-retour (A), pressostat (B), manomètre (C), conduite de refoulement du réservoir (D), soupape de sécurité (E), soupape de décharge (F).

Avant que l'air comprimé n'atteigne le réservoir, il passe par un pressostat (B) qui évalue la pression entre les limites maximale et minimale établies. Pendant que le compresseur fonctionne, le réservoir accumule l'air comprimé jusqu'à ce que la pression atteigne son maximum prédéfini. Lorsqu'elle atteint sa valeur maximale prédéfinie, la pression exerce une force sur un piston interne du pressostat, le faisant remonter, séparant ses contacts et coupant le moteur. L'air contenu dans la chambre du compresseur et dans la conduite de décharge du réservoir (D) est immédiatement libéré dans l'atmosphère par la vanne de décharge (F). Cette action provoque la fermeture du clapet anti-retour (A) et empêche l'air contenu dans le réservoir de s'échapper. Lorsque la pression du réservoir atteint son minimum, les contacts du pressostat (B) se remettent en place, et le moteur redémarre.

L'extraction de l'air par la soupape de décharge est indispensable pour que le moteur du compresseur puisse redémarrer sans effort. Sinon, la charge générée par l'air dans la chambre de compression et la conduite de décharge du réservoir crée un couple initial élevé que le moteur peut avoir du mal à surmonter.

Types de soupapes de décharge pour compresseurs d'air

Bien que le type de soupape de décharge du compresseur d'air varie en fonction du type de compresseur et du fabricant, il existe deux types principaux, mécanique et électrique :

Vannes de déchargement mécaniques

Ce type de soupape de décharge fonctionne en fonction de la pression différentielle. Il s'ouvre lorsque la pression atteint une valeur prédéterminée. La figure 3 montre le schéma d'une vanne de décharge d'un compresseur d'air mécanique.

La figure 3 étape A montre que l'air provenant du compresseur entre dans la soupape de décharge mécanique par l'entrée (1), traverse la chambre de la soupape de décharge (2) jusqu'à la soupape de non-retour (3). La force exercée par l'air pousse le clapet anti-retour, permettant à l'air comprimé d'aller vers le réservoir de stockage par la sortie (4) et également vers la chambre à membrane (5) par le passage (6). Au fur et à mesure que le réservoir se remplit d'air comprimé, la pression augmente jusqu'à atteindre sa limite maximale.

A l'étape B, le diaphragme (7) se soulève et permet à l'air de passer dans la chambre supérieure (8) du piston (9). L'air qui entre dans cette chambre pousse le piston vers le bas, ce qui permet à l'air emprisonné dans la chambre de la soupape de décharge d'être évacué dans l'atmosphère par la sortie (10). En raison de la chute de pression, le clapet anti-retour se ferme automatiquement.

La figure 3 étape C montre que lorsque le clapet anti-retour se ferme, l'air qui se dirige vers le diaphragme supérieur de la valve diminue, la force de poussée est faible, et le diaphragme se referme. Il fait en sorte que l'air emprisonné sur le piston principal soit libéré par l'échappement du régulateur (11) au sommet de la soupape de décharge du compresseur d'air (12).

Figure 3 : Schéma de la vanne de décharge d'un compresseur d'air mécanique

Figure 3 : Schéma de la valve de décharge d'un compresseur d'air mécanique

Soupapes de décharge électrique

Une électrovanne est un dispositif à commande électrique qui contrôle la quantité d'air qui passe dans une ligne. Il coupe, libère ou dose le débit en fonction des besoins du système. Les compresseurs plus lourds (à partir de 5 kW) fonctionnent souvent avec un système étoile-triangle pour réduire le courant de démarrage du moteur (par rapport à un démarrage direct). Ce moteur démarre avec la connexion en étoile, puis il passe d'un circuit en étoile à un circuit en triangle. Lors du démarrage, l'air du compresseur est déchargé, au cours des premiers cycles, vers une sortie libre (plutôt que vers le réservoir) afin de réduire le couple requis du moteur. Pour cela, une électrovanne est utilisée comme vanne de décharge.

Il existe trois types d'électrovannes : à action directe, à action semi-directe et à action indirecte (pilotée). La fonction de la vanne à action directe dépend uniquement d'un champ électromagnétique créé dans la bobine du solénoïde pour fermer ou ouvrir la vanne, et la vanne indirecte dépend du différentiel de pression du système. La vanne à action semi-directe combine les fonctions d'une vanne directe et indirecte. En outre, la fonction du circuit d'une électrovanne détermine les orifices (2, 3, 4 voies) et la position de la vanne lorsqu'elle est hors tension (ouverte ou fermée). Pour plus d'informations, lisez notre article technique sur les électrovannes.

La vanne pilotée à 2/2 voies est le type d'électrovanne le plus couramment utilisé pour une vanne de décharge électrique pour les compresseurs d'air. L'une des raisons est que ce type de soupape est adapté aux débits plus importants des compresseurs d'air lourds par rapport aux soupapes à action directe. C'est aussi le type de vanne qui consomme le moins d'énergie. Ce type de vanne est également connu sous le nom d'électrovanne servo-assistée. Sa fonction dépend du comportement de la bobine du solénoïde et du différentiel de pression du système (au moins 0,5 bar est nécessaire pour le fonctionnement). En général, la vanne comporte deux raccords, l'un pour l'entrée et l'autre pour la sortie d'air, comme le montre la figure 4.

Figure 4 : Schéma d'une vanne de décharge de compresseur d'air, type électrique (vanne indirecte)

Figure 4 : Schéma d'une vanne de décharge de compresseur d'air, type électrique (vanne indirecte)

Pièces de la valve de décharge du compresseur d'air

  • Bobine (A) : Une bobine cylindrique et creuse faite de fil de cuivre émaillé. Grâce à l'induction, cette bobine stocke l'énergie dans un champ magnétique.
  • Armature (B) : Le cylindre métallique sur lequel la bobine est enroulée
  • Ressort et piston (C) : Lorsqu'il n'y a pas de champ magnétique dans la bobine, le ressort maintient le plongeur dans une position spécifique, c'est-à-dire normalement ouverte ou normalement fermée. Le ressort cède à la force appliquée au plongeur par un champ magnétique.
  • Membrane (D) : Membrane de fermeture qui arrête ou permet l'évacuation de l'air vers l'atmosphère.
  • Orifice d'entrée (E) : L'air entre dans l'électrovanne par cet orifice.
  • Orifice de sortie (F) : Cet orifice libère l'air dans l'atmosphère.

Dans une électrovanne indirecte, l'air entre et sort de la connexion d'entrée (E) dans la zone au-dessus de la membrane par un orifice de contrôle. De là, l'air va vers l'orifice pilote de l'électrovanne qui est initialement fermé, comme dans la figure 5 (côté gauche).

Figure 5 : Schéma d'une vanne indirecte normalement fermée : hors tension (gauche) et sous tension (droite)

Figure 5 : Schéma d'une vanne indirecte normalement fermée : hors tension (à gauche) et sous tension (à droite)

Lorsque le réservoir atteint sa pression maximale, la bobine du solénoïde est mise sous tension, et le plongeur de l'électrovanne se déplace vers le haut, ouvrant l'orifice pilote. Avec cette ligne ouverte, la pression de l'air logé dans la zone au-dessus de la membrane commence à diminuer jusqu'à ce que sa valeur soit inférieure à la pression exercée par l'air au-dessus de la membrane. Une fois que cette membrane se déplace vers le haut, l'air d'entrée passe à la sortie comme le montre la figure 5 à droite. Lorsque la pression du réservoir atteint sa limite de pression minimale, le courant électrique vers la bobine du solénoïde s'arrête et l'orifice du pilote se ferme immédiatement. La pression d'air dans la chambre supérieure de la membrane est rétablie, et la membrane redescend dans sa position initiale, empêchant le passage de l'air de l'entrée vers la sortie.

Une vanne indirecte normalement fermée est la vanne la plus couramment utilisée ; elle est alimentée (ouverte) pendant le circuit en étoile et fermée pendant le raccordement du circuit en triangle. Cependant, il existe des compresseurs d'air avec le circuit étoile-triangle qui utilisent également une vanne normalement ouverte. Dans ce cas, la pression du réservoir atteint sa limite maximale, le pressostat sépare ses contacts, le moteur s'arrête et l'électrovanne s'ouvre (hors tension) pour évacuer l'air dans l'atmosphère. Lorsque la pression du réservoir atteint la limite de pression minimale, les contacts du pressostat se connectent, le moteur démarre et l'électrovanne se ferme (sous tension) après le passage de la connexion en étoile à la connexion en triangle, comme dans la figure 6.

Figure 6 : schéma d'une vanne indirecte normalement ouverte : hors tension (à gauche) et sous tension (à droite).

Figure 6 : Schéma d'une vanne indirecte normalement ouverte : hors tension (à gauche) et sous tension (à droite).

Vannes de décharge mécaniques et électrovannes

Mécanique Électricité
Réglage Peut être réglé manuellement Réglé au niveau du pressostat ou de la minuterie
Minuterie Ne peut pas être utilisé avec une minuterie Peut fonctionner avec une minuterie
Position Peut être installé dans n'importe quelle position Doit être installé verticalement ou avec une déflexion maximale de 90°
Obstructions Insensible à la saleté Plus sensible à la saleté qu'une valve mécanique
Application Une vanne de décharge mécanique est généralement utilisée pour les petits compresseurs (moins de 5 kW) Dans les compresseurs plus lourds (moteur triphasé), la vanne de décharge utilisée est généralement une électrovanne indirecte.

Critères de sélection d'une vanne de décharge électrique

Outre le fait que la vanne doit pouvoir fonctionner avec de l'air, il faut tenir compte des éléments suivants lors du choix d'une électrovanne destinée à être utilisée comme vanne de décharge de compresseur d'air :

  • Capacité (valeur Kv) : La valeur Kv détermine le débit d'air à travers l'électrovanne. Connaître la valeur Kv requise vous permet de choisir la vanne adéquate avec la capacité requise. Calculez les valeurs Kv ou Cv avec notre calculateur de dimensionnement des vannes.
  • Pression de fonctionnement maximale de 16 bars. L'électrovanne doit être capable de supporter la pression de service maximale du compresseur.
  • Contrôle électrique : Déterminez la tension de la vanne disponible sur le site d'installation. Vérifiez si le système est alimenté pendant la période d'évacuation de l'air ou s'il utilise une minuterie intégrée à la vanne pour régler le temps d'ouverture. En outre, vérifiez si le système nécessite une vanne normalement ouverte ou normalement fermée.
  • Type et taille de la connexion : Assurez-vous que les filetages du tuyau correspondent au type et à la taille du filetage de l'entrée du solénoïde. Si la taille de connexion requise pour l'électrovanne n'est pas disponible, un raccord peut être utilisé.
  • Matériau de l'électrovanne : Pour le corps de la vanne, un bon choix pour un système d'air comprimé est l'utilisation de laiton comme matériau de logement et d'un joint FKM (Viton) car ils ont une bonne résistance à la chaleur et aux produits chimiques.
  • Classification IP : Les électrovannes utilisées dans les systèmes de compresseurs d'air doivent avoir un indice IP65 pour garantir une étanchéité efficace contre les agents extérieurs.

Installation d'une vanne de décharge électrique

Lors du remplacement ou de l'installation d'une électrovanne de décharge de compresseur d'air électrique, suivez les étapes ci-dessous :

  1. Arrêtez le compresseur, attendez que le système refroidisse et confirmez que le circuit n'est pas sous pression.
  2. Pour retirer une électrovanne endommagée, retirez la bobine, puis le corps de la vanne. Lors du débranchement de la vanne endommagée, veillez à utiliser un outil approprié pour maintenir la tuyauterie du système.
  3. Effectuez une inspection interne des lignes qui se connectent à l'électrovanne pour vérifier que des particules de saleté ne s'y trouvent pas.
  4. Pour commencer l'installation de l'électrovanne, assurez-vous qu'elle est positionnée correctement en fonction de la direction du flux d'air. Les électrovannes indiquent généralement le sens du flux d'air par une flèche.
  5. Si la nouvelle vanne comporte des bouchons pour les raccords d'entrée et de sortie, il est conseillé de les retirer juste avant l'installation pour éviter que des agents extérieurs ne pénètrent dans la vanne.
  6. Installez d'abord le corps de la valve. Utilisez un outil approprié pour serrer l'électrovanne et un autre pour maintenir la tuyauterie du système. Ne serrez jamais la valve en vous appuyant sur la bobine, car cela pourrait causer des dommages internes.
  7. Positionnez le corps de la vanne avec la bobine vers le haut ou avec une déflexion maximale de 90 degrés pour minimiser le risque d'accumulation d'agents externes dans le plongeur de l'électrovanne.
  8. Installez la bobine. Placez-la sur le corps de la valve, avec son joint et son écrou par-dessus, et serrez-la. La valeur indicative du couple est de 5 Nm, mais le manuel de l'électrovanne doit indiquer les spécifications de serrage.
  9. Procédez à la connexion électrique de la bobine. Parmi les trois broches, celle du centre est reliée à la terre. Les deux broches restantes sont des bornes de bobine utilisées selon les besoins (pour l'alimentation de la phase ou du neutre). N'utilisez jamais la tuyauterie du système comme connexion à la terre. Ne connectez la bobine à l'alimentation électrique que lorsque vous avez terminé son installation, sinon la bobine risque de brûler.
  10. Testez l'électrovanne pour vérifier les performances du système.

Résoudre les problèmes courants

Un dysfonctionnement de la soupape de décharge d'un compresseur d'air peut provoquer des fuites si elle ne se ferme pas correctement, et même le moteur du compresseur pourrait ne pas démarrer si la soupape ne s'ouvre pas correctement. Les causes et les solutions de ces problèmes courants sont les suivantes :

  • Saleté dans la valve : Parfois, des agents externes (poussière, téflon, etc.) contaminent l'intérieur des électrovannes et provoquent un dysfonctionnement du dispositif. Pour confirmer que c'est la cause du problème, démontez la vanne, inspectez l'état interne, effectuez un nettoyage approprié (si nécessaire), réinstallez l'électrovanne et testez-la pour vérifier ses performances. Il est également recommandé de vérifier les conduites en amont de la soupape de décharge du compresseur d'air. La saleté pourrait provenir d'un autre point du système et le nettoyage interne de la valve pourrait être une solution momentanée, mais le problème se reproduirait.
  • Composants internes endommagés : Lors de l'inspection interne d'une électrovanne, toute pièce (membrane, joints d'étanchéité ou joints toriques) trouvée endommagée doit être remplacée.
  • Problèmes électriques : Confirmez que la tension et la fréquence sont correctes. Vérifiez l'état de la bobine et mesurez sa résistance, si elle tend vers zéro, cette bobine est brûlée et doit être remplacée. Pour plus d'informations, lisez notre article technique sur le remplacement de la bobine d'une électrovanne.
  • Position de la vanne : Assurez-vous que la valve est installée dans la bonne orientation par rapport au flux d'air, en regardant l'indication de la flèche sur le boîtier de la valve.

FAQ

A quoi sert la valve de décharge d'un compresseur d'air ?

Ce dispositif est utilisé par les compresseurs d'air pour libérer dans l'atmosphère l'air emprisonné dans la chambre de compression lorsque la pression du réservoir atteint sa valeur maximale prédéfinie.

Un compresseur d'air a-t-il besoin d'une soupape de décharge ?

Oui, un compresseur d'air a besoin d'une valve de décharge. L'extraction de l'air par la soupape de décharge est indispensable pour que le moteur du compresseur puisse redémarrer sans effort.