Principe de fonctionnement important du compresseur à vis

Les composants principaux d'un compresseur à vis sont constitués d'une paire de rotors hélicoïdaux mâle et femelle imbriqués dans un cylindre. Les deux rotors présentent plusieurs rainures concaves et tournent à grande vitesse en sens opposés pendant le fonctionnement. Le jeu entre les rotors et entre les rotors et la paroi intérieure du boîtier est de seulement 5 à 10 millièmes de pouce (0,05 à 0,10 millimètre), assurant l'étanchéité du processus de compression du gaz.

En ce qui concerne le système d'entraînement, le rotor principal (également appelé rotor mâle ou convexe) est généralement entraîné par un moteur électrique (bien que des configurations à moteur thermique existent dans certaines applications). La transmission de puissance au rotor secondaire (également appelé rotor femelle ou concave) s'effectue principalement selon deux méthodes : un entraînement souple via un film d'huile formé par l'injection d'huile, ou une transmission rigide par engrenages synchrones situés aux extrémités des deux rotors. Les deux méthodes d'entraînement garantissent qu'il n'y a pas de contact métal-métal direct pendant le fonctionnement des rotors (en théorie), réduisant ainsi efficacement l'usure et améliorant la stabilité de fonctionnement.

Le volume débité (débit) et la pression de refoulement du compresseur sont principalement déterminés par les paramètres structurels des rotors : des rotors plus longs améliorent la capacité de création de pression durant la course de compression, ce qui se traduit par une pression de refoulement plus élevée ; des diamètres de rotor plus importants augmentent le volume de gaz par cycle d'admission, conduisant à un débit de refoulement plus élevé.

Le cycle de fonctionnement suit la séquence « admission – compression – refoulement », détaillée comme suit : Lorsque la cavité dentaire du rotor à vis tourne jusqu'à la position du port d'admission, son volume s'élargit progressivement. Le gaz ambiant est aspiré par la différence de pression et remplit la cavité. Au fur et à mesure que le rotor continue de tourner, la cavité remplie de gaz est scellée par la paroi du carter, formant ainsi une chambre de compression indépendante. À ce stade, de l'huile lubrifiante est injectée dans la chambre sous haute pression, assurant simultanément trois fonctions : étanchéité, refroidissement et lubrification. La rotation continue du rotor fait diminuer régulièrement le volume de la chambre de compression, comprimant graduellement une mixture huile-gaz (un mélange d'huile lubrifiante et de gaz) à l'intérieur de la chambre, entraînant une augmentation constante de la pression. Lorsque la chambre de compression tourne pour s'aligner avec le port de refoulement, le mélange huile-gaz à haute pression est expulsé du compresseur sous pression, achevant ainsi un cycle complet de fonctionnement.

Le fonctionnement stable des rotors est assuré par un système de roulements à friction réduite : les roulements sont fixés et positionnés à l'aide de capots d'extrémité près des extrémités de l'arbre. L'extrémité d'admission utilise généralement des roulements à rouleaux, supportant principalement les charges radiales ; l'extrémité de refoulement comporte une paire de roulements coniques opposés. Ces roulements remplissent une double fonction : ils agissent comme butées afin de contrer la poussée axiale générée par le fonctionnement des rotors, tout en supportant également les charges radiales. Simultanément, ils assurent le jeu axial minimal nécessaire au déplacement des rotors, garantissant un fonctionnement précis dans les limites spécifiées.

Notamment, lorsque le rotor tourne en continu, chaque paire de rainures dentées en prise répète successivement le processus « admission — compression — échappement ». Les cycles de travail de plusieurs rainures s'enchaînent et alternent continuellement, permettant ainsi au compresseur de délivrer un débit de gaz constant et stable.