Un groupe frigorifique industriel à vis peut fonctionner efficacement à sa charge nominale, mais devenir instable en cas de baisse de production, de variation de la demande en chambres froides ou d'augmentation de la capacité de production. Les symptômes typiques incluent une consommation d'énergie élevée à faible charge, des fluctuations de la pression d'aspiration, des cycles répétés de charge et de décharge du compresseur, un mauvais retour d'huile, une lente remontée en température et une capacité insuffisante lors du dégivrage ou des pics de production.
Avant d'augmenter la capacité du compresseur, comparez les charges frigorifiques minimales et maximales de l'installation avec la plage de fonctionnement du compresseur. La pression d'aspiration, la capacité du compresseur, la position des vannes, la température ambiante, l'état du dégivrage, la consommation électrique et l'état du retour d'huile doivent être analysés sur la même période de fonctionnement. Cela permet de déterminer si la restriction provient de l'étagement du compresseur, des commandes, de la tuyauterie, des évaporateurs, du rejet de chaleur ou d'une capacité frigorifique insuffisante.
MOON-TECH L'ingénierie des systèmes de réfrigération industrielle prend en charge la sélection des compresseurs à vis, le fonctionnement à charge partielle, les commandes, la mise en service et la planification de la modernisation des systèmes de réfrigération.
Pourquoi une charge partielle affecte-t-elle un groupe frigorifique industriel à vis ?
À charge partielle, le système frigorifique nécessite une pression d'aspiration stable, une circulation de fluide frigorigène, un retour d'huile et une température ambiante. Des problèmes surviennent souvent lorsque la capacité du plus petit compresseur contrôlable est supérieure à la demande réelle en réfrigération.
Les configurations de compresseurs à vis MOON-TECH applicables peuvent fournir une plage de régulation de capacité de 10 % à 100 %, mais un étagement correct du compresseur reste nécessaire.
Comment régler l'étagement du compresseur à vis à faible charge ?
Comparez la charge minimale mesurée de l'installation avec la capacité stable minimale de chaque combinaison de compresseurs.
Si le compresseur principal se met en charge et se décharge de façon répétée pendant la nuit ou en cas de baisse de production, ne réduisez pas immédiatement la consigne de pression d'aspiration. Comparez plutôt la consigne de capacité du compresseur, la puissance du moteur, la pression d'aspiration et la charge de production.
Lorsqu'une autre combinaison de compresseurs offre une variation de capacité stable plus faible, modifiez la séquence avance/retard afin que les périodes de faible charge soient gérées par la plus petite combinaison de compresseurs adaptée. Comparez ensuite la stabilité de la pression d'aspiration, la fréquence de cyclage et la consommation électrique avant et après le réglage.
Si le système ne parvient toujours pas à suivre la charge minimale de manière fluide, examinez la capacité minimale du compresseur ou le fonctionnement à fréquence variable avant d'envisager une capacité de compresseur supplémentaire.
Pourquoi la pression d'aspiration devient-elle instable ?
Une variation répétée en dents de scie de la pression d'aspiration signifie généralement que la puissance frigorifique et la charge de l'évaporateur ne correspondent pas harmonieusement.
Si la pression augmente jusqu'à la mise en charge du compresseur, puis chute brutalement jusqu'à sa décharge, réduisez le palier de capacité active ou modifiez la séquence de mise en marche du compresseur. Si la capacité du compresseur reste stable mais que la position de la vanne d'évaporation oscille, vérifiez l'alimentation en réfrigérant et le réglage PID.
Lorsque les fluctuations de pression se produisent principalement pendant le dégivrage, le chargement du produit ou le démarrage du processus, ajustez ces opérations avant de changer le compresseur.
L'objectif n'est pas d'obtenir la pression d'aspiration la plus basse possible. Le point de fonctionnement optimal correspond aux conditions d'évaporation les plus élevées possibles tout en maintenant la température ambiante ou de procédé requise.
Comment améliorer le retour d'huile à faible charge ?
Une faible vitesse du fluide frigorigène peut réduire la stabilité du retour d'huile lors d'un fonctionnement prolongé à charge partielle.
Rapports d'information applicables sur les compresseurs à vis teneur en gazole inférieure à 5 ppm dans des conditions spécifiées, mais les performances sur le terrain dépendent toujours de la tuyauterie, des séparateurs d'huile, des filtres, de la pression de service, du réfrigérant et de la charge du compresseur.
Si le niveau d'huile devient instable, surtout à capacité minimale, comparez-le à la pression d'aspiration et à la charge du compresseur. Inspectez le séparateur d'huile, le filtre à huile, la conduite de retour d'huile et les vannes associées, et vérifiez que la tuyauterie d'aspiration maintient une vitesse de réfrigérant adéquate.
Si le retour d'huile s'améliore lorsque la charge du compresseur augmente, corrigez le fonctionnement à faible débit et les conditions de tuyauterie plutôt que d'ajouter de l'huile à répétition.
Comment régler le dégivrage en cas de charge partielle ?
Le dégivrage réduit temporairement la capacité de l'évaporateur tout en apportant de la chaleur à l'espace réfrigéré. Le dégivrage simultané de plusieurs évaporateurs peut donc engendrer d'importantes perturbations lors des périodes de faible production.
Vérifiez l'heure de début et la durée du dégivrage, l'état des serpentins, le fonctionnement du ventilateur, la température ambiante et le temps de récupération. Si les pièces se réchauffent pendant le dégivrage, échelonnez les cycles afin de réduire le nombre d'évaporateurs indisponibles simultanément.
Les évaporateurs présentant peu de givre doivent également faire l'objet d'un contrôle afin de détecter une fréquence de dégivrage excessive. Le délai de redémarrage du ventilateur doit être vérifié afin d'éviter une prolongation inutile du processus de récupération de la température.
Un bon programme de dégivrage doit suivre les performances réelles de formation et de disparition du givre au lieu d'appliquer un intervalle fixe à chaque évaporateur.
Solutions spécifiques aux problèmes de charge partielle
| Problème réel | Données à vérifier | Correction spécifique |
| La pression d'aspiration monte et descend de façon répétée | Pression d'aspiration et capacité du compresseur | Réduire l'étape de capacité ou modifier la séquence avance/retard |
| Puissance élevée à faible production | Puissance, charge de production, durée de fonctionnement à vide | Réduisez le fonctionnement à vide et revoyez l'objectif d'aspiration |
| Le compresseur démarre trop fréquemment | Nombre de démarrages et charge minimale | Utilisez une marche d'avance stable plus petite |
| Le niveau d'huile devient instable à faible charge. | Niveau d'huile et charge du compresseur | Vérifier le circuit de retour d'huile et la vitesse d'aspiration |
| Les pièces restent chaudes pendant le dégivrage | Programme de dégivrage et température ambiante | Échelonnez le dégivrage et supprimez les cycles inutiles |
| Récupération lente après le démarrage du processus | Durée du processus, pression et position de la vanne | Recalculer la charge de traitement et ajuster la séquence |
| La pièce reste chaude grâce à une pression d'aspiration stable. | État de la bobine, de la vanne et du ventilateur | Vérifier l'alimentation de l'évaporateur, le givre et le débit d'air |
| La pression de condensation augmente après l'expansion | Conditions de condensation et débit d'eau/d'air | Rétablir le transfert de chaleur avant d'ajouter de la capacité |
Le principe clé est simple : ne remplacez pas l'équipement tant que les données d'exploitation n'ont pas identifié le véritable goulot d'étranglement.
Quels éléments doivent être recalculés avant l'agrandissement de l'usine ?
L'ajout d'une nouvelle chambre froide ou d'une ligne de production a des répercussions qui dépassent la simple modification de la capacité frigorifique totale. Il peut également influencer la charge minimale, la charge de pointe simultanée, la perte de charge dans la conduite d'aspiration, le stock de fluide frigorigène, la puissance de la pompe, la consommation électrique et la charge du condenseur.
La nouvelle puissance frigorifique doit être calculée à partir du débit, des températures d'entrée et de sortie, du programme de production, des heures de fonctionnement, des périodes de refroidissement, du dégivrage et de la demande simultanée des équipements.
Pour les projets d'entrepôts frigorifiques, effectuez un calcul de charge avant l'agrandissement au lieu de simplement ajouter un pourcentage à la capacité de conception initiale.
La nouvelle charge doit ensuite être intégrée au profil de fonctionnement horaire existant. Une ligne de production atteignant sa charge maximale lors de la descente en température d'une chambre froide ou d'un dégivrage simultané peut générer un pic de charge bien supérieur à la charge moyenne de l'installation. Inversement, un nouveau procédé fonctionnant pendant une période de faible charge existante peut nécessiter une capacité de compression supplémentaire moindre.
Le compresseur à vis industriel existant peut-il supporter la nouvelle charge ?
Ne déterminez pas la capacité d'expansion en comparant uniquement la puissance ou le déplacement du compresseur installé.
Les informations disponibles sur les compresseurs à vis MOON-TECH couvrent des plages de cylindrée allant d'environ 285 à 14 000 m³/h selon les différents modèles.
Commencez par recalculer les nouvelles charges frigorifiques maximales et minimales. L'étagement du compresseur doit couvrir cette plage plus étendue sans décharge excessive, sans cycles intempestifs ni pression d'aspiration instable.
Vérifiez ensuite la pression d'aspiration au niveau de l'évaporateur le plus sollicité, l'alimentation en liquide, la capacité de la vanne, la hauteur manométrique de la pompe, la capacité du réservoir, le stock de réfrigérant et le retour d'huile au débit minimal.
Enfin, vérifiez la capacité du condenseur ou du refroidisseur de gaz et le système électrique, y compris le courant du moteur, l'appareillage de commutation, la capacité du transformateur, les câbles et la séquence de démarrage du compresseur.
Si le condenseur devient le facteur limitant, un compresseur plus gros ne résoudra pas le problème. Si la conduite d'aspiration est sous-dimensionnée, une capacité de compresseur supplémentaire risque d'accroître les pertes de charge.
Comment faut-il vérifier la tuyauterie d'aspiration après expansion ?
L'ajout d'une nouvelle pièce ou d'une nouvelle ligne de traitement peut augmenter à la fois la longueur de la tuyauterie et le débit de réfrigérant à travers le collecteur d'aspiration existant.
Il convient donc de vérifier la perte de charge de la nouvelle branche et du collecteur existant sous le débit combiné. La perte de charge dans la conduite de liquide, la capacité des vannes et le retour d'huile doivent également rester acceptables dans les conditions de fonctionnement minimales et maximales.
Si une perte de pression excessive est constatée, la correction pratique peut consister en un diamètre de tuyau plus grand, un tracé plus court, un raccordement de branche différent, le remplacement d'une vanne sous-dimensionnée ou la séparation d'une branche à charge élevée du collecteur existant.
L'augmentation de la capacité du compresseur ne corrige pas un problème de dimensionnement de la conduite d'aspiration.
Que faire si la pression de condensation augmente après la détente ?
L'agrandissement de l'usine augmente la charge de rejet de chaleur et peut exposer un condenseur existant déjà proche de sa limite de fonctionnement.
Examiner la pression de condensation ainsi que les températures de l'eau de refroidissement, le débit d'air, l'état du ventilateur, le fonctionnement de la pompe, la position de la vanne et l'état de la surface d'échange thermique.
En cas d'augmentation de la pression de condensation, commencez par nettoyer la surface d'échange thermique si nécessaire et rétablissez le débit d'eau de refroidissement ou d'air prévu. Vérifiez ensuite le bon fonctionnement de la pompe, du ventilateur et de la vanne de régulation.
Après ces corrections, répétez le test de charge maximale. Ce n'est que si la pression de condensation approche toujours la limite de fonctionnement qu'il convient d'envisager une capacité supplémentaire de condenseur ou de refroidisseur de gaz.
Comment régler le contrôle PID et le régulateur de compresseur ?
Les réglages PID doivent être modifiés en fonction des tendances de fonctionnement plutôt que par tâtonnement.
Vérifiez d'abord que les capteurs de pression et de température sont précis et que les vannes de régulation réagissent correctement.
Si la pression d'aspiration dépasse la valeur attendue après chaque modification de la capacité du compresseur, ralentissez la réponse de la capacité ou réduisez l'échelon de capacité actif. Si les vannes de l'évaporateur sont complètement ouvertes mais que la pression d'aspiration remonte lentement, vérifiez la puissance frigorifique et les performances de l'évaporateur plutôt que d'augmenter simplement le gain du régulateur PID.
Si plusieurs opérations de production démarrent simultanément, le séquençage de ces charges peut s'avérer plus efficace que de forcer le contrôleur du compresseur à absorber la totalité de la perturbation.
Les fonctions de contrôle MOON-TECH applicables comprennent la collecte de données de fonctionnement, les alarmes historiques et la communication Modbus RTU/RS485, qui peuvent prendre en charge les comparaisons de fonctionnement avant et après.
Quels sont les points à corriger avant d'acheter un compresseur plus puissant ?
Un compresseur plus puissant devrait normalement être la dernière solution.
Vérifiez d'abord la précision du capteur et le fonctionnement de la vanne. Contrôlez ensuite l'alimentation de l'évaporateur, le givre, le débit d'air et les surfaces d'échange thermique. Le calage du dégivrage et l'étagement du compresseur doivent être ajustés afin d'éviter les variations de pression et les cycles intempestifs en fonctionnement à faible charge.
Si les problèmes persistent, vérifiez les valeurs cibles de pression d'aspiration, les circuits de retour d'huile, les pertes de charge dans les canalisations et le dimensionnement des conduites. Il convient également de contrôler les performances du condenseur, la capacité du ventilateur ou de la pompe, le courant du moteur, l'appareillage de commutation et la capacité du transformateur.
Ce n'est que lorsque le système corrigé ne parvient toujours pas à satisfaire la charge frigorifique mesurée et calculée qu'il convient de sélectionner une capacité de compresseur supplémentaire.
Comment la conception technique et les solutions de chaîne du froid peuvent-elles soutenir l'expansion d'une usine ?
Pour un projet d'agrandissement d'entrepôt frigorifique ou d'usine, les solutions spécifiques de MOON-TECH sont à considérer. Conception technique et solutions de chaîne du froid peut prendre en charge l'évaluation des besoins en réfrigération, l'agencement des équipements, la modification de la tuyauterie, l'analyse des flux d'air dans les chambres froides et la mise en œuvre du projet.
La solution permet de combiner la demande existante en chambres froides avec les nouvelles charges de processus, les périodes de refroidissement, les programmes de dégivrage et les conditions de pointe simultanées, au lieu de sélectionner l'équipement uniquement en fonction de sa capacité nominale.
Lorsque l'agrandissement modifie la tuyauterie ou l'agencement de la salle des machines, les travaux d'ingénierie peuvent examiner l'emplacement des équipements, la tuyauterie de réfrigérant, les pertes de pression, l'accès pour la maintenance et la connexion entre les systèmes existants et les nouveaux systèmes.
Pour les chambres froides neuves ou modifiées, la simulation CFD permet également d'évaluer la distribution des flux d'air et des températures. Ceci est particulièrement utile lorsque les variations de température sont dues à une mauvaise répartition de l'air plutôt qu'à une capacité insuffisante du compresseur.
Lorsque le projet nécessite la coordination des équipements de réfrigération, de la tuyauterie, de l'isolation, des travaux électriques et de la construction, Engineering Design & Cold Chain Solutions peut également prendre en charge l'ingénierie et le périmètre EPC nécessaires à la mise en œuvre de la modification.
Service de réfrigération industrielle MOON-TECH
Les compresseurs à vis compatibles peuvent être configurés pour utiliser des fluides frigorigènes tels que le R717, le R507A et le R404A, lorsque cela est autorisé et approprié. Le choix du fluide frigorigène doit tenir compte de la température d'évaporation, des conditions de condensation, des matériaux, de l'huile, des vannes, des exigences locales et des plans de cycle de vie.
Service de cycle de vie des systèmes de réfrigération industrielle peut prendre en charge les contrôles des capteurs, l'examen des alarmes, l'inspection du système d'huile, le nettoyage des échangeurs de chaleur et la planification des pièces de rechange.
Consultation complète sur les processus de réfrigération peut faciliter l'examen technique précoce, tandis que livraison de projets de réfrigération de chaîne complète peut coordonner la fabrication, l'installation, la mise en service et l'exploitation ultérieure.
Conclusion
De mauvaises performances à charge partielle ne doivent pas automatiquement entraîner l'installation d'un compresseur plus gros.
Il faut d'abord déterminer si le problème provient de la mise en étage du compresseur, du contrôle de la pression d'aspiration, de l'alimentation de l'évaporateur, du calage du dégivrage, du retour d'huile, de la perte de pression dans la tuyauterie ou du rejet de chaleur.
Pour l'agrandissement d'une usine, calculez les nouvelles charges frigorifiques minimales et maximales et comparez-les au profil de fonctionnement existant. Vérifiez ensuite l'étagement des compresseurs, la tuyauterie, l'alimentation en liquide, le retour d'huile, la capacité du condenseur et les limites électriques.
FAQ (questions fréquentes)
Pourquoi un groupe frigorifique industriel à vis consomme-t-il plus d'énergie à charge partielle ?
La capacité minimale contrôlable peut dépasser la demande réelle de réfrigération, ce qui peut entraîner un fonctionnement à vide, des cycles ou une pression d'aspiration inutilement basse.
Que faut-il modifier en premier si la pression d'aspiration fluctue à faible charge ?
Comparez la pression d'aspiration à la capacité du compresseur et à la position de la vanne d'évaporation. Si la variation est liée au chargement et au déchargement du compresseur, réduisez le palier de capacité active ou modifiez la séquence de fonctionnement des compresseurs.
Un compresseur à vis existant peut-il supporter l'expansion de l'usine ?
Ce n’est qu’après avoir vérifié les nouvelles charges minimales et maximales, la perte de pression d’aspiration, l’alimentation en liquide, le retour d’huile, la capacité du condenseur, la capacité électrique et l’étagement du compresseur.
Que faire si des pièces froides se réchauffent pendant le dégivrage ?
Échelonner le dégivrage de l'évaporateur et comparer l'état du serpentin, la température ambiante et le temps de récupération avant et après la modification de la programmation.
