Pierres angulaires de la compression : le compresseur à labyrinthe Burckhardt

Par Norm Shade30 mai 2023

La technologie unique des compresseurs à piston a été introduite pour la première fois par Sulzer en 1935

La croissance du marché du gaz naturel liquéfié (GNL) a entraîné une application accrue des compresseurs à labyrinthe dans les installations fixes et marines. Les compresseurs à labyrinthe à pistons verticaux en ligne utilisent une technologie unique entre le piston et la paroi du cylindre et entre la tige de piston et le presse-étoupe de la tige de piston. L'effet d'étanchéité labyrinthe est créé par de nombreux petits points d'étranglement qui résistent aux fuites de la haute pression à la basse pression. A chaque point d'étranglement, l'énergie de pression est transformée en énergie cinétique en raison de la restriction de débit. Le processus se poursuit à chaque combinaison de point d'étranglement et de chambre de volume le long de la paroi du piston et le long du presse-étoupe de la tige de piston jusqu'à ce que la réduction de pression requise soit atteinte. Un petit volume de dégagement est maintenu entre les surfaces adjacentes et la quantité limitée de gaz traversant le système d'étanchéité est récupérée à l'intérieur. Cette étanchéité sans contact du piston et de la tige de piston est réalisée sans nécessiter de lubrification et sans contact physique qui entraînerait un frottement mécanique ou une usure des éléments d'étanchéité dans la zone du cylindre du compresseur. Cela offre des avantages pour une compression sans contamination des gaz purs, et les compresseurs à labyrinthe ont généralement affiché un temps plus long entre les révisions que les autres types de compresseurs alternatifs.

Cependant, les compresseurs à labyrinthe ne sont pas nouveaux. La plupart sont produits par Burckhardt Compression aujourd'hui, mais ils ont en fait été introduits pour la première fois par Sulzer pour la compression d'ammoniac dans une brasserie de Zurich, en Suisse, en 1935. Après plusieurs années de coopération, Sulzer a acquis Burckhardt Engineering Works en 1969. Quelques années plus tard, l'entreprise a été rebaptisée Sulzer-Burckhardt AG. Avant cette époque, Sulzer et Burkhardt avaient tous deux un long héritage industriel, Sulzer notamment dans les moteurs à vapeur et les moteurs diesel, et Burkhardt dans les compresseurs alternatifs.

Sulzer a été fondé en 1834 par Johann Jakob Sulzer-Neuffert à Winterthur, en Suisse. Avec ses deux fils, Johann et Salomon, l'entreprise se lance dans la production de fonte. En 1841, les frères Sulzer produisent leur première machine à vapeur. Rejoint en 1851 par l'ingénieur de conception anglais Charles Brown, Sulzer a développé de nouveaux moteurs à vapeur révolutionnaires pendant des décennies. En 1898, elle entame une coopération avec Rudolph Diesel, menant au développement du premier moteur diesel Sulzer. Dès 1880, Sulzer a également commencé à construire des machines de réfrigération, une entreprise qui a ensuite conduit au développement du compresseur à labyrinthe pour la compression d'ammoniac sans huile utilisée dans les cycles de réfrigération.

Franz Burckhardt a fondé son entreprise en 1844 à Bâle, en Suisse, en fabriquant des machines pour l'industrie textile. En 1856, la société a commencé à produire des moteurs à vapeur et, en 1883, elle avait développé et vendu son premier compresseur à piston, une machine à un étage fonctionnant à sec qui produisait une pression de 87 psig (6 bar). Continuant sous le fils de Franz, August, la société Burckhardt a commencé à développer des compresseurs haute pression. En 1913, elle a livré un compresseur de synthèse d'ammoniac de 4350 psig (300 bar) à BASF en Allemagne, un client qui avait acheté l'un des premiers compresseurs de Burckhardt en 1885. Dans les années 1920, l'entreprise a commencé à développer des compresseurs pour 12 327 psig (850 bar) puis 14 500 psig (1000 bar) procédés de synthèse d'ammoniac. En 1948, la technologie haute pression de Burkhardt avait progressé vers la production d'un compresseur spécial de 58 000 psig (4 000 bars) pour une usine pilote aux États-Unis et en 1951, elle produisait onze hypercompresseurs de 21 750 psig (1 500 bars) pour la production de polyéthylène (LDPE).

À partir de 2000, Sulzer a commencé à céder plusieurs de ses divisions pour recentrer ses activités. Cela a été achevé en 2002, lorsque Sulzer-Burckhardt a été vendu à son équipe de direction, devenant Burckhardt Compression. En 2006, Burckhardt Compression est devenue une société cotée en bourse et figurait parmi les leaders mondiaux dans une large gamme de technologies de compresseurs alternatifs.

Conçus à l'origine en 1935 pour la compression sûre de l'ammoniac, les améliorations continues et les développements ultérieurs de Burckhardt ont abouti à l'utilisation de compresseurs à labyrinthe dans des milliers d'installations pour de nombreuses applications traitant des gaz complexes. Ils sont utilisés depuis des décennies pour la manipulation de gaz d'évaporation dans les terminaux de réception et d'exportation de GNL et d'autres applications cryogéniques. Quelques autres exemples spécifiques d'applications de compresseurs à labyrinthe comprennent la compression de l'oxygène pour la production d'acier, le monoxyde de carbone pour la production d'acide acétique et le polypropylène. Beaucoup d'autres incluent la compression de gaz secs; gaz humides (humides); gaz sales, poussiéreux, contaminés dans les services d'encrassement, gaz propres où aucune contamination n'est autorisée, et gaz réactifs, explosifs, corrosifs ou toxiques.

Le fonctionnement sans contact du piston mobile et de la tige de piston nécessite des roulements de guidage lubrifiés avec précision qui empêchent les composants mobiles linéaires d'entrer en contact avec l'alésage du cylindre du compresseur stationnaire et le presse-étoupe de la tige de piston. La configuration de jet vertical, les pièces à distance extra-longue et les racleurs d'huile sur le palier de guidage empêchent l'huile de pénétrer dans la section de gaz de procédé du compresseur. La gamme de compresseurs à labyrinthe de Burckhardt a évolué vers une large gamme de produits impliquant deux modèles capables de comprimer des gaz jusqu'à 2200 psig (152 bar). Le type K est une conception étanche aux gaz avec deux à quatre jets avec des compresseurs allant de 3,5 po (90 mm) de course à 1000 tr/min à 6,5 po (165 mm) de course à 750 tr/min et des puissances nominales de 154 ch (115 kW) à 2226 ch (1660 kW) ou plus. La conception de type D a deux à six jets avec des compresseurs allant de 5,5 pouces (140 mm) de course à 1000 tr/min à 14,8 pouces (375 mm) de course à 380 tr/min et des puissances nominales de 233 ch (174 kW) à 5460 ch (4000 kW) ou plus. Des pressions encore plus élevées sont possibles avec des dispositifs d'étanchéité spéciaux.