Moulages de boîtiers de compresseur : ce que les fabricants d'équipements devraient prendre en compte

Un boîtier de compresseur qui échoue à son test hydrostatique à 1,5 fois la pression de service a déjà été usiné, inspecté et réservé dans une fente d'assemblage. C'est pourquoi les fabricants d'équipements considèrent les pièces moulées du carter de compresseur d'abord comme une décision risquée, puis comme un bon de commande.

Un moulage de boîtier de compresseur est la coque contenant la pression d'un compresseur : un corps rigide qui porte l'alésage du rotor, les passages d'entrée et de refoulement, les sièges de roulement et les pieds de montage. Le jeu du rotor, la durée de vie des joints et la signature vibratoire de la machine finie sont tous déterminés par la façon dont la pièce moulée conserve sa géométrie et sa densité après refroidissement. Le cheminement du processus derrière une enveloppe sous pression est examiné plus en détail dans cette analyse de pourquoi la qualité du moulage du boîtier du compresseur détermine les performances du compresseur .

Quatre spécifications qui déterminent l'ordre de moulage du boîtier de compresseur

Quatre spécifications déterminent si un boîtier survivra à votre chaîne d'assemblage : l'étanchéité à la pression lors du test, l'alignement alésage à alésage, l'uniformité de l'épaisseur de paroi et la planéité de l'interface de montage. Le prix de l'alliage, l'emplacement de la fonderie et les conditions de paiement sont négociables. Ces quatre-là ne le sont pas.

• Etanchéité à la pression. Les boîtiers sont testés avec de l'eau ou de l'air à 1,5 fois la pression de service maximale. Un chemin de porosité interconnecté à travers une paroi de 40 mm met au rebut une pièce qui nécessite déjà 40 à 80 heures d'usinage.
• Alignement alésage à alésage. Le jeu entre le rotor et le boîtier dans un compresseur à vis peut être aussi réduit que 0,15 à 0,30 mm, de sorte qu'une dérive de 0,10 mm entre les alésages des roulements consomme un tiers de ce budget.
• Uniformité de l’épaisseur des parois. Une variation supérieure à environ 10 % au niveau d'une jonction nervure-coque crée des points chauds, une porosité de retrait et une contrainte de refroidissement inégale.
• Planéité de l'interface de montage. Un pied qui n'est pas plat de 0,2 mm sur 500 mm charge le boîtier lorsqu'il est boulonné, et cette précharge revient sous forme de vibration à la vitesse de fonctionnement.

Choix de matériaux pour les pièces moulées du boîtier du compresseur : fonte grise, fonte ductile ou acier moulé

La fonte grise reste la fonte par défaut pour la plupart des pièces moulées de boîtiers de compresseurs, car sa structure en graphite lamellaire amortit mieux les vibrations que toute autre alternative au même coût. L'exception concerne la classe de pression : au-dessus d'environ 40 bars, ou lorsque les cycles thermiques sont sévères, la fonte ductile ou l'acier moulé prennent le relais.

La sélection de la qualité suit généralement trois entrées : la pression de service maximale, la signature de pulsation du type de compresseur et le cycle thermique que le boîtier verra en service.

Au-dessus des qualités standards, la sélection des matériaux cesse d'être une décision sur catalogue. Les boîtiers destinés à un service agressif sont fabriqués en alliages de nickel tels que Inconel 718 et qualités similaires résistantes à la chaleur , où la chimie thermique, l'itinéraire de formage et les paramètres d'usinage doivent être validés ensemble.

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Porosité et étanchéité à la pression dans les pièces moulées du boîtier du compresseur

L’étanchéité à la pression est le résultat d’un processus et non une propriété matérielle. Deux fonderies peuvent verser une chimie GG25 identique et fournir des taux de fuite complètement différents, car la différence réside dans le déclenchement, le placement des colonnes montantes, le contrôle de la vitesse de refroidissement et la manière dont les sections lourdes sont alimentées.

Sur un programme de 200 tonnes de grands logements, les rejets se concentrent sur un petit nombre de causes.

L'inclusion de sable et la porosité de retrait représentent ensemble environ six rejets sur dix. Ce sont deux variables de processus qu'une fonderie contrôle via la conception des points d'entrée, la qualité du moule et le placement du refroidissement, et non via une inspection plus approfondie en fin de ligne.

Les acheteurs doivent demander un CND volumétrique à travers l'enceinte de pression, une inspection par magnétoscopie sur les surfaces usinées, une carte de dureté de la section la plus lourde et un enregistrement d'essai hydrostatique ou pneumatique lié au numéro de série de la pièce moulée.

Usinage de pièces moulées de boîtier de compresseur sans ajouter de risque de configuration

Chaque configuration supplémentaire sur un grand boîtier ajoute une erreur d'empilement, de sorte que le moyen le plus fiable de protéger l'alignement de l'alésage est d'usiner la pièce moulée dans aussi peu de configurations que la géométrie le permet.

Cette contrainte pousse les acheteurs vers des fournisseurs qui fondent et usinent sous un même toit. Un logement coulé dans une installation et foré dans une autre arrive avec deux chaînes de tolérance indépendantes, et aucune des parties n'est propriétaire du résultat final.

Les points de référence qui méritent d'être vérifiés avant l'attribution sont la production de fonderie, la précision que l'atelier d'usinage peut maintenir sur un boîtier de votre masse et le nombre de boîtiers comparables que le fournisseur expédie chaque année.

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Liste de contrôle de qualification des fournisseurs avant la découpe du premier modèle

Qualifiez un fournisseur sur six éléments avant la découpe du premier modèle : traçabilité des matériaux, capacité CND volumétrique, portée des rapports dimensionnels, usinage en interne, documentation de test et politique de réparation écrite.

1. Traçabilité thermique depuis la fusion jusqu'à la pièce finie, avec données d'essais chimiques et mécaniques.
2. CND volumétrique sur les limites de pression des pièces moulées de production, pas seulement sur des échantillons.
3. Un rapport dimensionnel utilisant le schéma de référence de votre dessin.
4. Capacité interne de tournage, d'alésage, de fraisage et de perçage pour la masse de pièce dont vous avez besoin.
5. Certificats de test de preuve à 1,5 fois la pression de service maximale, liés aux numéros de série.
6. Une politique de réparation qui définit quelles zones peuvent être réparées par soudure et lesquelles ne le peuvent pas.

Les délais et les coûts découlent de la même liste. La création de modèles et l'approbation du premier article durent généralement de 6 à 10 semaines, et les lots de production durent de 4 à 8 semaines en fonction de la masse et de l'étendue de l'usinage. L'augmentation de l'épaisseur des parois, une couverture CND plus large et la réparation après coulée sont les trois facteurs qui font le plus varier les prix, et chacun d'entre eux est une décision de l'acheteur plutôt qu'une surprise de la part de la fonderie.

Questions fréquemment posées sur les pièces moulées du boîtier de compresseur

Quelle épaisseur de paroi doit avoir un boîtier moulé de compresseur ?

L'épaisseur de paroi est définie par la classe de pression et par la distance d'alimentation de l'alliage, et non par une règle universelle. Les boîtiers en fonte grise pesant entre 200 et 3 000 kg comportent généralement des coques de 12 à 25 mm avec des brides et des nervures plus épaisses, et toute section supérieure à 60 mm nécessite une conception de colonne montante et de refroidissement validée avant le début de la production.

Comment l’étanchéité à la pression est-elle vérifiée sur un moulage de boîtier ?

Essais hydrostatiques ou pneumatiques à 1,5 fois la pression maximale de service, appuyés par des CND volumétriques sur les zones contenant du gaz. Les enregistrements des tests doivent être traçables jusqu'au numéro de coulée et au numéro de série de coulée individuel.

Un logement peut-il être réparé après avoir constaté une porosité ?

Les défauts isolés en dehors de l’enceinte de pression peuvent être réparés par soudage contrôlé avec inspection de préchauffage et post-soudage. Les défauts à l'intérieur d'un alésage de rotor ou d'un passage de gaz sont normalement des motifs de rejet, c'est pourquoi la politique de réparation doit figurer dans le bon de commande avant que la première pièce coulée ne soit coulée.

Quel délai un acheteur doit-il prévoir ?

Prévoyez 6 à 10 semaines pour le modélisme, le premier article et l'approbation, puis 4 à 8 semaines pour chaque lot de production en fonction de la masse coulée et de l'étendue de l'usinage. Les qualités d'alliages spéciaux ajoutent plusieurs semaines car la vérification de la chimie thermique ralentit le premier article.