Pierres angulaires : Worthington Pump and Machinery

La Worthington Pump and Machinery Company était un chef de file dans le domaine des compresseurs industriels et marins, des pompes, des moteurs alternatifs et autres machines industrielles. Elle était un important fournisseur de grands compresseurs horizontaux à moteur à gaz.

Vers 1920, fort d'une solide expérience dans le domaine des moteurs verticaux et des compresseurs, Worthington développa des moteurs-compresseurs à gaz intégrés « uniblocs ». Illustrées à la figure 1, ces machines comportaient des cylindres moteurs verticaux de 292 mm d'alésage et de 305 mm de course, ainsi que des cylindres compresseurs verticaux de 305 mm de course, disposés en ligne à l'avant des cylindres moteurs sur un châssis commun.

Fig. 1.

Bien qu'innovantes et peu encombrantes, ces machines se limitaient à un ou deux cylindres de compresseur de diamètre et de pression modestes. La Reeves Gas Engine Company aurait été la première à commercialiser de telles machines vers 1915. Mais en 1927-1928, Worthington a été le pionnier du premier compresseur-moteur à gaz intégré de type angulaire.

Comme illustré sur la figure 2, ce modèle comportait des cylindres moteurs verticaux et des cylindres de compression horizontaux montés sur un même châssis. Ces moteurs-compresseurs à angle intégré, à quatre temps, à allumage par étincelle et tournant à 300 tr/min, étaient bien plus compacts que les modèles horizontaux, mais leur puissance moyenne n'était que de 37,5 ch (28 kW) par cylindre. Ils étaient construits avec quatre, six ou huit cylindres moteurs et généralement la moitié de ce nombre de cylindres de compression. Ces machines ont progressivement supplanté les modèles horizontaux pour les applications inférieures à 300 ch (224 kW) environ, mais il fallut attendre plus d'une décennie avant que les moteurs-compresseurs à angle intégré, à course plus longue et à grand alésage, ne menacent les imposants modèles horizontaux utilisés sur les gazoducs de transport longue distance.

Fig. 2.

En 1937, trois ans seulement avant le centenaire de l'entreprise, H.C. Lehm, de Worthington, présenta une communication à l'American Gas Association à New York. Cette communication mettait en lumière les pratiques alors en vigueur en matière de conception et de construction des compresseurs de gaz utilisés sur les grands gazoducs et dans divers autres domaines. Le dernier article de la série « Fondements de la compression » s'intéressait à des extraits illustrant l'évaluation par Worthington de la technologie des grands compresseurs à moteur à gaz en 1937 – une époque où les compresseurs à moteur à gaz horizontaux répondaient aux besoins de l'industrie depuis plus de trente ans et où les compresseurs à moteur angulaire étaient encore à leurs débuts. Dans cet article, des extraits de la communication de 1937 comparent certains des « nouveaux » compresseurs à moteur à gaz verticaux et angulaires intégrés. Le texte est cité avec quelques modifications mineures.

Ces compresseurs horizontaux standard utilisés sur les pipelines conviennent également à la compression dans d'autres domaines, tels que la distribution de gaz manufacturés à des pressions relativement basses, la compression de gaz de raffinerie et de gaz de synthèse issus de procédés chimiques. Cependant, dans la plupart des cas, ce type d'application requiert une capacité unitaire inférieure à celle du compresseur de pipeline, une exigence à laquelle répondent plusieurs modèles relativement récents. Parmi ceux-ci, on trouve notamment les compresseurs dits « à angle », dérivés en principe des anciens moteurs de soufflerie horizontaux-verticaux de hauts fourneaux, mais avec les positions relatives des parties motrice et de compression inversées. Ces compresseurs sont construits soit avec la bielle motrice verticale et la bielle de compression horizontale accouplées à un carter de maneton commun, soit avec des carters motrice et de compression séparés, côte à côte sur un même maneton. Cette conception offre une large gamme de capacités, car un cylindre moteur de taille donnée peut être combiné en unités de un à quatre cylindres de compression, dont le diamètre peut varier dans une plage raisonnable afin de s'adapter aux conditions spécifiques.

« L’unité de puissance verticale, associée aux compresseurs horizontaux compacts, permet une accessibilité optimale de tous les composants, tant pour le raccordement des tuyauteries d’aspiration et de refoulement des compresseurs et des refroidisseurs intermédiaires (le cas échéant), que pour la maintenance et les réglages sur site. L’encombrement au sol et les exigences en matière de fondations sont réduits, ce qui se traduit par un coût de station relativement bas par cheval-vapeur. En cas de problème d’approvisionnement en eau de refroidissement, l’utilisation de ventilateurs à circuit fermé permet de minimiser la consommation d’eau. Ce type d’installation est parfaitement adapté aux sites temporaires, car la station entière peut être déplacée à moindre coût. »

Un autre type est le moteur à gaz vertical multicylindres, avec le compresseur formant une unité séparée, entraîné par un accouplement à l'extrémité de l'arbre moteur, ou avec les cylindres du compresseur et le train roulant intégrés dans un prolongement du bâti principal du moteur. Ce dernier forme une unité compacte et autonome et présente presque tous les avantages du type angulaire. Il ne convient pas à une gamme aussi étendue de nombres et de tailles de cylindres de compresseur, mais nécessite au moins autant, voire moins, d'espace au sol et de fondation. Les forces d'inertie de ce type d'unité peuvent être mieux équilibrées que celles du type angulaire, le degré dépendant du nombre et de la disposition des cylindres, de la puissance et du compresseur. Par exemple, une unité composée de quatre cylindres de puissance et de deux cylindres de compresseur à une extrémité ne présente qu'un léger déséquilibre résiduel, et en plaçant un cylindre de compresseur à chaque extrémité, on peut obtenir un équilibre parfait, correspondant à un moteur de puissance à six cylindres. En général, les forces libres et les couples de déséquilibre de l'unité verticale de cinq cylindres ou plus sont d'une faible ampleur comparés à ceux du compresseur horizontal et, par conséquent, ce type présente un avantage certain pour l'installation sur « Sur des sols de mauvaise qualité ou dans des endroits où la transmission de vibrations serait problématique. »

« Lorsque la puissance requise se rapproche de celle d'un groupe électrogène horizontal à double effet standard, les avantages de ces types de groupes électrogènes disparaissent quelque peu, car ils sont intrinsèquement plus chers par cheval-vapeur dans les grandes tailles et le gain réalisé en termes d'espace au sol et de fondations est absorbé par le coût plus élevé du moteur. »

À suivre...