ISO 5389:1992
(Main)Turbocompressors — Performance test code
Turbocompressors — Performance test code
Covers blowers or compressors and exhausters of the centrifugal, mixed flow, or axial flow types, with and without intercooling, handling any vapour or gas the physical properties of which are reliably known. May be applied to any compression process, with or without bleed-off or sidestreams, which takes place in one or more casings. The theory used is based on the laws of similarity of fluid flow. The observation of these laws determines specific requirements for the execution of acceptance tests.
Turbocompresseurs — Code d'essais des performances
General Information
Relations
Buy Standard
Standards Content (Sample)
ISO
INTERNATIONAL
5389
STANDARD
First edition
1992-05-15
Performance test code
Turbocompressors -
Code d ’essai des performances
Turbocompresseurs -
Reference number
ISO 5389 : 1992 (EI
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 5389 : 1992 (El
Contents
Page
1
1 Scope.
1
.2 Normative references . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
3 Definitions, formulae and reference processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
4 Symbols and subscripts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
5 Equipment, methods and accuracy of measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
............................................. 16
6 Preparation for the test.
18
7 Tests .
21
8 Calculation and adjustment of test results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
f
..................... 24
9 Comparison with guaranteed values and tolerantes
27
10 Testreport .
Annexes
Recommendations relating to the
A Properties of gases and gas mixtures -
31
compressibility factor and to derivative compressibility factors . . . . . . . . . . . . .
44
B Viscosity of gases and gas mixtures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
C Conversion factors from non-SI units to SI units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
D Similarity of flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
E Correction method for the influence of the Reynolds number on the
83
pefformance of centrifugal compressors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
F Examples .
....................................................... 171
G Bibliography
0 ISO 1992
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any
means, electronie or mechanical, including photocopying and microfilm, without Permission in
writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case postale 56 l CH-121 1 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 5389 : 1992 (IE)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national Standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through ISO technical committees. Esch member
body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all
matters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for voting. Publication as an International Standard requires
approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
International Standard ISO 5389 was prepared by Technical Committee ISO/TC 118,
Compressors, pneumatic tools and pneumatic machines, Sub-Committee SC 1, Tur-
bo compressors.
Annexes A, B, C, D and E form an integral part of this International Standard. Annexes F
and G are for information only.
. . .
Ill
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 5389 : 1992 (E)
Introduction
The terms “guarantee” or “guaranteed” and “petformance” used in this International
Standard are to be understood in the engineering rather than the contractual sense.
A guarantee relates to a specific aspect of the plant or its Operation which is defined in
the contract.
With the aid of the test described in this International Sta ndard , the actual perform-
ante data ca n be compared with the guaranteed values.
The contractual consequences of any deviations are not covered by this International
Standard. A satisfactory test result does not signify acceptance in the contractual
sense, as such acceptance may depend on other conditions stipulated in the contract.
This International Standard provides Standard directions for conducting and reporting
tests on compressors to establish their Performance concerning one or more of the
following aspects under specified conditions and for comparing the results with the
guaranteed Performance :
the quantity of gas or vapour delivered;
a)
the pressure rise or pressure ratio produced;
b)
c) the power require d for comp ression or the efficiency of the compressor
(according to specified definitions);
the stable working range - surge and maximum flow Iimits.
d)
To meet this purpose, this International Standard establishes rules concerning
including the measurements to be taken, and the prep-
a) the test procedure (
aration and execution of the test)
the instrumentation to be used to provide adequate accuracy;
b)
the methods of converting the test results in Order to provide values that may
Cl
compared with the guaranteed figures;
be
limits of the conver-ted test results according to the accuracy of
J) the confidence
the particular meas urements.
iv
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ISO 5389 : 1992 (EI
INTERNATIONAL STANDARD
Performance test code
Turbocompressors -
2 Normative references
1 Scope
This International Standard covers blowers or compressors and
The following Standards contain provisions which, through
exhausters of the centrifugal, mixed flow, or axial flow types
reference in this text, constitute provisions of this International
(inclusively covered by the term turbocompressors), with and
Standard. At the time of publication, the editions indicated
without intercooling, handling any vapour or gas the physical
were valid. All Standards are subject to revision, and Parties to
properties of which are reliably known.
agreements based on this International Standard are encouraged
to investigate the possibility of applying the most recent editions
lt may be applied to any compression process, with or without
of the Standards indicated below. Members of IEC and ISO main-
bleed-off or sidestreams, which takes place in one or more
tain registers of currently valid International Standards.
casings.
11, Quantities, units and symbols.
ISO 31 (Parts 0 to 13)
This International Standard gives no rules for the measurement
of any other aspect of the compressor which may be the sub-
ISO 1000 : - 21, SI units and recommendations for the use of
ject of a guarantee, such as
their multiples and of certain other units.
a) mechanical Performance;
ISO 5167-1 : 1991, Measurement of fluid flow by means of
b) vibrations;
pressure differential devices - Part 7: Orifice plates, nozzles
c) pulsations;
and Venturi tubes inserted in circular Cross-section conduits
running full.
d) noise level;
e) Service and reliability;
f) commercial questions. 3 Definitions, formulae and reference
processes
The theory used in this International Standard is based on the
laws of similarity of fluid flow (similar velocity triangle& The
For the purposes of this International Standard, the following
Observation of these laws determines specific requirements for
definitions apply.
the execution of acceptance tests. In all cases, where a close
approximation to these requirements is not possible, this lnter-
national Standard tan only be applied by mutual agreement.
3.1 Definitions relating to compressor
Compressors supplied to handle gases the physical properties
Performance
of which are not reliably known tan only be tested within
certain limits.
3.1.1 Standard inlet Point: The inlet Point considered to be
representative of the compressor. lt is generally at the com-
For identical compressors, produced in series, the testing of an
pressor inlet flange.
arbitrarily Chosen Sample may be agreed upon.
1) Currently under revision.
2) To be published. (Revision of ISO 1000 : 1981.)
1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 5389 : 1992 (El
3.3 Reference process
3.1.2 Standard discharge Point : The discharge Point con-
sidered to be representative of the compressor. lt is generally at
the compressor discharge flange. The determination of the internal power (3.6.5) is based on the
assumption of a reversible reference process, hence the
necessity of a definition of the corresponding efficiency, taking
3.1.3 Quantity of gas or vapour delivered
account of energy losses due to the irreversibility of the actual
compression process.
3.1.3.1 usable mass rate of flow for a compressor : The
The reference process is characterized by the law
mass rate of flow delivered at the Standard discharge Point.
p = f(V)
3.1.3.2 usable mass rate of flow for an exhauster: The
mass rate of flow aspirated at the Standard inlet Point.
which is used to determine the specific compression work:
3.1.3.3 actual inlet volume flow for a compressor: The
2
actual volume rate of flow compressed and delivered at the
wm =
v dP
Standard discharge Point, referred to the conditions of s
1
temperature, pressure and composition (for example humidity)
prevailing at the Standard inlet Point.
The total specific compression work is thus determined using
the equation
3.1.3.4 actual inlet volume flow for an exhauster: The
actual volume rate of flow aspirated at the Standard inlet Point.
2
- q2
W - Wm + c2 2
m,t -
NOTES
1 Unless otherwise specified, the actual inlet volume flow will be
By approximation with the low flow Speeds (1Ma < 0,2)
referred to total temperature and total pressure.
normally prevailing in the inlet and discharge nozzles, the total
2 For gas-vapour mixtures, see A.4.2.7.
pressures and total temperatures tan be used in the calculation
directly :
3.2 Basic formulae for gases
2
W
(v dp),
m,t =
s
Gas basic formulae are given in table 1. 1
Table 1 - Gas basic formulae
Formula
No. Term
For a real gas For a perfett gas
3.2.1
Equation of state pl/ = ZRT pV = RT
3.2.2 Compressibility factor
kothermal deviation
y+I&+~)T *r:
3.2.3
factor
Isobaric deviation
x=g.$-)p-12(~)p x=o
3.2.4
factor
cP
v aP Y
= _v -- =
3.2.5 Isentropic exponent
K K y=-
avs=r
P CV
( >
NOTES
1 The data serving as a reference for the determination of gas properties shall be agreed between purchaser
and vendor.
2 Clause A.l deals with general recommendations relating to the thermodynamic data for gases and gas
mixtures.
3 Clause A.2 deals with specific recommendations for some of the more common gases.
2
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ISO 5389 : 1992 (El
3.4 Reference processes for use with perfett or 3.4.1.2 The specific compression work based on static con-
ditions is calculated using
near-perfett gases
The following methods of computation of specific compression
work are recommended to be applied
W
m,pol = s:(ydpI,,, = (~)pIvI [($+- l]
-
when agreed between purchaser and vendor, or
3.4.1.3 In its general form the polytropic compression offers,
-
when the deviation of gas properties from pet-fect gas
owing to the free choice of the exponent n, great liberty in
laws at any state Point of the compression process of an
adapting it to any Change sf state. With n = y the com-
uncooled compressor, or at any state Point of a com-
Pression becomes isentropic. When n approaches unity, the
Pression section included between two successive inter-
compression approaches an isothermal process. If, with
coolers of a cooled compressor, do not exceed the limits
multistage compressors, a Single-Stage reference compression
given in table 2 for the appropriate pressure ratio.
does not represent the actual process with sufficient accuracy,
a multistage polytropic compression may be Chosen. From the
Within the limits given, the errors in specific isentropic com-
above it follows that the polytropic compression is suited for
Pression work and discharge specific volume will be less than
cooled and uncooled, and for Single-Stage and multistage,
1 % and 2 % respectively if calculations are made according to
compressors.
perfett gas laws instead of real gas equations.
3.4.1.4 In the case of compressors with interstage cooling the
lt is recommended that in most cases polytropic compression
polytropic compression approaches isothermal compression at
be used as the reference process.
one extreme, and isentropic compression at the other, de-
pending on whether the process takes place at a constant
Polytropic compression should always be adopted for any case
temperature or the aerodynamic flow losses only are removed
in which the gas used for the acceptance test has a ratio of
by the cooler. An approximation has to be made by suitable
specific heats which differs from that of the guarantee gas by
choice of the exponent n and the number of Stage groups ac-
more than 1 %.
cording to the arrangement and effectiveness of the cooling.
3.4.1.5 For compressors without cooling (adiabatic com-
3.4.1 Polytropic compression
Pression) the isentropic process is often used as a reference,
but here too the polytropic process offers a better basis on
which to assess the aerodynamic losses of a compressor.
3.4.1.1 A polytropic compression process follows the law
lt takes into account the increased compression work caused
pvn = pl vln = constant
by the reheat losses. This increase is particularly noticeable at
either high pressure ratios or low efficiencies.
where for perfett gases
3.4.2 Isentropic compression
P2
kl -
Pl
3.4.2.1 In this reference process, compression takes place
( )
=-
n
over the whole part of the pressure range (depending on
whether it is a Single-Stage or multistage machine) at constant
b
entropy, i.e. n = K.
Table 21) - Limits for the pressure ratio
Pressure
Maximum ratio
ratio 2)
between maximum
X X Y Y
max min
max min
p2
and minimum values
of K (= j ’)
Pl
1,12 0,279 - 0,344 1,071 0,925
114
1,lO 0,167
2 - 0,175 1,034 0,964
4 1,09 0,071 - 0,073
1,017 0,982
8 1,08 0,050 - 0,041 1,011
0,988
16 1,07 0,033 - 0,031 1,008 0,991
32 1,06 - 0,025
0,028 1,006 0,993
1) Table taken from [l].
2) For pressure ratios between those shown, the limiting values shall be obtained by interpolation.
I
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 5389 : 1992 (El
3.4.2.2 Isentropic compression follows the law 3.53 Methods of polytropic analysis (Schultz method)
pvK = pl vlK = constant
3.5.3.1 The formulae of the following method are derived
from the method developed by Schultz (sec [21).
The specific compression work based on static con-
3.4.2.3
ditions is expressed by the equation
3.5.3.2 The determination of exponent n for the general case
of real gases is carried ou t assuming that the efficiency remains
l
K-
consta nt throu ghout the process :
2
W
(vdp& = -pl vl p2 K - 1
m,s =
s
1 K-1
Pl
[i> 1
2
(v dP)pol
s
1
dP
- =
VP01 = ’ dh
3.4.3 Isothermal compression
In this reference process, compression takes part over the
whole (Single Stage) or part (multistage) of the pressure range
3.5.3.3 This makes it possible to determine an average
at a constant temperature. As a rule the inlet temperature Tl of
polytropic exponent with sufficient exactitude :
the compressor or Stage group under consideration is used.
The exponent n = 1, and the specific compression work based
1
= -
n
on static conditions is defined by the equation
- m ;1 + x,)
YM
2
where
W
m,T =
s
1
Z,R 1
Wz-------
-+x, =-
Vpol
%M
3.5 Reference processes for use with real gases ( 1
3.5.1 General
Vpol =
When tables, equations of state or Charts giving the ap-
-RZMXM
mcpM
propriate thermodynamic data are available, it is recommended
that they be used to determine the specific compression work
with average values for the gas stream:
(sec 3.5.2).
When such tables, equations of state or Charts are not available
Zl + 22
ZM =
and the limits of table 2 are exceeded, it is recommended that
2
polytropic compression be adopted as the reference process
and the specific compression work should be computed by the
Schultz method of polytropic analysis (see 3.5.3 and [21).
$71 + $2
3.5.2 Method using tables or Charts cpM =
2
If possible, the gas properties, especially for gas mixtures, are
The above averages are a simplification valid for pressure ratios
best determined from tables and equations of state since the
P2
diagrams are in general less accurate (sec clauses A.l to A.3).
< 4.
Fl
The properties represented in diagrams and tables are today
frequently compiled in the form of Computer programs which For higher pressure ratios, it is recommended that Schultz ’s
tan readily be included as subprograms in the calculation method be followed, i.e. averages are formed with double
programs for the design of the compressor and test evaluation. weight given to the mid-Point. The mid-Point tan be Chosen at
the Square root of the pressure ratio and half the temperature
rise.
Specific information about the determination of these gas
properties and changes of state cannot be listed here owing to
the multiplicity of the processes and values used. The user
For pressure ratios up to 4, the differente between the results
of this International Standard is referred to the relevant of both methods is less than 0,2 % for specific polytropic com-
Iiterature.
Pression work and 0,5 OC for discharge temperature.
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
3.5.3.4 Theoretically, the exact assessment of the specific Unless otherwise agreed, the reference efficiency is based on
*
polytropic compression work assumes the previous compu-
total conditions and the formula becomes
tation of factor < by use of the formula
2 - C12)
(c
h2 - hl
wm+ 2
= 2
t
----
f7t =
K
h
- R E2T2 - Z,T,) - 41
t2 ,
K-1
Where there is deliberate cooling within the machine (or sec-
where
tion of the machine) under consideration, this formula becomes
is the enthalpy at the inlet;
hl 2 - C12)
(c
wm+ 2
2
is the resulting enthalpy at the outlet if the process
h ’2
qt = h
had been isentropic.
- h,,, - QI - 2
0
where Ql _ 2 is the heat removed by the cooling within the
NOTE - Where specific values of the factors X, Y and Z are not
available values may be obtained from the generalized curves given in machine (or section of the machine).
annex D.
The above definition is complete only when the type of the
reference process adopted is indicated by the corresponding ,
3.5.3.5 The specific compression work based on static con-
subscript. Consequently reference efficiencies are given by the
ditions may thus be determined :
following formulae.
2
m
_ 1
W
(vdp)po, = = c !!?
m,pol =
3.6.1 .l The polytropic eff iciency
s
m
1
Pl
[i, 1
W
m,pol
NOTE - This equation is not strictly correct (see [2]) and should only
Vpol =
be used in cases where the compressibility factor 2 is substantially
h, - h, - QI - 2
constant throughout the compression process.
The equation for Wm pol g iven in figure D.9 tan also be used. (c 2 - C12)
I 2
W
m,pol +
2
p2
qpd,t = h
3.5.3.6 For compression ratios - < 4 the correction factor <
- h,l -
t2 QI - 2
Pl
may be considered as equal to 1 and tan therefore be neglected
See also 3.5.3.3.
in the computation.
3.5.3.7 For similarity testing of compressors without
3.6.1.2 The isentropic efficiency
intermediate cooling, a Single-Stage process should be
adopted, determining an average polytropic exponent such as W
???,S
defined above.
VS =
h, - h, - QI - 2
3.5.3.8 For tests of compressors with intermediate cooling a
2 - C12)
(c
multistage reference process should be adopted with polytropic
w + 2
m,s
exponents suited to each section included between two suc-
2
rls,t =
cessive intercoolers.
h
- ht I - QI - 2
t,2 I
3.5.3.9 Similarity calculations according to Schultz ’s method
3.6.1.3 The isothermal eff iciency
are shown schematically in figure D.7.
W
3.6 Definition of reference efficiency, power and mJ
VT =
losses
h, - h, - QI - 2
3.6.1 reference efficiency, qpor, qs or VT: Ratio of the
(c22 - Cl21
specific compression work to the total enthalpy rise in the W
m,T +
2
machine (or section of the machine) within which there is no
qT,t = h
deliberate cooling and when based on static conditions as t,2 - b,l - QI - 2
defined by the formula:
3.6.2 reference power PpolR Ps or PT: Power absorbed by
r2
the gas during the reversible reference process excluding any
v dP
3
wm
1
Iosses. The reference power shall be defined with the subscript
=-
=
f-l
h2 - 4 corresponding to the adopted reference process.
h2 - hl
\
5
---------------------- Page: 9 ----------------------
3.6.5 internal power, Pin: Power eff ectively absorbed by
The formulae for the reference power are also different
gas during the actual compression process. It is given by the
depending on the calculation System of the specific com-
formula
Pression work.
Unless otherwise agreed the reference power is based on total
P
Pin = p"l,t + Qa + P,
conditions and is given by the following formulae.
rlpol, t
or
3.6.2.1 The polytropic reference power
P
2 2
Pin = -2L + Qa + P,
c2 -cl
P YI
s,t
=4m wm,pol+ 2
Pol, t
i i
3.6.2.2 The isentropic reference power
PT t
Pin = A
+ Q, + PL
qT,t
2
2
c2 -cl
w +
P
s,t = 4m m,s
2 k For compressors with intermediate cooling the sum of internal
powers in each section between two successive intercoolers
should be computed :
3.6.2.3 The isothermal reference power
Pin = Pin + Pin,, + n -e + Pin.
I 1
2
2
c2 -cl
pT,t = qm Wm,T +
2
3.6.6 mechanical power losses, Pf: Losses due to friction
in the bearings and sealing rings and in any transmission gear
Where the local Mach number at the Standard inlet and
contractually included within the compressor.
discharge Points is less than 0,2 it is sufficiently accurate to
calculate the reference power directly from total conditions
using the following approximate formulae:
3.6.7 effective compressor power, P,: Power input at the
L
coupling of the compressor or at the coupling of the trans-
P
z 4m wm, pol,t = 4m (v dP)t pol
I
Pol, t
s
1 mission gear depending on the contract agreement. lt is given
by the formula
L
P, = Pin + Pf *
z 4m Wmst= 4m (v dP), s
P
I I I
s, t
s
1
L
z qm Wm,T,t = qm lv dp), T
PT,t ,
3.6.8 power loss in driving machine, PPr : Power loss in
s
1
the turbine or in any other driver of the compressor and the
intermediate driving System.
3.6.3 heat transmission losses, Qa: Losses due to heat
transmission from the area ACS of the compressor casing to the
Power given by the for-
ambient atmosphere, expressed by the formula 3.6.9 total power of the unit, Pun:
mula
= dcs (tMCs - ta)
Q CY
P = P, + Pp,
un
value tan be
For values of Q, less than 0,02 P,, an approximate
adopted for a, i.e.
3.6.10 internal efficiency, qin: Ratio of the reference power
a= 14 W/(m2. K)
defined in 3.6.2 to the internal power.
Its value depends on the type of adopted reference process.
3.6.4 power loss due to leakage, PL: Losses due to leakage
Internal efficiency is given by the formulae
through external labyrinths; these tan generally be calculated
using the formula
P
Polrt
%n,pol = 7
PL =
c qm,L ’ AhtL in
6
---------------------- Page: 10 ----------------------
3.6.14 Overall efficiency of the unit, qun: Efficiency of the
P
SJ
unit which takes account of all energy losses of the unit,
%n,s =
pin
including compressor, transmission gear and driver. lt is given
by the formula
pT t
%n,T = p
fl un = l?e VPr
in
3.7 Definiti nee, uracy and
uncertainty
3.6.11 mechanical efficiency, rf: Ratio of the internal
power to the effective power at the coupling of the com-
As used in this International Standard, the terms “tolerante ”,
pressor, or at the coupling of the transmission gear, depending
“inaccuracy” and “uncertainty” have specific and clearly
on the contract agreement. lt is given by the formula
different meanings.
Pin Pin
3.7.1 tolerante: Amount by which the value of a particular
?lf = P = -
e Pin + pf
Parameter or a quantity is permitted to deviate from a set value
by the terms of the contract or other agreement.
3.7.2 inaccuracy : Extent by which the measured or com-
3.6.12 effective efficiency, qe: Ratio of the reference
puted value of a Parameter or quantity deviates from the true
power defined in 3.6.2 to the effective power at the coupling of
value, resulting from the inevitable errors in measurement and
the compressor, or at the coupling of the transmission gear,
computation.
depending on the contract agreement. lt is given by the for-
mula
3.7.3 uncertainty : Maximum likely magnitude of the inac-
curacy of a particular Parameter or quantity such that it tan be
2
said with at least 95 % confidence that the measured or com-
(v dplt
4m
s
1
puted value does not deviate from the true value by an amount
Ve =
= ii ”in Vf
greater than the stated uncertainty.
pe
Its value depends on the type of adopted reference process.
4 Symbols and subscripts
The Symbols, subscripts and definitions used in this Inter-
national Standard are in accordance with ISO 31 and ISO 1000,
3.6.13 primary efficiency, qPr: Ratio of the effective power
and are given in tables 3 and 4.
of the compressor to the power or energy input to the driver. lt
is given by the formula
Equations used are dimensionally homogeneous.
pe pe
To simplify use of this International Standard, conversion
VPr = p =
un pe + pPr factors are given inannex C.
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO5389:1992 (El
Table 3 - Symbols
Symbols Quantities Definitions and observations Dimensionsl)
A Area L2
Sonic velocity
a a = &ZiZ LT-’
Outlet tip width
L
Molar specific heat at constant = Mc, ML2T-20-1 mol-l
CP
pressu re
Molar specific heat at constant Cv = MeV ML2TW2W1 mol-l
G
volume
c Absolute velocity
LT-’
L2 T-2 0-1
Specific heat at constant pressure 1
L2 T-2 0-1
Specific heat at constant volume
Reference diameter of the rotor
L
F Torque ML2 T-2
G Precision class dimensionless
L2T-2 .
h Specific enthalpy
Total specific enthalpy L2 T-2
h,
ht
M Molar mass Mass which corresponds to one mole M
Ma Mach number of the flow dimensionless
Ma = c
a
Approximate Mach number of gas dimensionless
M-t
flow through area A
1 Mat=siF
Peripheral Mach number (arbitrary Refers in this International Standard to inlet dimensionless
definition) conditions
m Polytropic exponent in the p - T dimensionless
Pm
- =
constant
diagram
T
.
See also 3.5.3.3
Mass Proportion of a gas dimensionless
?
component
N Speed of rotation T-l
Ratio of reduced Speeds dimensionless
Nr
Nr= (&,,)T&&)Gu
n Polytropic exponent in the p - V pvn = constant dimensionless
diagram See also 3.4.1
P Power ML2 T-3
Absolute static pressure Forte to be exerted on the unit area moving with ML-’ T-2
P
the gas
ML-’ T-2
Atmospheric pressure
Pa
Dynamit pressu re See 8.1.3 ML-’ T-2
Pd
Effective (or gauge) pressure ML-’ T-2
=P-Pa
Pe Pe
ML-’ T-2
Saturation pressure Saturation pressure at temperature of the
Psat
vapou r-gas mixture
Total pressure ML-’ T-2
=p+Pd
Pt Pt
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO5389:1992 (El
Table 3 - Symbols (conthued)
Symbols Quantities Definitions and observations Dimensions 1)
Partial vapour pressure ML-’ T-2
Pv
Heat flow Quantity of heat supplied or delivered per unit time ML2 T-3
Q
-
Corrected heat losses (equivalent) ML2 T-3
Q CO
ML2 T-3
Internal heat losses (equivalent)
Q
in
ML2 T-3
Mechanical heat losses (equivalent)
Q me
Heat losses by thermal transmission ML2 T-3
Q a
from the surface
Mass rate of flow MT-’
4m
Volume rate of flow L3 T-’
4v .
L2T-2@-’
R
Specific gas constant R
RE*
M
Peripheral Reynolds number dimensionless
%l
Re, = -@-
(arbitrary)
Vt,’
Refers in this International Standard to total inlet
conditions
R R ML2T-20-1 mol-l
Universal gas constant = 8314J~kmol-1~K-1
mol
mol
Volumetric Proportion of a dimensionless
ri
component
L2 T-2 0-1
S
Specific entropy
T Absolute static temperature Temperature on Kelvin scale 0
0
t Usual static temperature Temperature on Celsius scale
Dynamit temperature 0
tdl Td
Saturation temperature 0
t satf Tsat
Stagnation temperature (total) = t + td
0
4, Tt 4
Tt = T + Td
See 8.1.4
LT-’
u Peripheral velocity U = nDN
, Peripheral velocity at reference diameter
L3
V Volume
Ratio of volume rate of flow ratios dimensionless
vr (4 V,t,2/q V,t,I)Te
v, =
h,t,2/qV,t,I)Gu
V Specific volume Volume per unit mass M-’ L3
Specific compression work wm = L2 T-2
s VdP
wm
See 3.2.4 dimensionless
x Isobaric deviation factor
x Variable as used
Y Isothermal deviation factor See 3.2.3 dimensionless
dimensionless
Molar Proportion
Y
dimensionless
z Compressibility factor See 3.2.2
dimensionless
Number of stages considered Indicates also number of Stage groups separated by
2
intercoolers
MT-3 0-1
a Heat transfer coefficient Rate of heat flow per unit area of surface per unit
temperature differente
dimensionless
Ratio of specific heats
Y
cP
=-
Y
9
9
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO 5389 : 1992 (EI
Table 3 - Symbols (conchded)
Dimensionsl)
Symbols Quantities Definitions and observations
r Work input coeff icient dimensionless
Ah,
r=------
...
NORME
ISO
INTERNATIONALE
5389
Premiére édition
1992-05-l 5
Turbocompresseurs - Code d’essais des
performances
Turbocompressors - Performance test code
Numéro de référence
ISO 5389 : 1992 (FI
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO5389:1992 (FI
Sommaire
Page
..............................................
1
Domaine d’application
1
.............................................
1
Références normatives.
2
........................ 1
Définitions, formules et évolutions de référence.
3
................................................
7
4 Symboles et indices
.................... 12
Appareillage, méthodes et exactitude des mesurages
5
...............................................
16
Préparation de l’essai
6
18
Essais. .
7
.............................. 21
Calcul et conversion des résultats d’essai
8
...... 24
Comparaison des résultats avec l’es valeurs garanties et les tolérances
9
27
10 Rapportd’essai .
Annexes
Recommandations relatifs aux
A Propriétés des gaz et des mélanges de gaz -
31
facteurs de compressibilité et aux facteurs de compressibilité dérivés . . . . . . .
44
B Viscosité des gaz et des mélanges de gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
C Facteurs de conversion des unités hors du SI en unités SI . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
D Similitude de l’écoulement et conversion aux conditions de garantie . . . . . . . .
E Méthode de correction de l’incidence du nombre de Reynolds sur les
83
caractéristiques des compreseurs centrifuges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
F Exemples.
G Bibliographie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
0 ISO 1992
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-121 1 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 5389 : 1992 (F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est en général confiée aux comités techniques de I’ISO.
Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO col-
labore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales
requiert l’approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
La Norme internationale ISO 5389 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 118,
Compresseurs, outils et machines pneumatiques, sous-comité SC 1, Turbocompres-
seurs.
Les annexes A, B, C, D et E font partie intégrante de la présente Norme internationale.
Les annexes F et G sont données uniquement à titre d’information.
. . .
Ill
---------------------- Page: 3 ----------------------
60 5389 : 1992 (FI
Introduction
Les termes tels que (( garantie D et (( performance» utilisés dans la présente Norme inter-
nationale doivent être pris dans un sens technique mais non au sens contractuel. La
garantie est relative à un aspect spécifique de l’installation ou de son fonctionnement
tel que défini dans le contrat.
À l’aide de l’essai décrit dans la présente Norme internationale, les performances réel-
les peuvent être comparées avec les valeurs garanties.
Les conséquences contractuelles de tout écart ne font pas l’objet de la présente Norme
internationale. Un résultat satisfaisant de l’essai n’entraîne pas la réception au sens
contractuel du terme puisqu’une telle réception peut dépendre d’autres conditions sti-
pulées dans le contrat.
La présente Norme internationale donne des directives pour la conduite des essais de
compesseurs et l’exploitation des résultats afin d’établir leurs caractéristiques de per-
formances en fonction des valeurs garanties, les paramètres d’évaluation pouvant être
les suivants :
a) la quantité de gaz ou de vapeur débitée;
b) l’élévation de pression ou le taux de compression;
c) la puissance absorbée par la compression ou le rendement du compresseur
(selon des conditions prescrites);
d) la plage de fonctionnement stable: limites de pompage et de débit maximal.
Dans ce but, la présente Norme internationale établit des règles concernant:
a) la procédure d’essai (y compris les mesures à effectuer, la préparation et la
conduite de l’essai);
b) les instruments à utiliser afin d’obtenir une exactitude correcte;
c) les méthodes de conversion des résultats d’essai permettant de fournir des
valeurs pouvant être comparées avec les valeurs garanties;
d) les limites de confiance à accorder aux résultats d’essai après conversion selon
l’exactitude des mesures particulières.
---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE
ISO 5389 : 1992 (F)
Turbocompresseurs - Code d’essais des performances
1 Domaine d’application Pour des compresseurs identiques, produits en série, l’essai
d’un échantillon choisi arbitrairement peut faire l’objet d’un
La présente Norme internationale traite des soufflantes, des accord.
compresseurs et des extracteurs de type centrifuge, hélico-
centrifuge ou axial (ci-après dénommés turbocompresseurs)
2 Références normatives
avec ou sans refroidissement intermédiaire, véhiculant
n’importe quels vapeur ou gaz dont les propriétés physiques
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par
sont bien connues.
suite de la référence qui en est faite, constituent des disposi-
tions valables pour la présente Norme internationale. Au
Elle est applicable à tout procédé de compression avec ou sans
moment de la publication, les éditions indiquées étaient en
soutirage ou injection réalisée, en un ou plusieurs corps.
vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties pre-
nantes des accords fondés sur la présente Norme internationale
La présente Norme internationale ne donne aucune règle pour sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions
les plus récentes des normes indiquées ci-après. Les membres
les mesures ou toutes autres caractéristiques du compresseur
qui puissent faire l’objet d’une garantie, telles que: de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes interna-
tionales en vigueur à un moment donné.
a) les caractéristiques mécaniques;
ISO 31 (parties 0 à 13) 1 ), Grandeurs, unités et symboles.
b) les vibrations;
ISO Iooo : - 2), Unités SI et recommandations pour l’emploi de
leurs multiples et de certaines autres unités.
c) les pulsations;
ISO 5167-l : 1991, Mesure de débit des fluides au moyen d’appa-
reils déprimogènes - Par?ie 1: Diaphragmes, tuyères et tubes de
d) le niveau de bruit;
Venturiinsérés dans des conduites en charge de section circulaire.
e) l’entretien et la fiabilité;
3
Définitions, formules et évolutions de
f) les questions commerciales.
référence
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les défini-
La présente Norme internationale est basée sur les lois de simili-
tions suivantes s’appliquent.
tude des écoulements des fluides (triangles des vitesses sem-
blables). L’observation de ces lois oblige à respecter certaines
3.1 Définitions relatives aux performances
règles lors de la réalisation des essais de réception. Dans tous
du compresseur
les cas où il n’est pas possible de suivre d’assez près ces règles,
la présente Norme internationale doit faire l’objet d’un accord
mutuel. Les compresseurs véhiculant des gaz dont les proprié- 3.1 .l point normal d’aspiration : Point d’aspiration consi-
tés physiques ne sont pas suffisamment bien connues ne peu- déré comme représentatif pour le compresseur. II est générale-
vent être essayés qu’avec certaines réserves. ment à la bride d’aspiration du compresseur.
1) Actuellement en révision.
2)
À publier. (Révision de I’ISO 1000 : 1981.1
1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 5389 : 1992 (F)
3.1.2 point normal de refoulement: Point de refoulement 3.3 Évolution de référence
considéré comme représentatif pour le compresseur. II est
généralement à la bride de refoulement du compresseur. La détermination de la puissance interne (3.6.5) est basée sur
l’hypothèse d’une évolution de référence réversible, d’où la
nécessité de définir le rendement correspondant qui tienne
3.1.3 Quantité de gaz ou de vapeur débitée
compte des pertes d’énergie dues à I’irréversibilité de I’évolu-
tion de compression réelle.
3.1.3.1 débit-masse utile pour un compresseur: D&it-
L’évolution de référence est caractérisée par la loi :
masse refoulé au point normal de refoulement.
p= v
f( )
3.1.3.2 débit-masse utile pour un extracteur : Débit-
masse aspiré au point normal d’aspiration.
qui est utilisée pour déterminer le travail massique de com-
pression :
3.1.3.3 débit-volume réel à l’aspiration d’un compres-
2
seur: Débit-volume réel comprimé et refoulé au point normal
wm =
v dP
de refoulement, dans les conditions de température, de pres-
s
1
sion et de composition (par exemple humidité) existant au point
normal d’aspiration.
Le travail massique de compression total est ainsi déterminé à
partir de l’équation :
3.1.3.4 débit-volume réel à l’aspiration d’un extracteur:
Débit-volume réel aspiré au point normal d’aspiration. 2 2
c2 -?
W = wm +
m, t
2
NOTES
1 Sauf spécification contraire, le débit-volume réel à l’aspiration se
Par approximation, pour de faibles vitesses d’écoulement
rapporte à la température et à la pression totales.
(Ma < 0,2) qui règnent normalement à l’aspiration et au refou-
2 Pour les mélanges gaz-vapeur, voir A.4.2.7. lement des tubulures, les pressions et températures totales
peuvent être utilisées directement dans le calcul :
3.2 Formules de base pour les gaz
2
W
b dp),
m,t =
s
Les formules de base pour les gaz sont données au tableau 1. 1
Tableau 1 - Formules de base pour les gaz
Formule
NO Terme
Pour un gaz réel Pour un gaz parfait
pV = RT
3.2.1 équation d’état pV = ZRT
-
facteur de
3.2.2 1
compressibilité
-
facteur de déviation
y2(~)T:,+g/)T Yr,
3.2.3
isotherme
-
facteur de déviation
3.2.4 x=g-.g)p-l=g.$$)p x=0
isobare
v aP Y cP
-- -
= =
3.2.5 exposant isentropique K K y=-
av s=T
P
CV
( >
NOTES
1 Les données servant de référence pour la détermination des propriétés des gaz doivent être convenues
entre client et fournisseur.
2 L’article A. 1 traite des considérations générales relatives aux propiétés thermodynamiques des gaz et des
mélanges de gaz.
3 L’article A.2 traite de considérations particulières pour quelques gaz parmi les plus courants.
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 5389 : 1992 (FI
3.4.1.2 Le travail de compression massique dans des condi-
3.4 Évolutions de référence à utiliser pour des gaz
tions statiques se calcule par
parfaits ou presque parfaits
n- 1
II est recommandé d’utiliser les méthodes suivantes de détermi-
nation du travail massique de compression :
W ~(ydp)p,l = (~)Plq [e)*-’
m,pol =
s
- lorsqu’un accord a été conclu entre le client et le fournis-
seur, ou
En raison du libre choix de la valeur de l’exposant n, la
3.4.1.3
- lorsque la divergence entre les propriétés du gaz par rap-
compression polytropique offre dans sa forme générale une
port aux lois des gaz parfaits en tout point de l’évolution de
large possibilité d’adaptation à tout mode d’évolution. Avec
la compression dans un compresseur non refroidi ou en tout
n = y, la compression devient isentropique. Lorsque n tend
point d’une section de la compression comprise entre deux
vers 1, la compression s’approche de l’évolution isotherme.
refroidisseurs intermédiaires successifs dans un compres-
Dans le cas de compresseurs multi-étagés, si la référence à une
seur refroidi, n’excède pas les limites données dans le
compression globale ne permet pas de suivre l’évolution réelle
tableau 2 pour le taux de compression correspondant.
avec suffisamment de précision, on peut découper la compres-
sion en plusieurs sections de compressions polytropiques. II
Dans les limites données, les erreurs commises sur le calcul du
s’ensuit que la compression polytropique convient aux com-
travail de compression massique suivant une évolution isentro-
presseurs refroidis et non refroidis mono-étagés et multi-
pique et sur celui du volume massique au refoulement sont res-
étagés.
pectivement inférieures à 1 % et 2 % lorsque les calculs ont été
effectués en considérant que le gaz est un gaz parfait et non
réel. 3.4.1.4 Dans le cas de compresseurs comportant une réfrigé-
ration intermédiaire, la compression polytropique rend aussi
Dans la plupart des cas, il est recommandé d’utiliser la com- bien compte d’une compression isotherme que d’une compres-
sion isentropique. La première est obtenue lorsque la réfrigéra-
pression polytropique comme évolution de référence.
tion est suffisante pour maintenir la température constante, la
Par contre, si le gaz véhiculé lors de l’essai de réception a un seconde lorsque la réfrigération ne fait que compenser les per-
rapport de chaleurs spécifiques qui s’écarte de plus de 1 % de tes aérodynamiques. Par approximation, on déterminera
celui du gaz garanti, il convient d’utiliser une compression poly- l’exposant n approprié et le nombre de sections en fonction de
tropique. la disposition et de l’efficacité du système de réfrigération.
3.4.1 Compression polytropique 3.4.1.5 Dans le cas de compresseurs non refroidis (compres-
sion adiabatique), on se réfère souvent à l’évolution isentropi-
que mais, dans ce cas également, l’évolution polytropique per-
3.4.1.1 Une compression polytropique suit la loi
met une meilleure estimation des pertes aérodynamiques du
compresseur. Elle tient compte de l’augmentation du travail de
= constante
P@ = Pl qn
compression due à l’effet de réchauffage. Cet accroissement
est particulièrement sensible soit avec des taux de compression
avec, pour les gaz parfaits
élevés, soit avec des rendements faibles.
p2
b -
3.4.2 Compression isentropique
Pl
! i
=
n
P2 T1
3.4.2.1 Dans cette évolution de référence, la compression se
Ig -.-
Pi T2 fait sur toute la gamme des pressions à entropie constante
( 1
Tableau 21) - Limites pour le taux de compression
Taux de
Rapport maximal
compression2)
entre les valeurs
X X Y Y
max min max min
P2
maximale et minimale
de K (= y)
Pl
1,4 1,12 0,279 - 0,344 1,071 0,925
2 1,lO 0,167 -
0,175 1,034 0,964
4 0,073
1,09 0,071 - 1,017 0,982
8 1,08 0,050 - 0,041 0,988
1 ,011
16 l,O7 0,033 - 0,031 1,008 0,991
32 1,06 0,028 -
0,025 Loo6 0,993
1) Extrait de 111.
2) Pour des taux de compression compris entre ceux qui sont indiqués, les valeurs limites sont obtenues
par interpolation.
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
(selon qu’il s’agisse d’une machine mono-étagée ou multi- 3.5.3 Méthode de l’analyse polytropique (méthode de
étagée), c’est-à-dire avec n = K. Schultz)
3.4.2.2 La compression isentropique suit la loi
3.5.3.1 Les formules suivantes proviennent de la méthode
présentée par Schultz (voir [21).
pvK = p1 v,K = constante
3.5.3.2 La détermination de l’exposant n dans le cas général
3.4.2.3 Le travail massique de compression dans des condi-
des gaz réels est faite en supposant que le rendement reste
tions statiques est exprimé à partir de l’équation
constant au cours de l’évolution :
2
2
W
(vdp& = K
(v dP)p,l
m,s =
s s
K-l dP 1
1
- =
qpd = ’ dh
h2 - hl
3.4.3 Compression isotherme
3.5.3.3 Ceci permet de déterminer un exposant polytropique
Dans cette évolution de référence, la compression se fait à tem-
moyen avec une approximation suffisante :
pérature constante sur la totalité (mono-étagée) ou une partie
(multi-étagée) de la plage des pressions. La règle est d’utiliser la
1
= -
température Tl à l’admission du compresseur ou de la section
n
Y, - m (1 + X,)
considérée. L’exposant n = 1 et le travail massique de com-
pression dans des conditions statiques est défini par l’équation.
où
2
W
(v dpjT = p1 v1 In
m,T =
s
1
3.5 Évolutions de référence à utiliser pour des gaz
réels
RZM
3.5.1 Généralités Vpol =
- RZM XM
mcpM
Lorsqu’on dispose de tableaux, d’équations d’états ou de dia-
grammes pour les données thermodynamiques appropriées, il avec les moyennes pour le débit de gaz
est souhaitable de les utiliser pour le calcul du travail massique
de compression (voir 3.5.2).
21 + 22
2, =
2
Lorsqu’on ne dispose pas de tels tableaux, d’équations d’états
ou de diagrammes et que l’on se trouve en dehors des limites
Xl + x2
du tableau 2, il y a lieu d’utiliser la compression polytropique
x, =
2
comme évolution de référence et le travail massique de com-
pression est calculé par la méthode d’analyse polytropique de
Schultz (voir 35.3 et [21).
Cpi + Cp2
cpM =
2
3.5.2 Méthode utilisant des tableaux ou des diagrammes
Les moyennes ci-dessus correspondent à une simplification
Si possible, il vaut mieux déterminer les propriétés thermodyna-
P2
valable pour des taux de compression - < 4.
miques des gaz, en particulier des mélanges de gaz à partir des
pi
tables et des équations d’états car, en général, les diagrammes
sont moins précis (voir articles A.1 à A.3).
Pour des taux de compression plus élevés, il est souhaitable de
suivre la méthode de Schultz, c’est-k-dire d’utiliser les moyen-
Les propriétés figurant dans les diagrammes et les tableaux,
nes obtenues à partir d’une double pondération du point cen-
maintenant souvent présentées sous forme de programme
tral. Le point central peut être choisi égal à la racine carrée du
d’ordinateur, peuvent être incluses comme sous-programmes
taux de compression et à la moitié de l’élévation de tempéra-
dans le calcul du compresseur et des résultats de l’essai.
ture.
Les informations particulières concernant la détermination de
Pour les taux de compression inférieurs ou égaux à 4, la diffé-
ces propriétés et des évolutions ne sont pas répertoriées ici en
rence entre les résultats obtenus par les deux méthodes est
raison du grand nombre d’évolutions et de valeurs utilisées.
inférieure à 0,2 % pour le travail massique de compression et à
L’utilisateur de la présente Norme internationale devra se repor-
0,5 OC pour la température au refoulement.
ter aux publications correspondantes.
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO5389:1992 (FI
3.5.3.4 Théoriquement, l’estimation exacte du travail massi- Sauf spécification contraire, le rendement de référence est basé
que de compression polytropique suppose le calcul préalable
sur les conditions totales et la formule devient
du facteur < à l’aide de la formule
(c 2 - C12)
h’2 - hl
wm+ 2
2
K
rt =
R (Z2T2 - ZITll
h
- ht1
t2 ,
k - 1)
où
Lorsqu’il existe une installation de réfrigération dans la machine
(ou une section de la machine) considérée, la formule devient
est I’enthalpie à l’aspiration;
hl
est I’enthalpie au refoulement si l’évolution avait été
h'2 (c 2 - Cl21
isentropique. wm+ 2
2
Ylt =
NOTE - Lorsqu’on ne dispose pas de valeurs particulières pour les fac-
h
-ht1 - QI -2
0
,
teurs X, Y et 2, on peut extraire les valeurs des courbes données en
annexe D.
où Ql _ 2 est la quantité de chaleur enlevée de la machine (ou
section de la machine) par l’installation de réfrigération.
3.5.3.5 Le travail massique de compression dans des condi-
La définition ci-dessus n’est complète que si le type de I’évolu-
tions statiques peut ainsi être déterminé à l’aide de la formule
tion de référence adoptée est indiqué par l’indice correspon-
2 dant. Par conséquent, les divers rendements de référence sont
ZMRT1
p2 m - 1
W
(v dp),oI = - r donnés par les formules suivantes.
m,pol =
m
s
Fi
1
[i, 1
NOTE - Cette équation n’est pas strictement exacte (voir [Z]) et ne 3.6.1 .l Le rendement polytropique :
devrait être utilisée que si le facteur de compressibilité 2 est quasiment
constant tout au long de l’évolution de compression.
W
m,Pol
Vpol =
L’équation de Wm pol donnée à la figure D.9 peut également h2 - hl - QI - 2
être utilisée. ’
(c22 - Cl21
W
P2
m,pol +
3.5.3.6 Pour des taux de compression - < 4, on peut 2
Vpol,t =
Pl
- ht1 - QI - 2
ht,2 I
admettre que le facteur de correction c est égal à 1 et peut, par
conséquent, être omis dans le calcul.
Voir aussi 3.5.3.3.
3.5.3.7 Pour les essais en similitude des compresseurs sans
3.6.1.2 Le rendement isentropique :
réfrigération intermédiaire, on devra considérer une évolution
en une seule section en déterminant un exposant polytropique
W
m,s
moyen tel que défini ci-dessus.
vs =
h2 - hl - QI - 2
3.5.3.8 Pour les essais de compresseurs avec réfrigération
intermédiaire, il convient de considérer l’évolution dans plusieurs
(c22 - Cl21
sections avec des exposants polytropiques adaptés à chaque
w +
m,s
2
section comprise entre deux refroidisseurs intermédiaires.
‘Is,t =
h
- ht1 - QI - 2
t2 I
3.5.3.9 Les calculs de similitude d’après la méthode de
Schultz sont indiqués schématiquement à la figure 0.7.
3.6.1.3 Le rendement isotherme :
3.6 Définition des rendements, des puissances et W
m,T
I?l- =
des pertes par rapport à l’évolution de référence
h2 - hl - QI - 2
3.6.1 rendement de référence, qpol, vs ou VT: Rapport du
2 - C12)
(c
travail massique de compression à l’élévation d’enthalpie totale
w + 2
m,T
2
dans la machine (ou section de la machine) sans installation de
qT,t = h
réfrigération et dans les conditions statiques telles que définies
t,2 - ht,1 - QI - 2
par la formule
2 3.6.2 puissance de référence, P,,,, PS ou Pr: Puissance
absorbée par le gaz pendant l’évolution de référence réversible
v dP
s
1 Wrn
en excluant toutes les pertes. Elle doit être définie à l’aide de
=-
r=
h2 - hl l’indice correspondant à l’évolution de référence adoptée.
h2 - hl
---------------------- Page: 9 ----------------------
Les formules donnant la puissance de référence sont différen- 3.6.5 puissance interne, Pin : Puissance effectivement
tes suivant le mode de calcul du travail massique de compres-
absorbée par le gaz pendant l’évolution réelle de compression.
sion. Elle est donnée par la formule
Sauf spécification contraire, la puissance de référence est P
Pin = -A?!@ + Qa + P,
basée sur les conditions totales, et est donnée par les formules
q pol,t
suivantes.
ou
Puissance polytropique de référence
3.6.2.1
P
pin = -G
+ Qa + PL
2 2
11
s,t
c2 -c1
P
wm, pol + 2
= qm
Pol, t
1
( ou
3.6.2.2 Puissance isentropique de référence
pT t
pin = I
+ Qa + PL
qT,t
2 2
c2 -c1
P w +
s,t = 4m ns
2
( i Pour les compresseurs avec réfrigération intermédiaire on
effectuera la somme des puissances internes de chaque section
comprise entre deux réfrigérations successives :
3.6.2.3 Puissance isotherme de référence
= pi,, + Pin,, + . . . + Pin.
pin
l
2 2
c2 -c1
PT,t = qm Wm,T +
2
3.6.6 pertes de puissance mécaniques, Pf : Pertes dues au
frottement dans les paliers, les dispositifs d’étanchéité et toute
Lorsque le nombre de Mach local aux points normaux d’aspira-
transmission associée contractuellement au compresseur.
tion et de refoulement est inférieur à 0’2, on peut calculer avec
une précision suffisante la puissance de référence directement
à partir des conditions totales en utilisant les formules 3.6.7 puissance effective du compresseur, P, : Puissance
absorbée à l’accouplement du compresseur ou à I’accouple-
d’approximation suivantes :
ment de l’organe de transmission suivant les spécifications du
2
contrat. Elle est donnée par la formule
P z 4m wm pol t = 4m (v w pol
I I ,
Pol, t
s
1
P, =
pin + pf
2
s
P (v dP),
z qm wm I s I t = 4m I
3.6.8 perte de puissance dans la machine d’entraîne-
s, t
s
1
ment, Pp,: Perte de puissance dans la turbine ou dans toute
autre machine d’entraînement du compresseur ou de l’organe
2
d’entraînement intermédiaire.
z qm Wm,T,t = qm (Vdp)t T
,
pT, t
s
1
3.6.9 puissance totale de l’unité, Puni Puissance donnée
pertes par transmission de chaleur, Q,: Pertes dues
3.6.3 par la formule
à la diffusion de chaleur par la surface extérieure A,, du corps
P = P, + P,,
du compresseur dans I’atmosphére ambiante et sont exprimées
un
par la formule
3.6.10 rendement interne, vin : Rapport de la puissance
= aACs (tMCs - ta)
Q
a
définie en 3.6.2 à la puissance interne. Sa valeur dépend du
type d’évolution de référence adoptée. Le rendement interne
II suffit généralement de supposer une valeur approximative
est donné par les formules
pour a égale à
P
a = 14 W/(m2m K)
pou
Vin, pol = -
Pin
pourvu que la valeur résultante de Qa ne dépasse pas Of02 Pe.
P
s,t
3.6.4 pertes de puissance dues aux fuites, PL: Pertes
Ylin,s =
pin
dues aux fuites à travers les labyrinthes extérieurs est générale-
ment déterminées par la formule
PT,t
%n,T =
P, =
C 4m,L ’ Aht,
pin
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 5389 : 1992 (FI
3.6.11 rendement mécanique, qf: Rapport de la puissance 3.7 Définition de la tolérance, l’inexactitude
interne à la puissance effective à l’accouplement du compres-
et l’incertitude
seur ou à l’accouplement de l’organe de transmission suivant
les spécifications du contrat. II est donné par la formule
Dans la présente Norme internationale les termes de Holé-
rance )), G inexactitude H et G incertitude M ont des significations
bien différentes.
Pin Pin
?7f=p=p +p
e in f
3.7.1 tolérance: Quantité dont la valeur d’un paramétre par-
ticulier ou d’une grandeur est autorisée à s’écarter par rapport à
rendement effectif, Ve : Rapport de la puissance défi-
3.6.12
une valeur stipulée par les termes du contrat ou par tout autre
nie en 3.6.2 à la puissance effective à l’accouplement du com-
accord.
presseur ou à l’accouplement de l’organe de transmission sui-
vant les spécifications du contrat. II est donné par la formule
3.7.2 inexactitude: Quantité dont la valeur mesurée ou cal-
culée d’un paramètre ou d’une grandeur par rapport à sa valeur
2
vraie peut s’écarter du fait des erreurs inévitables dues au calcul
b dp),
4m
s et aux mesures.
1
Ve = = Vin Vf
pe
3.7.3 incertitude : Valeur maximale probable de I’inexacti-
tude d’un paramètre particulier ou d’une grandeur dont on peut
Sa valeur dépend du type d’évolution de référence adoptée.
dire avec un intervalle de confiance d’au moins 95 % que la
valeur mesurée ou calculée ne s’écarte pas de la valeur vraie
3.6.13 rendement primaire, II~,.: Rapport de la puissance
d’une quantité supérieure à inexactitude annoncée.
effective du compresseur à la puissance absorbée par la
machine d’entraînement. II est donné par la formule
4 Symboles et indices
pe
pe
21pr = p =
Les symboles et indices utilisés dans la présente Norme interna-
un pe + PPr
tionale sont conformes à I’ISO 31 et I’ISO 1000, et sont donnés
aux tableaux 3 et 4, respectivement.
3.6.14 rendement global de l’unité, vu,: Rendement de
l’unité qui tient compte de toutes les pertes d’énergie de l’unité
Les équations utilisées sont des équations aux dimensions
y compris celles du compresseur, de l’organe de transmission
homogènes.
et de la machine d’entraînement. II est donné par la formule
Afin de faciliter l’utilisation de la présente Norme internationale,
I? un = Ve VPt les facteurs de conversion sont donnés en annexe C.
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO5389:1992(F)
Tableau 3 - Symboles
~ ~~
Symbole Grandeur Définitions et observations Dimensionsl)
A Surface LZ
a Vitesse du son a=JZE LT-’
.
Largeur de la pointe de sortie de
b L
refoulement
Chaleur molaire à pression ML2T-20-1 mol-l
= Mc,
cP
constante
Chaleur molaire à volume constant ML2Tw2W1 mol-l
Cv = Mcv
CV
C Vitesse absolue LT-’
~ ~~-
LzT-2@-1
Chaleur massique à pression
cP
constante
LzT-2@-1
Chaleur massique à volume
+
constant
Diamètre de référence de la roue
D L
F Cou pie ML2T-2
Classe de précision sans dimension
G
Enthalpie L2T-2
h
Enthalpie totale L2T-2
h,
M Masse molaire Masse d’une mole M
Nombre de Mach de l’écoulement sans dimension
Ma
Ma = ?-
a
Nombre de Mach approché d’un sans dimension
Mat ZR Tt
qrn
gaz passant dans une section Ma, = - ~
r
Apt K
de surface A
Se réfère dans la présente Norme internationale aux sans dimension
Nombre de Mach périphérique
Ma,
(arbitraire) conditions à l’aspiration
m Exposant polytropique dans le sans dimension
Prn
- =
constante
diagramme p - T
T
Voir aussi 3.5.3.3
Proportion massique d’un sans dimension
mi
composant de gaz
1
N Vitesse de rotation
Rapport des vitesses réduites
Nr
:a,s dimension -
n Exposant polytropique dans le pvn = constante sans dimension
Voir aussi 3.4.1
diagramme p - V
ML2 T-3
P Puissance
Pression statique absolue Force exercée sur l’unité de surface en mouvement ML-’ T-2
P
avec le gaz
ML-’ T-2
Pression atmosphérique
Pa
Voir 8.1.3 ML-’ T-2
Pression dynamique
Pd
ML-1 T-2 -
Pression effective
=P-Pa
Pe
Pe
Pression de saturation à la température du mélange ML-’ T-2
Pression de saturatio
...
NORME
ISO
INTERNATIONALE
5389
Premiére édition
1992-05-l 5
Turbocompresseurs - Code d’essais des
performances
Turbocompressors - Performance test code
Numéro de référence
ISO 5389 : 1992 (FI
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO5389:1992 (FI
Sommaire
Page
..............................................
1
Domaine d’application
1
.............................................
1
Références normatives.
2
........................ 1
Définitions, formules et évolutions de référence.
3
................................................
7
4 Symboles et indices
.................... 12
Appareillage, méthodes et exactitude des mesurages
5
...............................................
16
Préparation de l’essai
6
18
Essais. .
7
.............................. 21
Calcul et conversion des résultats d’essai
8
...... 24
Comparaison des résultats avec l’es valeurs garanties et les tolérances
9
27
10 Rapportd’essai .
Annexes
Recommandations relatifs aux
A Propriétés des gaz et des mélanges de gaz -
31
facteurs de compressibilité et aux facteurs de compressibilité dérivés . . . . . . .
44
B Viscosité des gaz et des mélanges de gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
C Facteurs de conversion des unités hors du SI en unités SI . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
D Similitude de l’écoulement et conversion aux conditions de garantie . . . . . . . .
E Méthode de correction de l’incidence du nombre de Reynolds sur les
83
caractéristiques des compreseurs centrifuges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
F Exemples.
G Bibliographie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
0 ISO 1992
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-121 1 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 5389 : 1992 (F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est en général confiée aux comités techniques de I’ISO.
Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO col-
labore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales
requiert l’approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
La Norme internationale ISO 5389 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 118,
Compresseurs, outils et machines pneumatiques, sous-comité SC 1, Turbocompres-
seurs.
Les annexes A, B, C, D et E font partie intégrante de la présente Norme internationale.
Les annexes F et G sont données uniquement à titre d’information.
. . .
Ill
---------------------- Page: 3 ----------------------
60 5389 : 1992 (FI
Introduction
Les termes tels que (( garantie D et (( performance» utilisés dans la présente Norme inter-
nationale doivent être pris dans un sens technique mais non au sens contractuel. La
garantie est relative à un aspect spécifique de l’installation ou de son fonctionnement
tel que défini dans le contrat.
À l’aide de l’essai décrit dans la présente Norme internationale, les performances réel-
les peuvent être comparées avec les valeurs garanties.
Les conséquences contractuelles de tout écart ne font pas l’objet de la présente Norme
internationale. Un résultat satisfaisant de l’essai n’entraîne pas la réception au sens
contractuel du terme puisqu’une telle réception peut dépendre d’autres conditions sti-
pulées dans le contrat.
La présente Norme internationale donne des directives pour la conduite des essais de
compesseurs et l’exploitation des résultats afin d’établir leurs caractéristiques de per-
formances en fonction des valeurs garanties, les paramètres d’évaluation pouvant être
les suivants :
a) la quantité de gaz ou de vapeur débitée;
b) l’élévation de pression ou le taux de compression;
c) la puissance absorbée par la compression ou le rendement du compresseur
(selon des conditions prescrites);
d) la plage de fonctionnement stable: limites de pompage et de débit maximal.
Dans ce but, la présente Norme internationale établit des règles concernant:
a) la procédure d’essai (y compris les mesures à effectuer, la préparation et la
conduite de l’essai);
b) les instruments à utiliser afin d’obtenir une exactitude correcte;
c) les méthodes de conversion des résultats d’essai permettant de fournir des
valeurs pouvant être comparées avec les valeurs garanties;
d) les limites de confiance à accorder aux résultats d’essai après conversion selon
l’exactitude des mesures particulières.
---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE
ISO 5389 : 1992 (F)
Turbocompresseurs - Code d’essais des performances
1 Domaine d’application Pour des compresseurs identiques, produits en série, l’essai
d’un échantillon choisi arbitrairement peut faire l’objet d’un
La présente Norme internationale traite des soufflantes, des accord.
compresseurs et des extracteurs de type centrifuge, hélico-
centrifuge ou axial (ci-après dénommés turbocompresseurs)
2 Références normatives
avec ou sans refroidissement intermédiaire, véhiculant
n’importe quels vapeur ou gaz dont les propriétés physiques
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par
sont bien connues.
suite de la référence qui en est faite, constituent des disposi-
tions valables pour la présente Norme internationale. Au
Elle est applicable à tout procédé de compression avec ou sans
moment de la publication, les éditions indiquées étaient en
soutirage ou injection réalisée, en un ou plusieurs corps.
vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties pre-
nantes des accords fondés sur la présente Norme internationale
La présente Norme internationale ne donne aucune règle pour sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions
les plus récentes des normes indiquées ci-après. Les membres
les mesures ou toutes autres caractéristiques du compresseur
qui puissent faire l’objet d’une garantie, telles que: de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes interna-
tionales en vigueur à un moment donné.
a) les caractéristiques mécaniques;
ISO 31 (parties 0 à 13) 1 ), Grandeurs, unités et symboles.
b) les vibrations;
ISO Iooo : - 2), Unités SI et recommandations pour l’emploi de
leurs multiples et de certaines autres unités.
c) les pulsations;
ISO 5167-l : 1991, Mesure de débit des fluides au moyen d’appa-
reils déprimogènes - Par?ie 1: Diaphragmes, tuyères et tubes de
d) le niveau de bruit;
Venturiinsérés dans des conduites en charge de section circulaire.
e) l’entretien et la fiabilité;
3
Définitions, formules et évolutions de
f) les questions commerciales.
référence
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les défini-
La présente Norme internationale est basée sur les lois de simili-
tions suivantes s’appliquent.
tude des écoulements des fluides (triangles des vitesses sem-
blables). L’observation de ces lois oblige à respecter certaines
3.1 Définitions relatives aux performances
règles lors de la réalisation des essais de réception. Dans tous
du compresseur
les cas où il n’est pas possible de suivre d’assez près ces règles,
la présente Norme internationale doit faire l’objet d’un accord
mutuel. Les compresseurs véhiculant des gaz dont les proprié- 3.1 .l point normal d’aspiration : Point d’aspiration consi-
tés physiques ne sont pas suffisamment bien connues ne peu- déré comme représentatif pour le compresseur. II est générale-
vent être essayés qu’avec certaines réserves. ment à la bride d’aspiration du compresseur.
1) Actuellement en révision.
2)
À publier. (Révision de I’ISO 1000 : 1981.1
1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 5389 : 1992 (F)
3.1.2 point normal de refoulement: Point de refoulement 3.3 Évolution de référence
considéré comme représentatif pour le compresseur. II est
généralement à la bride de refoulement du compresseur. La détermination de la puissance interne (3.6.5) est basée sur
l’hypothèse d’une évolution de référence réversible, d’où la
nécessité de définir le rendement correspondant qui tienne
3.1.3 Quantité de gaz ou de vapeur débitée
compte des pertes d’énergie dues à I’irréversibilité de I’évolu-
tion de compression réelle.
3.1.3.1 débit-masse utile pour un compresseur: D&it-
L’évolution de référence est caractérisée par la loi :
masse refoulé au point normal de refoulement.
p= v
f( )
3.1.3.2 débit-masse utile pour un extracteur : Débit-
masse aspiré au point normal d’aspiration.
qui est utilisée pour déterminer le travail massique de com-
pression :
3.1.3.3 débit-volume réel à l’aspiration d’un compres-
2
seur: Débit-volume réel comprimé et refoulé au point normal
wm =
v dP
de refoulement, dans les conditions de température, de pres-
s
1
sion et de composition (par exemple humidité) existant au point
normal d’aspiration.
Le travail massique de compression total est ainsi déterminé à
partir de l’équation :
3.1.3.4 débit-volume réel à l’aspiration d’un extracteur:
Débit-volume réel aspiré au point normal d’aspiration. 2 2
c2 -?
W = wm +
m, t
2
NOTES
1 Sauf spécification contraire, le débit-volume réel à l’aspiration se
Par approximation, pour de faibles vitesses d’écoulement
rapporte à la température et à la pression totales.
(Ma < 0,2) qui règnent normalement à l’aspiration et au refou-
2 Pour les mélanges gaz-vapeur, voir A.4.2.7. lement des tubulures, les pressions et températures totales
peuvent être utilisées directement dans le calcul :
3.2 Formules de base pour les gaz
2
W
b dp),
m,t =
s
Les formules de base pour les gaz sont données au tableau 1. 1
Tableau 1 - Formules de base pour les gaz
Formule
NO Terme
Pour un gaz réel Pour un gaz parfait
pV = RT
3.2.1 équation d’état pV = ZRT
-
facteur de
3.2.2 1
compressibilité
-
facteur de déviation
y2(~)T:,+g/)T Yr,
3.2.3
isotherme
-
facteur de déviation
3.2.4 x=g-.g)p-l=g.$$)p x=0
isobare
v aP Y cP
-- -
= =
3.2.5 exposant isentropique K K y=-
av s=T
P
CV
( >
NOTES
1 Les données servant de référence pour la détermination des propriétés des gaz doivent être convenues
entre client et fournisseur.
2 L’article A. 1 traite des considérations générales relatives aux propiétés thermodynamiques des gaz et des
mélanges de gaz.
3 L’article A.2 traite de considérations particulières pour quelques gaz parmi les plus courants.
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 5389 : 1992 (FI
3.4.1.2 Le travail de compression massique dans des condi-
3.4 Évolutions de référence à utiliser pour des gaz
tions statiques se calcule par
parfaits ou presque parfaits
n- 1
II est recommandé d’utiliser les méthodes suivantes de détermi-
nation du travail massique de compression :
W ~(ydp)p,l = (~)Plq [e)*-’
m,pol =
s
- lorsqu’un accord a été conclu entre le client et le fournis-
seur, ou
En raison du libre choix de la valeur de l’exposant n, la
3.4.1.3
- lorsque la divergence entre les propriétés du gaz par rap-
compression polytropique offre dans sa forme générale une
port aux lois des gaz parfaits en tout point de l’évolution de
large possibilité d’adaptation à tout mode d’évolution. Avec
la compression dans un compresseur non refroidi ou en tout
n = y, la compression devient isentropique. Lorsque n tend
point d’une section de la compression comprise entre deux
vers 1, la compression s’approche de l’évolution isotherme.
refroidisseurs intermédiaires successifs dans un compres-
Dans le cas de compresseurs multi-étagés, si la référence à une
seur refroidi, n’excède pas les limites données dans le
compression globale ne permet pas de suivre l’évolution réelle
tableau 2 pour le taux de compression correspondant.
avec suffisamment de précision, on peut découper la compres-
sion en plusieurs sections de compressions polytropiques. II
Dans les limites données, les erreurs commises sur le calcul du
s’ensuit que la compression polytropique convient aux com-
travail de compression massique suivant une évolution isentro-
presseurs refroidis et non refroidis mono-étagés et multi-
pique et sur celui du volume massique au refoulement sont res-
étagés.
pectivement inférieures à 1 % et 2 % lorsque les calculs ont été
effectués en considérant que le gaz est un gaz parfait et non
réel. 3.4.1.4 Dans le cas de compresseurs comportant une réfrigé-
ration intermédiaire, la compression polytropique rend aussi
Dans la plupart des cas, il est recommandé d’utiliser la com- bien compte d’une compression isotherme que d’une compres-
sion isentropique. La première est obtenue lorsque la réfrigéra-
pression polytropique comme évolution de référence.
tion est suffisante pour maintenir la température constante, la
Par contre, si le gaz véhiculé lors de l’essai de réception a un seconde lorsque la réfrigération ne fait que compenser les per-
rapport de chaleurs spécifiques qui s’écarte de plus de 1 % de tes aérodynamiques. Par approximation, on déterminera
celui du gaz garanti, il convient d’utiliser une compression poly- l’exposant n approprié et le nombre de sections en fonction de
tropique. la disposition et de l’efficacité du système de réfrigération.
3.4.1 Compression polytropique 3.4.1.5 Dans le cas de compresseurs non refroidis (compres-
sion adiabatique), on se réfère souvent à l’évolution isentropi-
que mais, dans ce cas également, l’évolution polytropique per-
3.4.1.1 Une compression polytropique suit la loi
met une meilleure estimation des pertes aérodynamiques du
compresseur. Elle tient compte de l’augmentation du travail de
= constante
P@ = Pl qn
compression due à l’effet de réchauffage. Cet accroissement
est particulièrement sensible soit avec des taux de compression
avec, pour les gaz parfaits
élevés, soit avec des rendements faibles.
p2
b -
3.4.2 Compression isentropique
Pl
! i
=
n
P2 T1
3.4.2.1 Dans cette évolution de référence, la compression se
Ig -.-
Pi T2 fait sur toute la gamme des pressions à entropie constante
( 1
Tableau 21) - Limites pour le taux de compression
Taux de
Rapport maximal
compression2)
entre les valeurs
X X Y Y
max min max min
P2
maximale et minimale
de K (= y)
Pl
1,4 1,12 0,279 - 0,344 1,071 0,925
2 1,lO 0,167 -
0,175 1,034 0,964
4 0,073
1,09 0,071 - 1,017 0,982
8 1,08 0,050 - 0,041 0,988
1 ,011
16 l,O7 0,033 - 0,031 1,008 0,991
32 1,06 0,028 -
0,025 Loo6 0,993
1) Extrait de 111.
2) Pour des taux de compression compris entre ceux qui sont indiqués, les valeurs limites sont obtenues
par interpolation.
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
(selon qu’il s’agisse d’une machine mono-étagée ou multi- 3.5.3 Méthode de l’analyse polytropique (méthode de
étagée), c’est-à-dire avec n = K. Schultz)
3.4.2.2 La compression isentropique suit la loi
3.5.3.1 Les formules suivantes proviennent de la méthode
présentée par Schultz (voir [21).
pvK = p1 v,K = constante
3.5.3.2 La détermination de l’exposant n dans le cas général
3.4.2.3 Le travail massique de compression dans des condi-
des gaz réels est faite en supposant que le rendement reste
tions statiques est exprimé à partir de l’équation
constant au cours de l’évolution :
2
2
W
(vdp& = K
(v dP)p,l
m,s =
s s
K-l dP 1
1
- =
qpd = ’ dh
h2 - hl
3.4.3 Compression isotherme
3.5.3.3 Ceci permet de déterminer un exposant polytropique
Dans cette évolution de référence, la compression se fait à tem-
moyen avec une approximation suffisante :
pérature constante sur la totalité (mono-étagée) ou une partie
(multi-étagée) de la plage des pressions. La règle est d’utiliser la
1
= -
température Tl à l’admission du compresseur ou de la section
n
Y, - m (1 + X,)
considérée. L’exposant n = 1 et le travail massique de com-
pression dans des conditions statiques est défini par l’équation.
où
2
W
(v dpjT = p1 v1 In
m,T =
s
1
3.5 Évolutions de référence à utiliser pour des gaz
réels
RZM
3.5.1 Généralités Vpol =
- RZM XM
mcpM
Lorsqu’on dispose de tableaux, d’équations d’états ou de dia-
grammes pour les données thermodynamiques appropriées, il avec les moyennes pour le débit de gaz
est souhaitable de les utiliser pour le calcul du travail massique
de compression (voir 3.5.2).
21 + 22
2, =
2
Lorsqu’on ne dispose pas de tels tableaux, d’équations d’états
ou de diagrammes et que l’on se trouve en dehors des limites
Xl + x2
du tableau 2, il y a lieu d’utiliser la compression polytropique
x, =
2
comme évolution de référence et le travail massique de com-
pression est calculé par la méthode d’analyse polytropique de
Schultz (voir 35.3 et [21).
Cpi + Cp2
cpM =
2
3.5.2 Méthode utilisant des tableaux ou des diagrammes
Les moyennes ci-dessus correspondent à une simplification
Si possible, il vaut mieux déterminer les propriétés thermodyna-
P2
valable pour des taux de compression - < 4.
miques des gaz, en particulier des mélanges de gaz à partir des
pi
tables et des équations d’états car, en général, les diagrammes
sont moins précis (voir articles A.1 à A.3).
Pour des taux de compression plus élevés, il est souhaitable de
suivre la méthode de Schultz, c’est-k-dire d’utiliser les moyen-
Les propriétés figurant dans les diagrammes et les tableaux,
nes obtenues à partir d’une double pondération du point cen-
maintenant souvent présentées sous forme de programme
tral. Le point central peut être choisi égal à la racine carrée du
d’ordinateur, peuvent être incluses comme sous-programmes
taux de compression et à la moitié de l’élévation de tempéra-
dans le calcul du compresseur et des résultats de l’essai.
ture.
Les informations particulières concernant la détermination de
Pour les taux de compression inférieurs ou égaux à 4, la diffé-
ces propriétés et des évolutions ne sont pas répertoriées ici en
rence entre les résultats obtenus par les deux méthodes est
raison du grand nombre d’évolutions et de valeurs utilisées.
inférieure à 0,2 % pour le travail massique de compression et à
L’utilisateur de la présente Norme internationale devra se repor-
0,5 OC pour la température au refoulement.
ter aux publications correspondantes.
4
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ISO5389:1992 (FI
3.5.3.4 Théoriquement, l’estimation exacte du travail massi- Sauf spécification contraire, le rendement de référence est basé
que de compression polytropique suppose le calcul préalable
sur les conditions totales et la formule devient
du facteur < à l’aide de la formule
(c 2 - C12)
h’2 - hl
wm+ 2
2
K
rt =
R (Z2T2 - ZITll
h
- ht1
t2 ,
k - 1)
où
Lorsqu’il existe une installation de réfrigération dans la machine
(ou une section de la machine) considérée, la formule devient
est I’enthalpie à l’aspiration;
hl
est I’enthalpie au refoulement si l’évolution avait été
h'2 (c 2 - Cl21
isentropique. wm+ 2
2
Ylt =
NOTE - Lorsqu’on ne dispose pas de valeurs particulières pour les fac-
h
-ht1 - QI -2
0
,
teurs X, Y et 2, on peut extraire les valeurs des courbes données en
annexe D.
où Ql _ 2 est la quantité de chaleur enlevée de la machine (ou
section de la machine) par l’installation de réfrigération.
3.5.3.5 Le travail massique de compression dans des condi-
La définition ci-dessus n’est complète que si le type de I’évolu-
tions statiques peut ainsi être déterminé à l’aide de la formule
tion de référence adoptée est indiqué par l’indice correspon-
2 dant. Par conséquent, les divers rendements de référence sont
ZMRT1
p2 m - 1
W
(v dp),oI = - r donnés par les formules suivantes.
m,pol =
m
s
Fi
1
[i, 1
NOTE - Cette équation n’est pas strictement exacte (voir [Z]) et ne 3.6.1 .l Le rendement polytropique :
devrait être utilisée que si le facteur de compressibilité 2 est quasiment
constant tout au long de l’évolution de compression.
W
m,Pol
Vpol =
L’équation de Wm pol donnée à la figure D.9 peut également h2 - hl - QI - 2
être utilisée. ’
(c22 - Cl21
W
P2
m,pol +
3.5.3.6 Pour des taux de compression - < 4, on peut 2
Vpol,t =
Pl
- ht1 - QI - 2
ht,2 I
admettre que le facteur de correction c est égal à 1 et peut, par
conséquent, être omis dans le calcul.
Voir aussi 3.5.3.3.
3.5.3.7 Pour les essais en similitude des compresseurs sans
3.6.1.2 Le rendement isentropique :
réfrigération intermédiaire, on devra considérer une évolution
en une seule section en déterminant un exposant polytropique
W
m,s
moyen tel que défini ci-dessus.
vs =
h2 - hl - QI - 2
3.5.3.8 Pour les essais de compresseurs avec réfrigération
intermédiaire, il convient de considérer l’évolution dans plusieurs
(c22 - Cl21
sections avec des exposants polytropiques adaptés à chaque
w +
m,s
2
section comprise entre deux refroidisseurs intermédiaires.
‘Is,t =
h
- ht1 - QI - 2
t2 I
3.5.3.9 Les calculs de similitude d’après la méthode de
Schultz sont indiqués schématiquement à la figure 0.7.
3.6.1.3 Le rendement isotherme :
3.6 Définition des rendements, des puissances et W
m,T
I?l- =
des pertes par rapport à l’évolution de référence
h2 - hl - QI - 2
3.6.1 rendement de référence, qpol, vs ou VT: Rapport du
2 - C12)
(c
travail massique de compression à l’élévation d’enthalpie totale
w + 2
m,T
2
dans la machine (ou section de la machine) sans installation de
qT,t = h
réfrigération et dans les conditions statiques telles que définies
t,2 - ht,1 - QI - 2
par la formule
2 3.6.2 puissance de référence, P,,,, PS ou Pr: Puissance
absorbée par le gaz pendant l’évolution de référence réversible
v dP
s
1 Wrn
en excluant toutes les pertes. Elle doit être définie à l’aide de
=-
r=
h2 - hl l’indice correspondant à l’évolution de référence adoptée.
h2 - hl
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Les formules donnant la puissance de référence sont différen- 3.6.5 puissance interne, Pin : Puissance effectivement
tes suivant le mode de calcul du travail massique de compres-
absorbée par le gaz pendant l’évolution réelle de compression.
sion. Elle est donnée par la formule
Sauf spécification contraire, la puissance de référence est P
Pin = -A?!@ + Qa + P,
basée sur les conditions totales, et est donnée par les formules
q pol,t
suivantes.
ou
Puissance polytropique de référence
3.6.2.1
P
pin = -G
+ Qa + PL
2 2
11
s,t
c2 -c1
P
wm, pol + 2
= qm
Pol, t
1
( ou
3.6.2.2 Puissance isentropique de référence
pT t
pin = I
+ Qa + PL
qT,t
2 2
c2 -c1
P w +
s,t = 4m ns
2
( i Pour les compresseurs avec réfrigération intermédiaire on
effectuera la somme des puissances internes de chaque section
comprise entre deux réfrigérations successives :
3.6.2.3 Puissance isotherme de référence
= pi,, + Pin,, + . . . + Pin.
pin
l
2 2
c2 -c1
PT,t = qm Wm,T +
2
3.6.6 pertes de puissance mécaniques, Pf : Pertes dues au
frottement dans les paliers, les dispositifs d’étanchéité et toute
Lorsque le nombre de Mach local aux points normaux d’aspira-
transmission associée contractuellement au compresseur.
tion et de refoulement est inférieur à 0’2, on peut calculer avec
une précision suffisante la puissance de référence directement
à partir des conditions totales en utilisant les formules 3.6.7 puissance effective du compresseur, P, : Puissance
absorbée à l’accouplement du compresseur ou à I’accouple-
d’approximation suivantes :
ment de l’organe de transmission suivant les spécifications du
2
contrat. Elle est donnée par la formule
P z 4m wm pol t = 4m (v w pol
I I ,
Pol, t
s
1
P, =
pin + pf
2
s
P (v dP),
z qm wm I s I t = 4m I
3.6.8 perte de puissance dans la machine d’entraîne-
s, t
s
1
ment, Pp,: Perte de puissance dans la turbine ou dans toute
autre machine d’entraînement du compresseur ou de l’organe
2
d’entraînement intermédiaire.
z qm Wm,T,t = qm (Vdp)t T
,
pT, t
s
1
3.6.9 puissance totale de l’unité, Puni Puissance donnée
pertes par transmission de chaleur, Q,: Pertes dues
3.6.3 par la formule
à la diffusion de chaleur par la surface extérieure A,, du corps
P = P, + P,,
du compresseur dans I’atmosphére ambiante et sont exprimées
un
par la formule
3.6.10 rendement interne, vin : Rapport de la puissance
= aACs (tMCs - ta)
Q
a
définie en 3.6.2 à la puissance interne. Sa valeur dépend du
type d’évolution de référence adoptée. Le rendement interne
II suffit généralement de supposer une valeur approximative
est donné par les formules
pour a égale à
P
a = 14 W/(m2m K)
pou
Vin, pol = -
Pin
pourvu que la valeur résultante de Qa ne dépasse pas Of02 Pe.
P
s,t
3.6.4 pertes de puissance dues aux fuites, PL: Pertes
Ylin,s =
pin
dues aux fuites à travers les labyrinthes extérieurs est générale-
ment déterminées par la formule
PT,t
%n,T =
P, =
C 4m,L ’ Aht,
pin
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ISO 5389 : 1992 (FI
3.6.11 rendement mécanique, qf: Rapport de la puissance 3.7 Définition de la tolérance, l’inexactitude
interne à la puissance effective à l’accouplement du compres-
et l’incertitude
seur ou à l’accouplement de l’organe de transmission suivant
les spécifications du contrat. II est donné par la formule
Dans la présente Norme internationale les termes de Holé-
rance )), G inexactitude H et G incertitude M ont des significations
bien différentes.
Pin Pin
?7f=p=p +p
e in f
3.7.1 tolérance: Quantité dont la valeur d’un paramétre par-
ticulier ou d’une grandeur est autorisée à s’écarter par rapport à
rendement effectif, Ve : Rapport de la puissance défi-
3.6.12
une valeur stipulée par les termes du contrat ou par tout autre
nie en 3.6.2 à la puissance effective à l’accouplement du com-
accord.
presseur ou à l’accouplement de l’organe de transmission sui-
vant les spécifications du contrat. II est donné par la formule
3.7.2 inexactitude: Quantité dont la valeur mesurée ou cal-
culée d’un paramètre ou d’une grandeur par rapport à sa valeur
2
vraie peut s’écarter du fait des erreurs inévitables dues au calcul
b dp),
4m
s et aux mesures.
1
Ve = = Vin Vf
pe
3.7.3 incertitude : Valeur maximale probable de I’inexacti-
tude d’un paramètre particulier ou d’une grandeur dont on peut
Sa valeur dépend du type d’évolution de référence adoptée.
dire avec un intervalle de confiance d’au moins 95 % que la
valeur mesurée ou calculée ne s’écarte pas de la valeur vraie
3.6.13 rendement primaire, II~,.: Rapport de la puissance
d’une quantité supérieure à inexactitude annoncée.
effective du compresseur à la puissance absorbée par la
machine d’entraînement. II est donné par la formule
4 Symboles et indices
pe
pe
21pr = p =
Les symboles et indices utilisés dans la présente Norme interna-
un pe + PPr
tionale sont conformes à I’ISO 31 et I’ISO 1000, et sont donnés
aux tableaux 3 et 4, respectivement.
3.6.14 rendement global de l’unité, vu,: Rendement de
l’unité qui tient compte de toutes les pertes d’énergie de l’unité
Les équations utilisées sont des équations aux dimensions
y compris celles du compresseur, de l’organe de transmission
homogènes.
et de la machine d’entraînement. II est donné par la formule
Afin de faciliter l’utilisation de la présente Norme internationale,
I? un = Ve VPt les facteurs de conversion sont donnés en annexe C.
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ISO5389:1992(F)
Tableau 3 - Symboles
~ ~~
Symbole Grandeur Définitions et observations Dimensionsl)
A Surface LZ
a Vitesse du son a=JZE LT-’
.
Largeur de la pointe de sortie de
b L
refoulement
Chaleur molaire à pression ML2T-20-1 mol-l
= Mc,
cP
constante
Chaleur molaire à volume constant ML2Tw2W1 mol-l
Cv = Mcv
CV
C Vitesse absolue LT-’
~ ~~-
LzT-2@-1
Chaleur massique à pression
cP
constante
LzT-2@-1
Chaleur massique à volume
+
constant
Diamètre de référence de la roue
D L
F Cou pie ML2T-2
Classe de précision sans dimension
G
Enthalpie L2T-2
h
Enthalpie totale L2T-2
h,
M Masse molaire Masse d’une mole M
Nombre de Mach de l’écoulement sans dimension
Ma
Ma = ?-
a
Nombre de Mach approché d’un sans dimension
Mat ZR Tt
qrn
gaz passant dans une section Ma, = - ~
r
Apt K
de surface A
Se réfère dans la présente Norme internationale aux sans dimension
Nombre de Mach périphérique
Ma,
(arbitraire) conditions à l’aspiration
m Exposant polytropique dans le sans dimension
Prn
- =
constante
diagramme p - T
T
Voir aussi 3.5.3.3
Proportion massique d’un sans dimension
mi
composant de gaz
1
N Vitesse de rotation
Rapport des vitesses réduites
Nr
:a,s dimension -
n Exposant polytropique dans le pvn = constante sans dimension
Voir aussi 3.4.1
diagramme p - V
ML2 T-3
P Puissance
Pression statique absolue Force exercée sur l’unité de surface en mouvement ML-’ T-2
P
avec le gaz
ML-’ T-2
Pression atmosphérique
Pa
Voir 8.1.3 ML-’ T-2
Pression dynamique
Pd
ML-1 T-2 -
Pression effective
=P-Pa
Pe
Pe
Pression de saturation à la température du mélange ML-’ T-2
Pression de saturatio
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.