Générateurs d’azote pour l’aéronautique : maintenance et production
Un générateur d’azote pour l’aéronautique produit de l’azote à partir de l’air comprimé, directement sur votre site, à des qualités comprises entre 97 % et 99,999 % : pour les pneus, les amortisseurs, la purge, l’autoclave et le laser. Un générateur NITROBERG® se dimensionne sur ce que ces points d’utilisation consomment réellement, et cette page passe cela en revue avant qu’un modèle soit choisi.
Ce qu’un générateur d’azote doit fournir en aéronautique
Sur un site de maintenance, l’azote sert à quatre usages. Les pneus montés sur roues freinées sont gonflés à l’atelier roues et freins, puis complétés en escale, et c’est là que passe l’essentiel du volume. Les amortisseurs et les accumulateurs hydrauliques sont rechargés sur l’avion, à une pression bien plus élevée et en quantités bien plus faibles. Les composants des circuits carburant et hydraulique ouverts pour réparation sont purgés, afin que vapeurs et humidité soient chassées avant le début des travaux et que la pièce soit sèche au remontage. Et au dépôt de carburant, les installations de stockage et de transfert peuvent être mises en couverture gazeuse pour que le ciel gazeux reste hors du domaine d’inflammabilité.
Côté production, l’azote sert à d’autres fins. Les pièces composites sont cuites dans un autoclave mis en pression à l’azote plutôt qu’à l’air, parce que la chaleur dégagée par la résine pendant la cuisson fait d’une atmosphère riche en oxygène sous pression un risque d’incendie. Les pièces inoxydables découpées au laser demandent de l’azote comme gaz d’assistance pour obtenir un chant sans oxydation ; le gaz d’assistance se choisit selon le matériau, et le titane se découpe sous argon. Les bancs d’essai et les bancs de contrôle de composants sont purgés afin de chasser vapeurs et humidité résiduelles avant et après un essai.
Dans cette liste, le point d’utilisation qui consomme le plus de gaz et celui qui fixe la pureté la plus élevée sont deux points différents, et l’écart entre les deux est large. Une seule technologie couvre l’ensemble. L’air comprimé traverse un lit de tamis moléculaire carboné qui retient l’oxygène, le dioxyde de carbone et l’humidité résiduelle bien plus vite que l’azote, et deux lits alternent, l’un produit pendant que l’autre se régénère à plus basse pression. La page sur le générateur d’azote PSA décrit ce cycle étape par étape, et l’article sur le tamis moléculaire carboné explique pourquoi ce seul composant fixe le plafond de ce que la machine peut atteindre.
Quelle pureté d’azote exige chaque opération aéronautique
Sur un site, la pureté est le plus souvent spécifiée une seule fois, pour tout le monde, par celui qui se trouvait avoir le procédé le plus exigeant. En aéronautique, c’est une habitude coûteuse, car la plus faible et la plus forte exigence de la liste ci-dessous sont très éloignées l’une de l’autre. Les qualités indiquées sont celles retenues habituellement en pratique. Prenez-les comme point de départ et confrontez-les à la documentation de maintenance et à vos propres spécifications de procédé, car l’exigence évolue avec le type d’avion, le composant et la procédure d’atelier.
Lisez la colonne de droite de haut en bas plutôt que ligne par ligne.
| Opération | Qualité usuelle | Rôle de l’azote | Facteur dimensionnant |
|---|---|---|---|
| Pneus montés sur roues freinées | 97 % et plus | Gonflage au gaz inerte qui maintient la teneur en oxygène du pneu sous la limite | Volume |
| Amortisseurs et accumulateurs hydrauliques | 99,5 % et plus | Ressort à gaz dans l’amortisseur, prégonflage dans l’accumulateur | Volume |
| Purge des composants carburant et hydrauliques en réparation | 99,5 % et plus | Chasse vapeurs et humidité avant et après intervention | Volume |
| Couverture gazeuse des installations de stockage et de transfert du dépôt de carburant | 97 % et plus | Maintient le ciel gazeux hors du domaine d’inflammabilité | Volume |
| Cuisson en autoclave des pièces composites | 99 % et plus | Gaz de mise en pression qui n’entretient pas la combustion | Volume |
| Découpe laser de pièces inoxydables | 99,999 % | Gaz d’assistance pour un chant sans oxydation | Pureté |
| Bancs d’essai et bancs de contrôle de composants | 99 % et plus | Gaz de purge et atmosphère inerte | Volume |
Tout ce dont le dimensionnement se joue sur la quantité porte la mention Volume, et la quasi-totalité est couverte bien en dessous de 99,9 %. Une seule ligne porte la mention Pureté. Si le laser et le hangar partagent une alimentation, le hangar tourne à la qualité du laser et la paie à chaque heure de fonctionnement. Ce partage est le cas le plus fréquent. Le raisonnement s’inverse là où le point d’utilisation le plus exigeant en qualité est aussi le plus gros : un laser qui tourne en continu, par exemple, où la qualité élevée fixe aussi le volume. Lorsqu’un amortisseur ou un accumulateur est rechargé selon une spécification d’azote technique publiée plutôt que selon une procédure d’atelier, le seuil de ces spécifications est de 99,5 %.
La ligne des pneus est la seule qui repose sur une exigence publiée et non sur un usage d’atelier, et elle mérite d’être lue de près, car elle fixe le plancher pour tout le site. Pour les pneus montés sur roues freinées des avions de transport de plus de 34 019 kg (75 000 lb), l’exigence de navigabilité est que le mélange gazeux contenu dans le pneu ne dépasse pas 5 % d’oxygène en volume. Plusieurs réglementations nationales appliquent la même limite de 5 % à partir de 5 700 kg. La raison en est thermique. Un pneu suffisamment échauffé, par un frein qui traîne par exemple, peut libérer des gaz volatils de sa gomme intérieure, et c’est l’oxygène du gaz emprisonné qui transforme cela en incendie dans le logement du train d’atterrissage. Pour un générateur, c’est un chiffre confortable : la qualité la plus basse de la gamme NITROBERG® est de 97 %, ce qui laisse une large marge sous la limite, et c’est la qualité dont la demande en air comprimé est la plus faible de toute la gamme.
Ce que chaque qualité coûte en air comprimé
Chaque taille NITROBERG® consomme une quantité définie d’air comprimé par mètre cube d’azote produit, et sur un site aéronautique, c’est ce chiffre qui dimensionne le local compresseur. Ce rapport, appelé facteur d’air, est identique sur toute la gamme et ne dépend que de la pureté réglée.
| Pureté | 97 % | 98 % | 99 % | 99,5 % | 99,9 % | 99,99 % | 99,995 % | 99,999 % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Facteur d’air | 2,3 | 2,3 | 2,6 | 2,9 | 3,4 | 4,6 | 5,2 | 6,4 |
Faites le calcul avec les chiffres d’un site réel. Une base de maintenance qui tire 60 Nm³/h pour les pneus, les amortisseurs et la purge demande environ 138 Nm³/h d’air comprimé à 97 %. Spécifiez plutôt 99,999 % pour tout le site, parce qu’un seul laser de l’atelier de fabrication en a besoin, et les mêmes 60 Nm³/h en réclameront environ 384 Nm³/h : près de trois fois le compresseur, trois fois l’électricité et trois fois le local compresseur, pour une qualité de gaz qu’un pneu ne peut pas utiliser.
C’est tout l’argument en faveur d’alimentations séparées plutôt que d’une alimentation centralisée. Le laser sur sa propre ligne haute pureté, l’atelier et l’infrastructure sur la leur, moins chère, chacune dimensionnée pour ce qu’elle fait. L’article sur les coûts et l’amortissement aborde le volet coûts d’exploitation de cette décision.
Comment dimensionner un générateur d’azote pour l’aéronautique
Listez chaque point d’utilisation séparément
Relevez une valeur par point d’utilisation : l’atelier roues et freins, la maintenance en ligne, la recharge des amortisseurs et des accumulateurs, le poste de purge, l’autoclave, le laser, les bancs d’essai. Séparez ensuite ce qui tire en continu de ce qui tire par à-coups. Un changement de roue est une pointe, pas une charge permanente, et une installation dimensionnée sur la somme de toutes les pointes est une installation dont personne n’avait besoin.
Laissez l’opération fixer la pureté
Prenez le poste le plus exigeant de votre liste, puis demandez-vous si elle a sa place sur la même alimentation que le reste. Sur un site aéronautique, la réponse est en général non, car près d’un facteur trois sépare leur besoin en air comprimé.
Décidez du réservoir tampon et de la réserve
Lorsqu’un avion doit être remis en service pour son créneau, cette contrainte pèse sur le dimensionnement avant même le choix d’un modèle. Le réservoir tampon constitue une réserve, et sa taille découle de la plus longue interruption que votre exploitation peut absorber. Tranchez cette question avant de comparer des modèles.
Vérifiez l’air comprimé, en quantité et en qualité
Multipliez le débit de l’étape 1 par le facteur d’air et vous obtenez la demande que devra couvrir le local compresseur. La qualité de l’air compte autant que la quantité et c’est le point qu’on oublie : les entraînements d’huile et l’humidité résiduelle raccourcissent la durée de vie du tamis moléculaire carboné, si bien qu’un sécheur sous-dimensionné coûte plus cher sur cinq ans qu’un compresseur légèrement sous-dimensionné. Les générateurs NITROBERG® requièrent un air comprimé conforme à ISO 8573-1:2010 classe 1.4.1 à 7 bar(g).
Besoin d’un dimensionnement pour votre application ?
Indiquez-nous les points où l’azote est consommé et vos données d’exploitation. Notre équipe d’ingénierie dimensionnera le générateur et confirmera la configuration. Si un échange de vive voix est plus rapide, appelez le +49 2151 568 9550.
Amener le gaz à la pression de gonflage
Un réservoir tampon et un étage de compression amènent l’azote à la pression de gonflage, et c’est de là que se remplissent la ligne d’atelier ou le chariot de gonflage. Ce qui change avec l’arrivée d’un générateur, c’est la provenance du gaz. La manière de gonfler une roue ou de recharger un amortisseur, elle, ne change pas.
Le générateur produit le gaz et le refoule dans la ligne d’azote, à la pression du réseau d’air comprimé. Seul, il n’amène pas ce gaz à la pression à laquelle travaillent une valve de pneu ou un point de recharge d’amortisseur, et c’est pourquoi l’étage de compression se dimensionne avec l’installation. Le gonflage des pneus s’effectue à une pression supérieure à celle d’un réseau d’air d’atelier, et la recharge des amortisseurs et des accumulateurs bien au-delà encore.
Pour la planification, cela signifie que la pression fait partie des premiers chiffres que vous transmettez, à côté du débit et de la pureté, parce qu’elle détermine ce qui s’intercale entre la machine et le point d’utilisation. Là où le site ne dispose pas d’un réseau d’air comprimé adapté au départ, le package de production d’azote réunit le générateur, la production d’air comprimé, le traitement, le stockage et le système de commande dans une unité préassemblée, en configurations plug-and-play pour les NITROBERG® 500 à 900.
L’azote produit sur site face aux cadres de bouteilles et à l’azote liquide
Les cadres de bouteilles comme les cuves d’azote liquide apportent la pureté, et tous deux continuent de coûter pendant que le hangar est calme. La location court pendant les semaines creuses, l’évaporation court la nuit, les contrats portent des clauses d’indexation, les bouteilles pleines comme les vides occupent de la place dans un hangar où le mètre carré coûte cher, et le cadre a tendance à se vider sur l’avion qui doit repartir le soir même. La production sur site remplace cela par un investissement et une facture d’électricité. Face à une fourniture d’azote liquide, l’amortissement d’un générateur PSA de Berg se situe généralement entre deux et trois ans.
Une pureté que vous réglez
Le générateur est réglé sur la qualité qu’exigent vos opérations, et non sur la plus élevée du site. Cela compte ici, car le besoin qui déplace le plus de gaz se situe en bas de la plage de pureté et bénéficie du facteur d’air le plus faible.
Pièces d’usure standard
Les filtres et les consommables sont des articles standard disponibles dans le commerce, commandés comme n’importe quelle autre fourniture du magasin du hangar. L’achat ne s’accompagne d’aucun programme de pièces détachées imposé, et il vaut la peine de demander à chaque fournisseur que vous comparez d’où viennent ses filtres.
Une capacité qui suit le site
Un simple atelier roues et freins et une base de maintenance disposant de sa propre production de pièces ont des besoins très différents, et tous deux entrent dans la gamme NITROBERG®, de 1,2 à 1 709,1 Nm³/h. La capacité peut être étendue à mesure que l’exploitation se développe.
Un accès direct au bureau d’études
Les questions de dimensionnement et de pression vont aux ingénieurs qui conçoivent les machines. La livraison, la mise en service et le service après-vente viennent d’un seul interlocuteur au sein du BERG Group, avec trois ans de garantie en standard et jusqu’à cinq ans avec un contrat de maintenance.
Les tailles NITROBERG® pour le hangar, la base de maintenance et l’usine
Cinq tailles de la gamme NITROBERG® couvrent la plage dans laquelle se situent habituellement un hangar, une base de maintenance ou un atelier de fabrication, et elles sont présentées ici aux trois qualités qui comptent sur cette page. Les besoins plus faibles se situent en bas de la gamme : le NITROBERG® 500 délivre 10,7 Nm³/h à 97 %.
| Modèle | N₂ à 97 % | N₂ à 99 % | N₂ à 99,999 % |
|---|---|---|---|
| NITROBERG® 500 | 10,7 Nm³/h | 7,1 Nm³/h | 1,2 Nm³/h |
| NITROBERG® 800 | 42,8 Nm³/h | 28,4 Nm³/h | 4,8 Nm³/h |
| NITROBERG® 1000 | 89,9 Nm³/h | 59,6 Nm³/h | 10,1 Nm³/h |
| NITROBERG® 1200 | 145,5 Nm³/h | 96,6 Nm³/h | 16,3 Nm³/h |
| NITROBERG® 1400 | 286,8 Nm³/h | 190,3 Nm³/h | 32,2 Nm³/h |
Les colonnes montrent trois qualités de référence ; lorsqu’un besoin se situe entre elles, la qualité est fixée lors du dimensionnement. Comparez les deux colonnes extrêmes. La machine qui délivre 145,5 Nm³/h à 97 % en délivre 16,3 Nm³/h à 99,999 %, un facteur neuf pour le même caisson. Alignez tout un site sur la qualité dont un seul laser a besoin et vous achetez plusieurs machines là où une seule aurait suffi.
La gamme se poursuit au-dessus de ces tailles jusqu’à 1 709,1 Nm³/h, où une seule machine alimente plusieurs bâtiments d’un site. Les équipements sous pression NITROBERG® concernés font l’objet d’une évaluation de la conformité au titre de la directive PED 2014/68/UE, dans les limites du domaine certifié. La conception et la fabrication sont Made in Germany.
La découpe laser, le besoin qui fixe la pureté sur cette page, dispose de sa propre page : le volet découpe est décrit sur la page générateur d’azote pour découpe laser. La gamme NITROBERG® complète se trouve sur la vue d’ensemble des générateurs d’azote.
FAQ : générateurs d’azote pour l’aéronautique
L’exigence est formulée comme une limite d’oxygène et non comme une qualité d’azote : pour les pneus montés sur roues freinées des avions de transport de plus de 34 019 kg, le mélange gazeux contenu dans le pneu ne doit pas dépasser 5 % d’oxygène en volume. Toutes les qualités que produit un générateur NITROBERG® restent largement sous cette limite, y compris la plus basse à 97 %. La pureté est une décision de configuration prise lors du dimensionnement et non une propriété figée de la machine : la vraie question est donc de savoir lequel de vos autres consommateurs exige davantage que les pneus. Les qualités plus élevées coûtent nettement plus cher à exploiter, car l’air comprimé nécessaire par mètre cube d’azote augmente avec la pureté réglée.
Non. Berg GaseTech assure l’alimentation en azote au sol, pour le hangar, la base de maintenance, le dépôt de carburant et l’atelier de fabrication.
Oui, avec un réservoir tampon et un étage de compression entre le générateur et le point d’utilisation. Un générateur refoule dans la ligne d’azote à la pression du réseau d’air comprimé, et le gonflage des pneus comme la recharge des amortisseurs et des accumulateurs s’effectuent à une pression supérieure, si bien que cette élévation fait partie de la conception de l’installation. C’est pourquoi la pression a sa place dans la demande de prix, à côté du débit et de la pureté. Indiquez-nous les pressions de gonflage auxquelles vous travaillez et nous construirons la configuration autour de ces valeurs.
Oui. Le générateur fonctionne à l’air comprimé, et la quantité dépend de la pureté choisie : multipliez votre besoin en azote par le facteur d’air, qui va de 2,3 (à 97 %) à 6,4 (à 99,999 %). La qualité de l’air compte autant que la quantité, car les entraînements d’huile et l’humidité résiduelle raccourcissent la durée de vie du tamis moléculaire carboné. Là où le site ne dispose pas d’un réseau adapté, le package monté sur skid apporte son propre compresseur et son propre traitement d’air.
Le réservoir tampon constitue une réserve, qui couvre les interruptions courtes et laisse le temps de réagir. Lorsqu’un cycle de cuisson tourne dans un autoclave, ce temps ne suffit pas : la pièce reste sous pression et en température jusqu’à la fin du cycle, et ce qu’il faut alors couvrir, c’est le reste du cycle. Sur un site où les avions doivent tenir leurs créneaux, la réponse mérite d’être connue avant qu’un modèle soit choisi. Au-delà du tampon, une alimentation de secours reste un élément raisonnable du plan. La stratégie de secours se définit avec la conception de l’installation et les exigences qui s’appliquent sur votre site.
Il le peut, et la question est de savoir s’il le doit. Une alimentation partagée tourne à la pureté de son consommateur le plus exigeant : le gonflage des pneus et la recharge des amortisseurs tourneraient alors à la qualité qu’exige le laser et paieraient l’air comprimé correspondant, soit près de trois fois ce que coûte le même volume à 97 %. Lorsque l’atelier de fabrication a besoin de 99,999 % et le hangar non, une ligne haute pureté séparée pour le laser revient en général moins cher que de porter tout le site à cette qualité.
Non. Les pièces d’usure sont des composants standard et non un programme propriétaire, ce qui maintient les coûts d’exploitation ouverts à la concurrence : les filtres s’achètent où vous voulez et les offres de service se comparent. Sur la durée de vie de la machine, cela pèse en général davantage que l’écart de prix à l’achat. La garantie est de trois ans en standard et jusqu’à cinq ans avec un contrat de maintenance.