Article interactif

1 - COUPLAGES EN FONCTIONNEMENT PERMANENT EN MOYENNE

2 - COUPLAGES MACHINE/SYSTÈME LORS DE TRANSITOIRES

3 - COUPLAGE HYDROACOUSTIQUE EN RÉGIME PERMANENT EN MOYENNE

4 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : BM4287 v1

Analyse système des machines rotodynamiques

Auteur(s) : Guy CAIGNAERT, Regiane FORTES-PATELLA, Antoine DAZIN

Relu et validé le 11 mars 2021

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RÉSUMÉ

Cet article montre comment les fonctionnements des machines à fluides rotodynamiques sont dépendants de leurs caractéristiques propres (géométrie, vitesse de rotation) et de celles du système au sein duquel la machine est installée. Il concerne les fluides faiblement compressibles. Le point de fonctionnement en régime permanent en moyenne est défini. Les conditions d’unicité et de stabilité d’un point de fonctionnement sont analysées. Les aspects instationnaires associés aux régimes transitoires sont développés, principalement pour les pompes et turbines hydrauliques. Enfin, certaines approches permettant l’étude des conséquences hydroacoustiques des couplages machine-circuit sont présentées.

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Auteur(s)

  • Guy CAIGNAERT : Professeur des Universités émérite - École Nationale Supérieure des Arts et Métiers, Laboratoire de Mécanique des Fluides de Lille, Lille, France

  • Regiane FORTES-PATELLA : Professeur des Universités - Institut National Polytechnique de Grenoble, Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels, Grenoble, France

  • Antoine DAZIN : Professeur des Universités - École Nationale Supérieure des Arts et Métiers, Laboratoire de Mécanique des Fluides de Lille, Lille, France

INTRODUCTION

Cet article concerne le fonctionnement des machines à fluide rotodynamiques (ou turbomachines). Il vise à montrer en quoi ce fonctionnement est dépendant, certes, des paramètres de conception (dimensionnement du rotor et des organes statoriques) et de la vitesse de rotation de la machine, mais également des caractéristiques du système dans lequel la machine est installée pour les besoins de l’utilisateur (dimensionnement des circuits, pertes de charge associées aux débits circulant dans l’installation). Les diverses analyses sont effectuées en considérant principalement les machines pour lesquelles la compressibilité du fluide est très faible (pompes, ventilateurs et turbines hydrauliques), mais plusieurs des conclusions peuvent être étendues aux machines véhiculant des fluides plus compressibles, même si des aspects propres à cette compressibilité plus importante ne sont pas traités (en particulier tout ce qui concerne les aspects blocage sonique et ondes de choc). Les conséquences des couplages entre machine et système sont, en premier lieu, analysées d’un point de vue « statique », c’est-à-dire en se plaçant dans l’hypothèse d’un fonctionnement permanent en moyenne. La notion de point de fonctionnement est ainsi définie et les questions de son unicité et de sa stabilité sont abordées. Les comportements transitoires associés aux phases de démarrage, d’arrêt ou de régulation de débit sont ensuite analysés. Un certain nombre de notions de base sont mises en place en se plaçant dans le cadre d’une conduite rectiligne de section droite d’aire constante. Les phénomènes caractéristiques des propagations d’ondes longitudinales sont mis en place. Des exemples de transitoires de fonctionnement de turbines puis de pompes hydrauliques sont ensuite détaillés. Le cas particulier de la propagation de petites perturbations de pression et de débit lors de fonctionnements permanents en moyenne est enfin abordé. Une méthode d’approche fréquentielle utilisant des assemblages de matrices de transfert hydroacoustiques et de termes « sources » est présentée. Les diverses notions développées dans cet article constituent des bases de dialogue entre constructeurs de machines et utilisateurs.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm4287


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - PLUVIOSE (M.) -   Machines à fluides – Principes et fonctionnement.  -  Ellipses (Technosup) (2010).

  • (2) - SULTAN (I.A.), PHUNG (T.H.) -   Positive Displacement Machines – Modern design Innovations and Tools.  -  Academic Press (2019).

  • (3) - GUEDEL (A.) -   Installation des ventilateurs – Guide pratique.  -  Édité par le CETIAT, 27 pages (2018).

  • (4) - EUROPUMP Guide to Advanced Pumping Technology N° 3 -   Operating Rotodynamic Pumps Away From Design Conditions.  -  Elsevier Advanced Technology (2000).

  • (5) - SÉDILLE (M.), FRELIN (M.), PLUVIOSE (M.) -   Fonctionnement en parallèle de pompes à courbes bossues.  -  La Houille Blanche, n° 2/3, p. 159-166 (1982).

  • (6) - GREITZER (E.M.) -   The...

NORMES

  • Turbines hydrauliques, pompes d’accumulation et pompes-turbines – Essais de réception sur modèle. - NF EN IEC 60193 - 2019

  • Ventilateurs – essais aérauliques sur circuits normalises. - NF EN ISO 5801 - 2017

  • Turbocompresseurs – code d’essais des performances – essai de réception simplifié. - ISO 18740 :2016 - 2016

  • Pompes pour liquides et installations – Termes généraux, définitions, grandeurs, symboles littéraux et unité – Partie 1 : pompes pour liquides. - NF EN ISO 17769-1 - 2012

  • Essais de réception sur place des turbines hydrauliques, pompes d'accumulation et pompes-turbines, en vue de la détermination de leurs performances hydrauliques. - NF EN 60041 - 2014

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Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.

Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


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