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Jean POULAIN : Ingénieur de l’École supérieure d’électricité - Ancien élève de l’Institut Von Karman - Conseiller scientifique de l’Association française des constructeurs de pompes AFCP
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le domaine d’application des pompes s’étend à tous les secteurs de l’activité humaine. Elles sont présentes dans notre environnement domestique avec les circulateurs de chauffage central, les pompes des machines à laver, les pompes à fuel, etc. Dans ce domaine, elles doivent être particulièrement silencieuses et exemptes de vibrations, sans quoi notre qualité de vie serait altérée.
Le législateur a établi des normes qui limitent les niveaux de bruit à des valeurs acceptables ; cependant les constructeurs de matériels domestiques vont souvent au-delà de ces normes, et font du silence leur premier argument de vente, tant le besoin de silence est grand.
Dans le domaine industriel, on rencontre des préoccupations semblables, mais auxquelles s’ajoutent d’autres besoins. Les fluctuations de pression génèrent des vibrations qui peuvent en effet être la cause d’une détérioration progressive des supports de tuyauterie ou des joints qui relient entre eux les différents tronçons de la conduite. Plus généralement, les fluctuations de pression sont responsables de phénomènes de fatigue qui peuvent être dangereux à terme.
La nécessité de discrétion acoustique s’est étendue maintenant au domaine militaire, par suite du remarquable développement des moyens d’écoute. Aujourd’hui, il n’est pas exagéré de dire que le besoin d’un fonctionnement silencieux s’est élargi à presque tous les domaines d’application des pompes.
Enfin, il convient de préciser que ce qui suit ne concerne que les pompes rotodynamiques (pompes centrifuges, axiales et hélicocentrifuges). Les mécanismes de génération du bruit des pompes volumétriques, en particulier des pompes alternatives où le débit est discontinu, sont d’une nature totalement différente.
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4. Analyse du bruit dû au défilement des aubes de la roue
4.1 Représentation du champ de vitesse sortie roue
Pour essayer de comprendre comment la simple distorsion de l’écoulement peut générer des pressions aussi grandes que celles qui sont nécessaires à la création du bruit fondamental, plaçons-nous dans le cas d’une pompe centrifuge pour laquelle on a mesuré, au vélocimètre laser, à 5 % au-delà du rayon extérieur r 2 de la roue le champ de vitesse de l’écoulement représenté sur la figure 10.
Les coordonnées de la figure 10 sont :
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en ordonnée, la vitesse radiale V r et la vitesse tangentielle V u rapportée à la vitesse périphérique u 2 sur le rayon extérieur de la roue ;
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en abscisse, la distance angulaire β d’un point M rapportée au pas angulaire de la roue t a () = 360/n r.
À partir des données de la figure 10, on a calculé et porté dans le tableau 1 l’amplitude V et la direction θ = tg –1 (V r/V u) du vecteur vitesse résultant.
Les deux dernières lignes du tableau montrent comment le vecteur vitesse est modulé en amplitude et en direction (autour de valeurs moyennes égales à V r0/u 2 = 0,15 V u0/u 2 = 0,40 V 0/u 2 = 0,43 θ 0 = 20,5).
HAUT DE PAGE4.2 Pressions générées par le champ de vitesse
Elle est caractérisée par une vitesse V/u 2 qui évolue entre la valeur minimale de 0,20 et la valeur maximale de 0,59, soit 0,47 et 1,37 fois la vitesse moyenne (0,43). En supposant que le bec de la volute soit placé au point de mesure, c’est-à-dire...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - VDI-Richtlinien-VDI 3733 déc. 92 « Gerausche bei rohrleitung ».
-
(2) - Documentation SULZER - Élements d’hydraulique pour l’étude d’installations de pompage - .
-
(3) - * - Publications du CETIM « Guide acoustique des installations de pompage », juin 1997.
-
(4) - BERT (P.F.), COMBES (J.F.), KUENY (J.L.) - Unsteady flow calculation in a centrifugal impeller using a finite element methode, - 1996.
-
(5) - CONESCO - Study of fluidborne noise and the development of fluid acoustic filter test specifications, - report F121, may 1964.
-
(6) - EUROPUMP - Guide de prévision du bruit aérien émis par les pompes rotodynamiques - .
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...
ANNEXES
1 Codes de calcul des circuits
Les fluctuations de pression émises par une pompe (ou une vanne) doivent être analysées de façon à définir le risque qu’elles représentent pour le circuit (contraintes, niveaux vibratoires, fréquences propres, forces exercées sur la structure).
Par ailleurs, nous avons vu (§ 5.2.2) qu’il convenait, pour effectuer un calcul réaliste du bruit émis par une pompe, de prendre en compte les conditions imposées par le circuit aux limites de celle-ci. Nous citerons trois codes permettant d’évaluer les caractéristiques d’un circuit.
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CIRCUS : dans le domaine qui nous concerne, il permet :
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l’analyse du fonctionnement ;
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le calcul de l’écoulement permanent ;
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l’estimation et la modélisation, à partir de données expérimentales, des sources acoustiques (pompes, vannes, etc.) ;
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le calcul de la réponse acoustique et mécanique du réseau de tuyauteries ;
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la vérification des critères de vitesse vibratoire ;
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le calcul des contraintes mécaniques.
Nota :Pour d’autres possibilités offertes par CIRCUS, se reporter à .
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CETIM-NORMAPULS : il détermine les niveaux de pulsation de pression hydraulique dans les réseaux, à partir de la caractérisation des pompes par 2 coefficients (impédance, débit pulsé)...
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