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Auteur(s)
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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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7. Bruit des moteurs d’entraînement
L’objet de ce paragraphe est de comparer le bruit d’une pompe avec celui d’un moteur, en niveau d’une part, en fréquence d’autre part. Il en résultera des informations pratiques simples sur le bruit aérien d’un groupe motopompe.
Nous ne considérerons que les moteurs électriques asynchrones qui constituent le mode d’entraînement privilégié des pompes. Sur ce type de machine, on peut, pour simplifier, regrouper les diverses sources de bruit en 4 grandes familles :
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des bruits d’origine magnétique et électrodynamique ;
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des bruits d’origine mécanique ;
-
des bruits d’origine aérodynamique ;
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des bruits dus à l’alimentation électrique (onde non sinusoïdale ou comportant une fréquence porteuse).
7.1 Bruits d’origine magnétique et électrodynamique
Ils résultent soit de la déformation sous l’effet du champ magnétique des tôles empilées du stator et du rotor, soit de forces instationnaires qui s’exercent entre le stator et le rotor. Il s’agit donc à l’origine d’un bruit vibratoire solidien intéressant la structure mécanique de l’ensemble rotor-stator.
Le bruit aérien n’est que secondaire. Les vibrations dues à la déformation des tôles magnétiques n’interviendront pas, ou peu, sur le bruit hydraulique de la pompe (sauf moteur immergé).
Les vibrations dues à la fluctuation des efforts électromagnétiques peuvent, éventuellement, intervenir sur le niveau de bruit hydraulique s’ils génèrent une modulation suffisante du couple ou de la vitesse d’entraînement.
Les principales fréquences sont :
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la fréquence f du courant électrique d’alimentation et ses multiples (en particulier 2f ) ;
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des fréquences liées au nombre d’encoches du rotor et du stator ; les 6 premières fréquences de denture s’étagent de f 1 = mN – 2 f à f 6 = 2 mN + 2 f (avec f 1, f 6 en Hz, N la vitesse de rotation en tr/s, m le nombre d’encoches du rotor).
Les fréquences de denture (liées au nombre d’encoches) se situent habituellement au-delà du bruit fondamental de la pompe. Si l’on...
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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...
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