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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
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L’objectif de cet article n’est pas de traiter de l’ensemble des problèmes mécaniques que le concepteur d’une pompe aura à résoudre, et qui le plus souvent entrent dans le cadre général de la mécanique, mais d’examiner des problèmes spécifiques ou particuliers aux pompes qui, pour la plupart, sont liés à la très forte densité du fluide véhiculé.
L’article « Pompes rotodynamiques » fait l’objet de plusieurs fascicules :
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Présentation. Description
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Fonctionnement
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Projet d’une pompe
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[B 4 306] Problèmes mécaniques particuliers
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Exploitation
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres. Le lecteur devra assez souvent se reporter aux autres articles.
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2. Poussée radiale sur la roue d’une pompe à volute sans diffuseur
2.1 Compréhension des phénomènes
Lorsqu’une volute est convenablement dimensionnée, la pression régnant autour de la roue est théoriquement uniforme pour le point de fonctionnement nominal et la roue ne supporte pas d’effort radial. Il n’en est plus de même lorsque le débit s’écarte, en plus ou en moins, du débit de calcul. Dans ce cas, la distorsion du champ de pression est à l’origine d’efforts radiaux sur la roue, dont la résultante peut être grande, voire très grande, et dont l’évaluation est absolument nécessaire.
En régime désadapté, la pression au diamètre extérieur de la roue devient une fonction de l’angle d’azimut θ, positif dans le sens de la rotation, et dont on prendra l’origine au point de départ du bec de volute. Les essais montrent que la pression évolue, en fonction de l’angle θ, de façon monotone, toujours croissante de 0 à 2 π, lorsque le débit est inférieur au débit nominal Q n , ou toujours décroissante lorsque Q > Q n .
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Pour comprendre l’origine de ce phénomène, considérons une roue de pompe, pourvue d’une volute convenablement tracée au point nominal, qui fonctionne avec un débit Q supérieur à Qn .
On peut voir (figure 3), sur le triangle des vitesses, dessiné en supposant µ t = 0,5 au point de calcul, que la vitesse tangentielle V u2 , pour un débit Q = 1,5 Q n n’est plus que la moitié de sa valeur nominale.
Les vitesses tangentielles de l’écoulement moyen dans la volute varient comme le débit, puisque les sections offertes au fluide n’ont pas changé. Elles sont égales, pour l’exemple (Q = 1,5 Q n ), à 1,5 fois les vitesses nominales, soit 1,5 V u2n (r 2 / r ). Le fluide qui sort de la roue à 0,5 V u2n doit donc être accéléré dans un rapport 1,5 /0,5 = 3 pour retrouver une vitesse compatible avec les sections de la volute.
Cette accélération sera réalisée grâce à un gradient de pression dp /d θ, négatif dans le cas de l’exemple, et tel qu’il équilibre, sur un d θ donné, la variation du moment cinétique correspondant...
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