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RÉSUMÉ
Certaines données sont indispensables pour définir la géométrie d'une pompe hélice : élévation de pression, débit volumique, vitesse de rotation. Les principales propriétés des profils aérodynamiques isolés sont présentées, avec les éléments géométriques permettant de les tracer. Les notions de grille d'aubes planes sont expliquées, et notamment celles formées de profils de la série NACA 65. Les essais en soufflerie de l'ensemble de la série NACA 65 ont permis de bâtir des lois de déflexion et de pertes pour définir les grilles les mieux adaptées à la construction des pales de la pompe, et leur évolution géométrique du moyeu à la périphérie.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Robert REY : Ingénieur arts et métiers - Professeur arts et métiers ParisTech – Laboratoire DynFluid – CER Paris
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Ricardo NOGUERA : Docteur ès-sciences - Maître de Conférences arts et métiers ParisTech – Laboratoire DynFluid – CER Paris
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Farid BAKIR : Ingénieur École Polytechnique d'Alger - Professeur arts et métiers ParisTech – Laboratoire DynFluid – CER Paris
INTRODUCTION
Nous allons voir comment il est possible, à partir des coefficients de similitude, de faire les premiers grands choix concernant les paramètres libres intervenant dans la conception de la roue d'une pompe hélice.
Partant du cahier des spécifications (hauteur, débit, vitesse de rotation), le dimensionnement des machines axiales nécessite, dans une étape préalable, la définition de l'encombrement extérieur (Re rayon extérieur de la roue et du redresseur) et du rapport de moyeu T = R i / Re .
Le fonctionnement et les performances des pompes hélices sont basés sur la déflexion que subit le fluide au passage de la roue, l'accroissement de pression est obtenu ainsi par une variation de quantité de mouvement de l'écoulement principal de l'entrée à la sortie. La déflexion doit être connue avec précision pour évaluer correctement les performances.
Les essais en soufflerie ont permis la mise en place de fonctions numériques assurant la résolution des deux calculs classique :
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problème direct : la grille est entièrement définie géométriquement, on veut en déduire la déflexion et les pertes sous un angle d'entrée donné ;
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problème inverse : les angles d'entrée et de sortie sont définis, il faut en déduire la meilleure grille répondant à ce cahier des charges. Suivant le cas, la notion de meilleure grille peut être basée sur différents critères : rendement, fluctuation de pression et niveau vibratoire associé, encombrement général, NPSH.
La définition des aubages est rendue possible par résolution locale du problème inverse consistant à définir, en écoulement bidimensionnel, les grilles planes rotoriques et statoriques les mieux adaptées aux triangles de vitesses proposés. En toute rigueur, cette résolution ne sera possible qu'en imposant le nombre d'aubages et le facteur de diffusion local dont l'influence, sur les critères d'optimisation déjà cités, est également importante.
Le thème général « Pompes rotodynamiques » fait l'objet de plusieurs articles :
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[BM 4 303] Similitude et conception des pompes centrifuges ;
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[BM 4 305] Dimensionnement et analyse des performances des pompes hélices ;
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres. Le lecteur devra assez souvent se reporter aux autres articles.
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MOTS-CLÉS
pompe hélice grille d'aubes déflexion essais en soufflerie incidence nominale facteur de diffusion
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5. Fonctionnement nominal d'une grille, évaluation des pertes
5.1 Point de référence de la grille
Suivant les cas, cette incidence de référence est également notée nominale. Le choix du point de fonctionnement de la grille doit se situer dans la zone des pertes minimales allant de i A à i B (figure 28), mais on rencontre suivant les auteurs plusieurs variantes dans ce choix.
Nous avons retenu, comme l'a fait le NACA, le point i 0 comme étant celui correspondant à la répartition de pression extrados la plus continue possible.
Ce point est déterminé au cours des essais en soufflerie, il évolue en fonction de la géométrie de la grille et particulièrement avec la cambrure C z∞0 et le serrage σ (figure 33).
L'incidence de référence évolue suivant un faisceau de droites passant par le point (– 0,823 ; – 2,535) et dont la pente p (σ ) dépend seulement de σ.
L'équation de ce faisceau est donnée par (43) avec i 0 en degrés :
Pour 78 cas de grilles NACA (65) de 10 % d'épaisseur relative, l'écart-type sur i 0 est de 0,12o.
Toujours à partir de considérations statistiques, on peut établir une corrélation simple pour calculer la déflexion au point nominal, c'est la déflexion nominale de la grille :
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Fonctionnement nominal d'une grille, évaluation des pertes
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - COMOLET (R.) - Mécanique expérimentale des fluides. - Éd. Masson, Paris (1982).
-
(2) - OUZIAUX (R.), PERRIER (J.) - Mécanique des fluides appliquée. - Éd. Dunod, Paris (1972).
-
(3) - KARASSIK - Pump Handbook. - Ed. Mc Graw Hill Co, New York (1976).
-
(4) - RYHMING (I.) - Dynamique des fluides. - Éd. Presses Polytechniques Romandes (1985).
-
(5) - CSANADY (G.T.) - Theory of turbomachinery. - Ed. Mc Graw Hill Co, New York (1964).
-
(6) - MEAUZE (G.), CARRERE (A.) - Étude aérodynamique de l'écoulement dans les aubages de machines tournantes. - Cours à l'École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (1984).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Contrairement aux pompes centrifuges, il n'existe pas de normes relatives à la construction des pompes hélices
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Constructeurs détenant l'essentiel du marché des pompes hélices et circulateurs
Egger , Ensival-Moret, Goulds, KSB, Lewis, Lawrence, SGL, Weir-Warmann
HAUT DE PAGE2.2 Organismes – Fédérations – Associations
L'association Europump (en Belgique) regroupe l'essentiel des constructeurs européens et jouit d'une certaine autorité http://www.europump.org
Pour les États-Unis, consulter son alter ego l'Hydraulic Institute
HAUT DE PAGE2.3 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche
Advanced Design Technology...
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