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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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Fonctionnement nominal d'une grille, évaluation des pertesArticle inclus dans l'offre
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4. Propriétés cinématiques des grilles d'aubes planes
La grille d'aubes plane, point de départ des turbomachines axiales a fait l'objet de nombreuses études théoriques et expérimentales. Le but de celles-ci est de donner une solution satisfaisante aux deux problèmes types : le problème direct et le problème inverse :
– problème direct : pour une grille donnée, quel est l'angle de sortie pour un angle d'entrée donné ? C'est le problème qu'on est amené à traiter pour établir la courbe caractéristique prévisionnelle d'une machine existante ;
– problème inverse : pour assurer un angle de sortie donné sous un angle d'entrée donné également, quelle est la meilleure grille à utiliser ; c'est-à-dire, quel est le triplet (C z∞0 , σ, γ ) le mieux adapté ? C'est ce type de problème que doit traiter le constructeur dans le cadre du projet d'une machine.
4.1 Loi en tangentes, relation de Ruden
Si l'on s'intéresse seulement aux propriétés cinématiques de la grille, l'analyse dimensionnelle montre que l'angle de sortie est relié aux autres paramètres par la relation générale :
où f est la fonction universelle recherchée.
La connaissance d'une telle fonction peut remplacer plusieurs centaines de points de mesure ; ainsi, un grand nombre de chercheurs furent longtemps intéressés par l'explicitation de cette fonction, clé de la généralisation des performances cinématiques.
On trouve des traces de cette recherche dans les travaux de Weining, Mellor, Ruden, Baljé et Bidard entre autres.
Relation de Ruden : en fluide parfait et incompressible, Ruden a montré qu'un écoulement quelconque peut être obtenu par la combinaison linéaire de deux écoulements particuliers. Ces deux écoulements particuliers sont l'écoulement à déflexion nulle (ou portance nulle) et l'écoulement à impulsion...
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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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