Pompes rotodynamiques - Dimensionnement et analyse des performances des pompes hélices

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 (R _e rayon extérieur de la roue et du redresseur) et du rapport de moyeu T = R _i /R _e .

Indépendamment de la géométrie des aubages, ce dimensionnement global conditionne directement le poids et le coût de la machine, mais également les performances hydrauliques (rendement, bruit, NPSH) et la stabilité des caractéristiques en débit partiel. Nous verrons dans quelle mesure quantitative, le choix de deux paramètres indépendants définis au rayon moyen (angles moyens statorique et rotorique), fixe ces dimensions géométriques principales et influe sur les divers critères d'optimisation.

La seconde étape consiste à s'imposer la distribution radiale Cu ² (r) de la composante giratoire de la vitesse du fluide en sortie de la roue (loi génératrice de type vortex libre, constant ou forcé). Dans l'hypothèse d'un fluide parfait et en tenant compte de l'équation régissant l'équilibre radial simplifié, on peut définir, rayon par rayon, les triangles de vitesses entrée-sortie pour la roue et le redresseur.

La définition des aubages est alors possible par résolution locale du problème inverse consistant à définir, en écoulement bi-dimensionnel, 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 important.

Avant d'analyser les performances en fonction du débit, il convient de vérifier que l'empilement des diverses sections constituant le profil est compatible avec des moyens de réalisation disponibles et adaptés : on vérifiera notamment que les évolutions radiales de l'angle de calage, de la corde et de la cambrure sont monotones et ne présentent pas de variation trop importante en particulier en pied de pale (cas de faibles rapports de moyeu en vortex libre).

Un exemple de dimensionnement sera ensuite traité concernant le cas des pompes hélices assez classique, il permettra de définir les dimensions géométriques principales d'où découleront les formes hydrauliques de la roue et des composants statoriques : redresseur. Cet exemple sera l'occasion de mettre en pratique les règles de calcul et de dessin qui auront été préalablement exposées.

Le thème général ...