Bibliographie & annexes
Quiz & test
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article montre comment les fonctionnements des machines à fluides rotodynamiques sont dépendants de leurs caractéristiques propres (géométrie, vitesse de rotation) et de celles du système au sein duquel la machine est installée. Il concerne les fluides faiblement compressibles. Le point de fonctionnement en régime permanent en moyenne est défini. Les conditions d’unicité et de stabilité d’un point de fonctionnement sont analysées. Les aspects instationnaires associés aux régimes transitoires sont développés, principalement pour les pompes et turbines hydrauliques. Enfin, certaines approches permettant l’étude des conséquences hydroacoustiques des couplages machine-circuit sont présentées.
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The paper describes how the operation of rotodynamic fluid machines is depending on their own characteristics (geometry, speed of rotation) and on the characteristics of the system on which the machine is installed. It concerns fluids with a weak compressibility. The operating point for steady operating conditions is defined. Conditions for uniqueness and stability of an operating point are discussed. Unsteady aspects associated to transient operating conditions are developed, mainly for hydraulic pumps and turbines. Some developments allowing for the study of hydroacoustics consequences of the matching between a machine and a system are proposed.
Auteur(s)
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Guy CAIGNAERT : Professeur des Universités émérite - École Nationale Supérieure des Arts et Métiers, Laboratoire de Mécanique des Fluides de Lille, Lille, France
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Regiane FORTES-PATELLA : Professeur des Universités - Institut National Polytechnique de Grenoble, Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels, Grenoble, France
-
Antoine DAZIN : Professeur des Universités - École Nationale Supérieure des Arts et Métiers, Laboratoire de Mécanique des Fluides de Lille, Lille, France
INTRODUCTION
Cet article concerne le fonctionnement des machines à fluide rotodynamiques (ou turbomachines). Il vise à montrer en quoi ce fonctionnement est dépendant, certes, des paramètres de conception (dimensionnement du rotor et des organes statoriques) et de la vitesse de rotation de la machine, mais également des caractéristiques du système dans lequel la machine est installée pour les besoins de l’utilisateur (dimensionnement des circuits, pertes de charge associées aux débits circulant dans l’installation). Les diverses analyses sont effectuées en considérant principalement les machines pour lesquelles la compressibilité du fluide est très faible (pompes, ventilateurs et turbines hydrauliques), mais plusieurs des conclusions peuvent être étendues aux machines véhiculant des fluides plus compressibles, même si des aspects propres à cette compressibilité plus importante ne sont pas traités (en particulier tout ce qui concerne les aspects blocage sonique et ondes de choc). Les conséquences des couplages entre machine et système sont, en premier lieu, analysées d’un point de vue « statique », c’est-à-dire en se plaçant dans l’hypothèse d’un fonctionnement permanent en moyenne. La notion de point de fonctionnement est ainsi définie et les questions de son unicité et de sa stabilité sont abordées. Les comportements transitoires associés aux phases de démarrage, d’arrêt ou de régulation de débit sont ensuite analysés. Un certain nombre de notions de base sont mises en place en se plaçant dans le cadre d’une conduite rectiligne de section droite d’aire constante. Les phénomènes caractéristiques des propagations d’ondes longitudinales sont mis en place. Des exemples de transitoires de fonctionnement de turbines puis de pompes hydrauliques sont ensuite détaillés. Le cas particulier de la propagation de petites perturbations de pression et de débit lors de fonctionnements permanents en moyenne est enfin abordé. Une méthode d’approche fréquentielle utilisant des assemblages de matrices de transfert hydroacoustiques et de termes « sources » est présentée. Les diverses notions développées dans cet article constituent des bases de dialogue entre constructeurs de machines et utilisateurs.
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KEYWORDS
rotodynamic fluid machine | operating point | transients | hydroacoustics
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Couplages en fonctionnement permanent en moyenne
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4. Conclusion
Les machines à fluide rotodynamiques (ou turbomachines) ont donc des comportements très dépendants du système sur lequel elles sont installées.
Cela vaut en premier lieu pour des conditions de fonctionnement permanentes en moyenne où la question du point de fonctionnement, de son unicité et de sa stabilité a été débattue dans le paragraphe 1. Les conséquences de la propagation des petites perturbations de pression et de débit dans l’ensemble du système dans ces conditions stables de fonctionnement ont été analysées dans le paragraphe 3.
En second lieu, l’importance de la prise en compte simultanée des caractéristiques du système et de la machine, pour pouvoir analyser aussi efficacement que possible les phénomènes dynamiques qui apparaissent lors des transitoires de fonctionnement, a été présentée dans le paragraphe 2...
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PLUVIOSE (M.) - Machines à fluides – Principes et fonctionnement. - Ellipses (Technosup) (2010).
-
(2) - SULTAN (I.A.), PHUNG (T.H.) - Positive Displacement Machines – Modern design Innovations and Tools. - Academic Press (2019).
-
(3) - GUEDEL (A.) - Installation des ventilateurs – Guide pratique. - Édité par le CETIAT, 27 pages (2018).
-
(4) - EUROPUMP Guide to Advanced Pumping Technology N° 3 - Operating Rotodynamic Pumps Away From Design Conditions. - Elsevier Advanced Technology (2000).
-
(5) - SÉDILLE (M.), FRELIN (M.), PLUVIOSE (M.) - Fonctionnement en parallèle de pompes à courbes bossues. - La Houille Blanche, n° 2/3, p. 159-166 (1982).
-
(6) - GREITZER (E.M.) - The...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Turbines hydrauliques, pompes d’accumulation et pompes-turbines – Essais de réception sur modèle. - NF EN IEC 60193 - 2019
-
Ventilateurs – essais aérauliques sur circuits normalises. - NF EN ISO 5801 - 2017
-
Turbocompresseurs – code d’essais des performances – essai de réception simplifié. - ISO 18740 :2016 - 2016
-
Pompes pour liquides et installations – Termes généraux, définitions, grandeurs, symboles littéraux et unité – Partie 1 : pompes pour liquides. - NF EN ISO 17769-1 - 2012
-
Essais de réception sur place des turbines hydrauliques, pompes d'accumulation et pompes-turbines, en vue de la détermination de leurs performances hydrauliques. - NF EN 60041 - 2014
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