Bibliographie & annexes
Présentation
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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 :
-
[BM 4 303] Similitude et conception des pompes centrifuges ;
-
[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.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
pompe hélice grille d'aubes déflexion essais en soufflerie incidence nominale facteur de diffusion
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Lois de déflexion et de pertes. Essais en soufflerie
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2. Grilles d'aubes planes. Profils NACA 65
2.1 Rappels concernant le profil aérodynamique
L'étude est abordée en fluide parfait par le biais de la transformation conforme et plus particulièrement de la transformation de Joukovski. La transformation conforme permet de résoudre l'écoulement autour d'une forme quelconque à partir de l'écoulement connu autour d'une forme simple (transformation cercle-profil de la figure 11).
Elle a été développée ensuite sur la base de la méthode des singularités source-puits ou doublets associés à une nappe tourbillonnaire.
Dans ces deux méthodes très générales, l'objectif est double. Il s'agit de traiter le problème direct, à savoir déterminer les champs de vitesse et de pression autour d'un profil de forme donnée ou, inversement, de définir le profil le mieux adapté à une portance ou une distribution de vitesses fixées à l'avance (pour cela un modèle de pertes assez fiable doit être mis en place).
La transformation de Joukovski contient deux paramètres libres qui permettent de construire une série de profils dont les champs de pression et de vitesse peuvent être obtenus analytiquement : l'un des paramètres fixe l'épaisseur relative du profil : c'est le terme k = b/(a cos β ), et l'autre la cambrure (angle β de portance nulle). La figure 12 donne la définition de ces paramètres dans la transformation cercle-profil.
Pour une épaisseur donnée, on peut obtenir une série de profils de cambrure variable allant du profil symétrique jusqu'à un profil de forte cambrure (figure 13) dont les champs de vitesse et de pression sont connus analytiquement.
La figure 14 montre l'influence de la cambrure, caractérisée par l'angle β, pour une incidence et une épaisseur relative données : incidence i = 10o et k = b/(a cos β) = 0,9.
Le point A correspond au point d'arrêt et le terme C/C 0 donne le rapport de la vitesse locale à la vitesse à l'infini amont. La partie en pointillé représente l'intrados tandis que la partie continue représente l'extrados. L'angle d'incidence est défini sur la figure 16.
La figure 15...
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Grilles d'aubes planes. Profils NACA 65
BIBLIOGRAPHIE
-
(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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