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Article

1 - ÉLÉMENTS DIMENSIONNANTS D'UNE POMPE HÉLICE

2 - GRILLES D'AUBES PLANES. PROFILS NACA 65

3 - LOIS DE DÉFLEXION ET DE PERTES. ESSAIS EN SOUFFLERIE

4 - PROPRIÉTÉS CINÉMATIQUES DES GRILLES D'AUBES PLANES

5 - FONCTIONNEMENT NOMINAL D'UNE GRILLE, ÉVALUATION DES PERTES

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : BM4304 v1

Lois de déflexion et de pertes. Essais en soufflerie
Pompes rotodynamiques - Aérohydrodynamique des profils et aubages de pompes hélices

Auteur(s) : Robert REY, Ricardo NOGUERA, Farid BAKIR

Date de publication : 10 juil. 2013

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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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Auteur(s)

  • Robert REY : Ingénieur arts et métiers - Professeur arts et métiers ParisTech – Laboratoire DynFluid – CER Paris

  • Ricardo NOGUERA : Docteur ès-sciences - Maître de Conférences arts et métiers ParisTech – Laboratoire DynFluid – CER Paris

  • 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 / R .

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 :

  • problème direct : la grille est entièrement définie géométriquement, on veut en déduire la déflexion et les pertes sous un angle d'entrée donné ;

  • 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 4 300] Présentation. Description ;

  • [BM 4 302] Fonctionnement ;

  • [BM 4 303] Similitude et conception des pompes centrifuges ;

  • [BM 4 305] Dimensionnement et analyse des performances des pompes hélices ;

  • [BM 4 306] Problèmes mécaniques particuliers ;

  • [BM 4 308] Exploitation ;

  • [BM 4 314] Tenue en cavitation des pompes rotodynamiques.

Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres. Le lecteur devra assez souvent se reporter aux autres articles.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm4304


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3. Lois de déflexion et de pertes. Essais en soufflerie

Ce paragraphe s'adresse en priorité aux grilles de compression équipant les compresseurs et les pompes mais il est facilement transposable aux grilles de détente.

La première partie traite de l'écoulement en grille fixe puis mobile d'un fluide parfait et s'appuie sur la méthode des singularités pour modéliser le problème direct pour lequel la forme du profil est donnée.

Les paragraphes suivants (§ 4 et § 5) traitent du fonctionnement des grilles d'aubes en fluide réel. Des essais en soufflerie ont permis de définir les corrélations permettant de résoudre les deux problèmes types : problème direct (analyse) et problème inverse (dimensionnement).

On trouvera par la suite l'étude d'un étage de compression, d'abord en grille plane, puis en grille annulaire. Ce dernier cas étant celui correspondant à une vraie machine axiale.

La méthode globale que l'on déduira constituera une aide à la conception permettant d'optimiser les machines selon des critères tels que le rendement, la capacité d'aspiration, la taille, le bruit, etc.

3.1 Définitions géométriques concernant la grille d'aubes plane

On étudie ici le cas d'une grille plane infinie (figure 25) attaquée par un écoulement plan infini, uniforme et permanent. L'angle d'incidence de l'écoulement est toujours repéré entre la corde des profils et la vitesse incidente (repère lié au profil). La vitesse d'entrée C 1 et la vitesse...

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Lois de déflexion et de pertes. Essais en soufflerie
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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).

  • ...

1 Normes et standards

Contrairement aux pompes centrifuges, il n'existe pas de normes relatives à la construction des pompes hélices

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2 Annuaire

HAUT DE PAGE

2.1 Constructeurs – Constructeurs détenant l'essentiel du marché des pompes hélices et circulateurs

Egger , Ensival-Moret, Goulds, KSB, Lewis, Lawrence, SGL, Weir-Warmann

HAUT DE PAGE

2.2 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

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2.3 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche

Advanced Design Technology...

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