Etude dynamique des structures à symétrie cyclique, immergées dans un fluide lourd. : Application à une roue de pompe centrifuge

par Christian Dal-Ferro

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Michel Lalanne.


  • Résumé

    Pour pouvoir respecter les impératifs de performance et de rentabilité sans cesse plus sévères, les constructeurs de turbomachines doivent caractériser de plus en plus finement le comportement vibratoire de leurs produits. L'étude présentée porte sur la prédiction du comportement dynamique des structures immergées, lorsque le système couplé fluide-structure possède la propriété de symétrie cyclique. Une méthode de calcul adaptée à l'étude de systèmes à grand nombre de degrés de liberté est développée. Cette méthode s'applique notamment aux roues hydrauliques de pompes centrifuges. Elle permet de prévoir les fréquences et modes propres, ainsi que la réponse à une sollicitation harmonique du système couplé. Une série d'essais effectués sur une roue de pompe ont mis en évidence l'effet prépondérant de la masse ajoutée sur les fréquences propres du système en fonctionnement. Le fluide est ainsi considéré incompressible et au repos. La taille du problème à traiter est considérablement réduit~ en limitant le domaine d'analyse à un secteur répétitif du système et en réduisant le nombre de degrés de liberté par des techniques modales appliquées au fluide et à la structure. La méthode est tout d'abord validée par rapport à deux cas tests : les résultats numériques sont comparés à des résultats analytiques dans le cas d'une sphère immergée en milieu infini et à des résultats expérimentaux dans le cas d'une plaque présentant une symétrie cyclique. Elle est ensuite appliquée à une roue de pompe centrifuge industrielle pour laquelle les résultats numériques sont comparés à des résultats expérimentaux. L'ensemble de ces applications démontre la validité des approches proposées La méthode est ainsi en mesure de prédire, avec un coût de calcul raisonnable, les niveaux vibratoires élevés qui peuvent apparaître sur les roues de pompe et qui sont susceptibles de conduire à des fissurations de flasques.

  • Titre traduit

    = Dynamic behaviour of rotationally periodic structures immersed in fluid : Apploicatrion to a centrifugal pump wheel


  • Résumé

    This study is concerned with the prediction of the dynamic behaviour of rotationally periodic structures immersed in fluid. A formulation suitable for the study of industrial structures, such as centrifugal pump wheels is presented This formulation leads to the determination of the natural frequencies modes shapes and frequency response of the coupled system Experiments carried out on a pump wheel, shows that the natural frequencies of the immersed system are mainly influenced by the added mass effect, then, the fluid is considered incompressible and at rest. The reduction resulting from the properties of wave propagations in periodic systems combined with modal reduction techniques applied to bath structure and fluid domains, lead to the solution of a limited number of coupled equations. The efficiency of the proposed method is shown using two applications. Numerical results are compared first to analytical results in the case of an empty sphere immersed in an infinite fluid domain and then to experimental results in the case of a cyclic symmetrical plate. Finally, the model is applied to an industrial pump wheel in water and the numerical results are compared to experimental results. This application illustrates the ability of the method to deal with complex industrial structures using standard workstations. The proposed method is able to predict, with reduced computer costs, vibration 13levels which may occur on pump wheels and lead to failure.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (100 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(1726)
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