‬Mise en place d’un dispositif expérimental de caractérisation du comportement des lames fluides, identification des coefficients dynamiques

Installation of a test facility to study the behavior of fluid film in annular seals, identification of the dynamic force coefficients

• Auteur / Autrice : Sylvain Charles
• Direction : Olivier Bonneau, Claude Vallée
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, productique, transport
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diaphragmes (dispositifs mécaniques)

Joints d'étanchéité

Résumé

Les conditions de fonctionnement de plus en plus sévères des lignes d’arbre (vitesses de rotations élevées, gradients de pression importants) imposent de connaître de façon très précise le comportement statique et dynamique de chaque élément. Ceci concerne en particulier l’influence des éléments fluides supports de la ligne d’arbre et des éléments chargés de l’étanchéité. En effet, ces zones de fluide sont le lieu d’écoulements très sévères, fortement turbulents et avec des effets d’inertie du fluide importants. La plus part des résultats des recherches dans ce domaine proviennent de simulations numériques car il est très difficile de recréer expérimentalement les conditions réelles. Ces seules simulations numériques sont insuffisantes, c’est pourquoi le LMS et ses partenaires industriels (ALSTOM, CNES, EDF, SNECMA) ont décidé, il y a une dizaine d’années de concevoir un dispositif expérimental permettant d’identifier le comportement statique et dynamique des lames fluides. C’est le projet BALAFRE (BAnc d’essais à LAmes Fluides à haut Reynolds). Le travail de thèse présenté dans ce mémoire se décompose en trois parties principales. La première partie décrit le fonctionnement du banc Balafre, la deuxième partie concerne le dimensionnement d’un diaphragme de décharge utilisé dans les paliers hydrostatiques support de la ligne d’arbre du banc. Il s’agit de caractériser la loi de comportement d’un injecteur de type orifice à paroi mince. Un banc de mesures a été conçu et une simulation numérique a été réalisée, les deux résultats concordent et donnent un coefficient de décharge différent de ce qui est donné dans la littérature. La troisième partie de ce travail porte sur le développement d’une méthode originale d’identification des coefficients dynamiques, caractérisant le comportement dynamique d’un joint. La plupart des méthodes utilisées travaillent dans le domaine fréquentiel après transformée de Fourier, alors que cette nouvelle méthode reste dans le domaine temporel. Une validation numérique a été réalisée, elle prouve que la méthode et robuste même avec des mesures fortement bruitées. Par ailleurs, ce travail est complété par un nouveau chapitre de thèse développé dans le cadre de l’Association Bernard Grégory, il s’agit de valoriser les compétences acquises au cours de cette thèse, à travers la recherche purement scientifique mais également à travers le suivi du projet Balafre.

In many industrials applications, mechanisms such as turbines or pumps function under sever operating conditions: high speed of rotation, high pressures and high Reynolds number. The dynamic behavior of the shaft strongly depends on shaft surroundings elements like journal bearing or annular seals. Many studies use numerical simulations to recreate real operating conditions, but it is necessary to compare theses results with those coming from an experimental test facility. That is why the LMS and its industrial partnerrs (ALSTOM, EDF, CNES, SNECMA) decided ten years ago to design a specific test apparatus for studying annular seals. The functioning of the machine is completely described in this document. In parallel with the project, the behavior law of a thin-walled orifice is studied; the both numerical and numerical studies give the same result for the discharge coefficient. It does not, in this case, correspond to the value from literature. Finally, the last part of the research deals with the development of a specific method to identify the dynamic force coefficients characterizing the behavior of a seal. Many methods use Fourier transformations to work in frequency domain, whereas this methods stay in time domain. Numerical simulations were carried out, but even if the noise is high, results are good. The algorithm is robust, and the main parameters are identified.