Analyse expérimentale de l'effet Morton

Experimental Analysis on the Morton Effect

• Auteur / Autrice : Thibaud Plantegenet
• Direction : Mihaï Arghir, Olivier Bonneau, Pascal Jolly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, productique, transport
• Date : Soutenance le 12/12/2019
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers) - Institut Pprime / PPRIME
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Aurelian Fatu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mihaï Arghir, Olivier Bonneau, Pascal Jolly, Mohamed Amine Hassini, Jarir Mahfoudh
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jürg Schiffmann, Olivier Bareille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phénomènes transitoires

Vibrations

Thermique

Dynamique

Rotors

Sciences -- Expériences

Paliers fluides

Mots clés libres

Effet Morton

Instabilité thermique

Analyse expérimentale

Palier hydrodynamique

Palier à patin oscillants à pivot flexible

Excitateur magnétique

Morton effect

Thermal instability

Experimental analysis

Hydrodynamic bearing

Tilting pad journal bearing with flexible pivot

Magnetic actuator

Résumé

Cette thèse a pour objectif d’étudier expérimentalement l’effet Morton pour différents types de paliers et un rotor rigide ou flexible. L’effet Morton est un phénomène d’instabilité thermique se produisant dans les paliers hydrodynamiques qui a pour conséquence d’influencer le comportement vibratoire du système rotor-palier. L’introduction permet d’évoquer les différents phénomènes d’instabilité thermique, en se concentrant dans un premier temps sur l’effet Newkirk pour en décrire mathématiquement son fonctionnement et comprendre la philosophie des phénomènes d’instabilité thermique. L’étude bibliographique de l’effet Morton est ensuite détaillée (cas industriels, modélisation numérique et analyse expérimentale). La première analyse expérimentale est réalisée pour un rotor rigide supporté par un palier cylindrique. Avant l’analyse des essais dans cette configuration, le banc d’essais est détaillé, les caractéristiques dynamiques du palier sont identifiées expérimentalement. Les essais réalisés à vitesse constante montrent la présence de l’effet Morton « stable ». La seconde étude est conduite avec un rotor flexible et permet de mettre en évidence l’influence du temps de démarrage sur l’apparition d’un comportement instable. La dernière étude expérimentale est réalisée avec le rotor flexible supporté par un palier à patins oscillants à pivots flexibles. Le palier étant d’une conception particulière, une étude bibliographique permet de comprendre son fonctionnement, ses points forts et ses applications. Sa conception, son dimensionnement et sa caractérisation expérimentale sont ensuite détaillés, puis les résultats expérimentaux montrent l’influence du balourd initial sur la stabilité. Pour finir, les résultats expérimentaux de chaque configuration sont comparés et permettent de mieux appréhender le comportement de l’effet Morton dans les paliers hydrodynamiques et son influence sur la dynamique du rotor.

The main goal of this thesis is the experimental study of the Morton effect in hydrodynamic bearing for rigid and flexible rotors. The Morton effect is a thermally induced increase of the synchronous vibration phenomenon that appears in journal bearing. The introduction part permits to describe the thermal instabilities with firstly a focus on the Newkirk effect and its mathematical description to understand the philosophy of thermal instabilities. Bibliography study of the Morton effect is fully described (case studies, numerical analyses, experimental analyses). The first experimental analysis is conduct for a rigid rotor on a plain journal bearing. In this configuration, the test rig is detailed, the dynamic characteristics of the bearing are experimentally identified and then the tests at constant rotational speed show the “stable” Morton effect. The second study is achieved with a flexible rotor and permits to show the influence of the start-up time on the Morton effect stability. The last experimental study is realized with the flexible rotor on a tilting pad journal bearing with flexible pivot. This bearing being of a particular design, a bibliography allows to understand its principles, its pros and cons and its applications. Its design and its experimental characterization are detailed and then the experimental results show the unbalance influence on stability. To conclude, experimental results are compared and allow a better understanding of the Morton effect in the journal bearing and its influence on the rotordynamic.