Conception et analyse d'une pompe hélice équipée d'un redresseur tandem

= Design and analysis of a mixed-flow pump equipped with a tandem stator

• Auteur / Autrice : Franck Decant
• Direction : Robert J. Morel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national des sciences appliquées (Lyon1957-....) - LMF - Laboratoire de Mécanique des Fluides (Lyon, INSA1991-2000)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couche limite

Simulation numérique

Turbomachines

Résumé

Afin d'améliorer le comportement hydraulique de pompes hélices utilisées dans l'industrie pétrolière, le concept d'aubage: en tandem a été proposé. Dans cette construction, un aubage unique est remplacé par deux rangées d'aubes placées l'une derrière l'autre et qui interfèrent hydrauliquement. Un tel montage est difficile à dimensionner en raison du nombre important de paramètres géométriques et de leur influence sur l'écoulement. Une méthode d'optimisation a donc été mise en œuvre pour réaliser le dimensionnement en fluide incompressible. Elle s'appuie sur une approximation pseudo-tridimensionnelle pour le calcul de J'écoulement sans frottement et sur une approche intégrale pour la détermination. Des caractéristiques des couches limites et des sillages. Le modèle a. été validé sur des résultats expérimentaux obtenus dans un redresseur tandem de type hélico centrifuge. La technique d'optimisation du SIMPLEX a été mise en œuvre ; la fonction objectif porte sur la position du point de décollement des couches limites sur les faces des profils, Une cellule de compression complète (roue plus redresseur) a été dimensionnée pour une machine multi étagée. Le point de fonctionnement nominal a été optimisé en fonction des contraintes de l'application. Une méthode inverse a été développée pour déterminer le profil méridien du moyeu à partir d1me distribution imposée de la composante méridienne de la vitesse. Le décollement de la couche limite sur l'aubage fixe n'a pas pu être supprimé en raison des conditions de fonctionnement sévères imposées. Cependant, le dimensionnement obtenu répond aux critères d'optimisation choisis carie décollement de couche limite est reporté très près du bord de fuite de l'aubage tandem.

In order to improve the hydraulic behavior of axial flow pumps used in petroleum industry, the concept of tandem blades bas been introduced. In this arrangement, a single blade is replaced by two rows of blades, placed one behind the other, which interfere hydraulically. Such a construction is difficult to design because of the great number of geometrical parameters and their influence on the flow. An optimization method has been implemented to lead the design in incompressible fluid. It relies on a quasi-three dimensional approximation for the calculation of the inviscid flow and on an integral method for the computation of boundary layers and wakes characteristics. This model has been assessed on experimental results obtained in the tandem cascade geometry of a mixed-flow pump diffuser. The SIMPLEX optimization technique has been implemented; the objective function is based on the position of boundary layers separation stations on the blades surfaces. A compression cell (impeller plus diffuser) for a multistage pump bas been designed. The nominal working condition has been optimized according to the application's constraints. An inverse method has been developed to determine the meridional shape of the hub, from a chosen distribution of the velocity's meridional component. The risk of boundary layer separation on the stator's profiles could not be eliminated in this application because of the difficult working conditions imposed. However, the design complies with the optimization criterion because the boundary layer separation is rejected very close to the rear tandem blade's trailing edge.