Généralités sur les turbomachines

On appelle turbomachine un appareil dont le rôle est d’assurer un échange d’énergie mécanique entre un débit permanent de fluide et un rotor tournant à vitesse constante autour d’un axe. Selon le sens de l’échange d’énergie, la turbomachine sera dite génératrice lorsqu’elle fournit du travail (les principales machines motrices sont les turbines à vapeur et à gaz, les turbines hydrauliques, ainsi que les éoliennes), et réceptrice lorsqu’elle en reçoit de celui-ci (parmi les machines réceptrices, on trouve les turbopompes, les ventilateurs, les turbosoufflantes, les turbocompresseurs et les hélices aériennes et marines). Puisqu’elle consomme ou recueille de l’énergie mécanique sur son arbre, elle doit nécessairement être accouplée à une autre machine jouant un rôle de moteur dans le premier cas (moteur électrique, moteur diesel, turbomachine réceptrice) ou de machine entraînée dans le second (dynamo, alternateur, turbomachine génératrice). Le fluide utilisé est généralement de l’eau (d’où le nom de machines hydrauliques), mais il peut être un liquide quelconque : pétrole, huile, ou un gaz comme l’air, pourvu que les variations de pression mises en jeu soient faibles devant la valeur absolue de la pression. Description Une turbomachine comprend, outre la roue (ou rotor), organe spécifiquement moteur ou récepteur, des éléments situés en amont ou en aval de celle-ci, destinés à amener et à évacuer le fluide.

Comportement du fluide

Le fluide utilisé dans les turbomachines peut avoir un comportement incompressible (qui est le cas qui nous intéresse dans cette partie) ou compressible. Dans ce dernier cas, l’étude est plus complexe et nécessite une analyse thermodynamique propre à la mécanique des fluides compressibles.

Sens du transfert d’énergie C’est-à-dire suivant s’il faut transformer l’énergie d’un fluide en énergie mécanique ou inversement. Comme nous l’avons déjà précisé, dans le premier cas il s’agit des machines réceptrices telles que les turbines hydrauliques ; dans le second cas il s’agit de machines génératrices comme les pompes, ventilateurs, etc. Les hélices aériennes et marines rentrent dans cette catégorie. Enfin il existe des machines, les turbines-pompes qui peuvent jouer les deux rôles.

Nombre d’éléments disposés en série Comme on le verra, et sauf cas particuliers, une turbomachine élémentaire ou monocellulaire, comporte en principe deux séries d’aubages, les uns fixes, les autres mobiles. L’association d’un organe fixe et d’une roue mobile constitue une cellule capable de caractéristiques déterminées. Dans certains cas, il est nécessaire de disposer plusieurs cellules en série, le fluide parcourant successivement chacune d’elles, d’où l’appellation de machines multicellulaires.

Principe de fonctionnement

Les composants de base du ventilateur consistent en une roue et un carter pour diriger le débit d’air. Les principes de base du fonctionnement des ventilateurs sont traités sous les deux rubriques principales ventilateurs centrifuges et ventilateurs axiaux. Les ventilateurs centrifuges déplacent l’air grâce à la force centrifuge produite par le déplacement de l’air entre les pales de la roue et l’inertie générée par la vitesse de l’air quittant les pales de celle-ci. Le carter d’un ventilateur centrifuge peut être à sortie radiale continue (figure 2) ou spiralé à sortie unique (figure 3). Le carter à sortie radiale continue souffle efficacement l’air lorsqu’aucun raccord de gaine en aval n’est requis, tandis que le carter spiralé produit l’écoulement d’air à haute vitesse. Cette air se comprime et se dirige uni directionnellement vers un réseau de gaines. Dans les ventilateurs axiaux, l’air est propulsé par la variation de la vitesse de l’air se déplaçant sur les pales de la roue. La figure 4 illustre une version simplifiée du ventilateur axial.

Constitution et rôle de chaque élément: Un ventilateur est un assemblage de roues successives, chacune étant constituée par un moyeu central sur lequel sont fixées des pales (ou aubes) réparties régulièrement sur toute sa périphérie. Ces pales, de forme incurvée, exercent un effort sur le fluide en déviant sa trajectoire. Si la roue est animée d’un mouvement de rotation (roue mobile), il y a alors transfert d’énergie mécanique entre le fluide et la machine. Ce transfert se traduit, pour le fluide, par des variations de sa pression et de son énergie cinétique. Une roue fixe est associée à la roue mobile, elle redresse l’air à la sortie et lui donne une direction axiale. L’ensemble d’une roue mobile et d’une roue fixe est appelé étage.

Ventilateurs à hélice Les ventilateurs à hélice (figure 5) sont des ventilateurs peu coûteux à faible rendement, utilisés lorsque les pressions différentielles sont minimales. La roue du ventilateur comprend habituellement deux ou plusieurs pales d’une même épaisseur, reliées à un petit moyeu. Le carter le plus simple comporte une plaque plate munie d’un trou circulaire alors que d’autres types de carter comprennent un diaphragme ou un venturi pour augmenter la performance du ventilateur. L’entrée des ventilateurs conçus pour assurer un rendement optimal est unie et le jeu entre le carter et l’extrémité des pales est très faible. Ils sont utilisés pour diffuser l’air à travers un mur ou pour faire circuler l’air à l’intérieur d’une pièce, sans réseau de gaines.

CONCLUSION

L’étude nous a permit de trouver des résultats concordants avec les bases de départ. Notre travail pourra servir de base de départ pour les promotions futures pour éventuellement d’autres travaux sur les ventilateurs axiaux. Ceci étant, nous avons rencontré énormément de difficultés afin de trouver des documentations pouvant nous aider dans notre travail de recherche. Nous avons quand même pu entamer notre travail grâce à l’aide de notre encadreur (que nous remercions encore une fois) qui nous a procuré quelques documentations sur lesquelles nous nous sommes basés pour terminer notre travail.

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Table des matières

Introduction
Chapitre I – Généralités sur les turbomachines
I-1- Introduction
I-2- Description
I-3- Classification des turbomachines
a) Suivant la trajectoire du fluide
b) Comportement du fluide
c) Sens du transfert d’énergie
d) Nombre d’éléments disposés en série
e) Mode d’action du fluide
f) Degré d’injection
I-4- Présentation de l’écoulement
I-5- Ecoulement dans des grilles d’aubes
Chapitre II – Généralités sur Les ventilateurs
II-1-Définition
II-2-Utilité
II-3-Comment fonctionne un ventilateur
II-4-Types
II-5-Principe de fonctionnement
II-6-Constitution et le rôle de chaque élément
II-7-Les caractéristiques du ventilateur
II-8-Ventilateurs à hélice
II-9- Le profil RAFGE
Chapitre III- Rappels thermodynamiques et mécanique des fluides
III-1- Introduction
III-2- classification sommaire des modes d’écoulement
a) Machine axial en fluide incompressible
b) Machine radiale en fluide incompressible
III-3- Hauteur manométrique
III-4-Choix du type du ventilateur
III-6-La pression statique et la pression d’arrêt
III-7- Travail d’un ventilateur
III-8- Rendement du ventilateur
III-9- Puissance d’un ventilateur
Chapitre IV : Calculs des éléments des ailettes fixes et mobiles et détermination des pertes et performances
IV-1- Calcul des éléments de l’aube
1) Aubages mobiles
2) Aubages fixes
IV-2- Calcul des pertes au niveau du ventilateur
1) Pertes dans la roue
2) Les pertes entre la roue et le stator
3) Les pertes dans les aubages fixes
4) Les pertes de charge dans le diffuseur
IV-3- Calcul de rendement du ventilateur
IV-4- La puissance du ventilateur
Conclusion