Influences du rapport des vitesses de rotation θ et de la distance axiale A

Influence du rapport des vitesses θ

Le paramètre θ est défini comme le rapport de la vitesse de rotation du rotor aval sur la vitesse de rotation du rotor amont : θ = NR2 NR1 (5.1) Les deux cas de figures possibles, celui où la vitesse du rotor amont est fixe et la vitesse du rotor aval varie et celui où la vitesse du rotor amont varie et la vitesse du rotor aval est fixe, sont étudiés et présentés dans les deux paragraphes suivants. 5.1.1 θ variable et NR1=2000 rpm La figure 5.1 montre le réseau de courbes obtenu en faisant varier le paramètre θ. En augmentant la vitesse du second rotor, on augmente également l’élévation de pression que réalise le système contrarotatif. Ceci s’explique tout simplement par le fait qu’on fournit plus d’énergie à l’écoulement. Cependant, du point de vue du rendement statique l’optimum des optima ne correspond pas à celui du débit de conception et le débit nominal est légèrement à droite de celui-ci. Le rapport des vitesses optimal serait, d’après ces courbes égal à θ=1.05 et le débit nominal pour ce rapport de vitesse vaut Qv=3750 m3 .h−1 . En comparant les courbes, on remarque qu’elles ont toutes une allure plus proche de celle du rotor aval seul que celle du rotor amont seul, avec une pente de -75 P a/1000 m3 .h−1 . On observe également que pour les différentes valeurs de θ > 0.8, les courbes de rendement sont superposables pour Qv ∈ [1000; 3250] m3 .h−1 . Au-delà de cette plage, le rendement varie en fonction de la valeur de θ et le plus souvent ηs>60% allant jusqu’à 66%. Il est donc possible d’atteindre une large plage de fonctionnement en conservant un très bon rendement statique. Ce système contrarotatif est particulièrement avantageux et flexible dans des applications où la machine est susceptible de fonctionner dans différentes conditions de débit et d’élévation de pression. En effet, on peut imaginer un système de régulation en boucle fermé, permettant d’avoir avec un seul jeu de rotor une plage de débit avec une élévation de pression constante ou inversement, une plage d’élévation de pression pour un même débit tout en gardant un rendement relativement élevé pour ce type de ventilateur. Ceci est particulièrement vrai en sur-débit. En effet, en sous-débit par rapport au débit de conception, les courbes de rendement se superposent ou sont très proches les unes des autres alors qu’en sur-débit, les courbes se distinguent clairement les unes des autres. 5.1.2 θ variable et NR2=1800 rpm Un autre réseau de courbes est obtenu en faisant varier cette fois-ci la vitesse de rotation du rotor amont R1 tout en gardant la même vitesse pour le rotor aval R2=1800 rpm. La figure 5.2 montre des courbes très similaires à la figure 5.1 mais pour différents couples de vitesses. L’optimum des optima est obtenu pour θ = 1.06, comme dans le cas précédent, au débit de Qv=3317 m3 .h−1 avec un rendement proche de ηs=67%. Dans le cas d’un seul rotor, le débit nominal se déplace en fonction de la vitesse de fonctionnement et par similitude, on trouve théoriquement le même rendement maximal mais pour différents débits.

NFLUENCE DE θ 

Figure 5.1 – Courbes de performances en terme d’élévation de pression statique, (a) et de rendement statique, (b). La vitesse du rotor R1 est constante et égale à NR1=2000 rpm et θ ∈ [0, 1.2]. (C) : θ=0, (◁) : θ=0.5, (▷) : θ=0.80, (▽) : θ=0.85, (◇) : θ=0.90, (△) : θ=0.95, (∗) : θ=1, (2) : θ=1.05,(×) : θ=1.1, (◇) : θ=1.15, (+) : θ=1.2. Dans le cas d’un étage contrarotatif, en variant la vitesse du premier rotor, le second rotor pourrait être complètement désadapté et on verrait une chute des performances. Or, sans pouvoir encore généraliser, ces courbes montrent qu’il est possible d’avoir une large plage de fonctionnement et plus particulièrement que l’étage RR est toujours aussi performant pour des vitesses de fonctionnement très différentes des vitesses de conception initiales. La figure 5.3 montre l’évolution de la puissance consommée par R2 en augmentant celle de R1 (donc en diminuant θ). La puissance consommée par R1 augmente avec la vitesse comme le montre la figure 5.3a). La présence de R2 ne semble pas modifier la puissance consommée par R1. En effet, ces courbes obtenues pour différentes valeurs de θ sont toutes similaires comme le montre la figure 5.3c). On observe également que la puissance consommée par R2 est légèrement plus importante. En augmentant la vitesse de R1 de 1500 rpm (θ=1.2) à 1900 rpm (θ=0.95), la puissance consommée par R2 augmente d’environ 20%. Cette augmentation est plus prononcée en haut débit qu’en débit partiel. Cette augmentation s’explique par la modification de l’écoulement induite par l’augmentation de la vitesse de R1. D’autre part, dans le cas inverse, où NR1 est fixe et NR2 varie, il n’a pas été constaté d’effets aussi prononcé sur la puissance consommée par R1 comme le montre la figure 5.4.