Recommandations
La conception du joint d'étanchéité devrait être revue afin de pouvoir utiliser la pompe à son efficacité maximale. Une attention particulière devrait être apportée au débit de vapeur d'eau entrant dans la pompe en s 'assurant que cela n'engendre aucune problématique. Une étude plus approfondie des forces de tension de surface permettrait de voir si elles peuvent, à elles seules, empêcher le fluide de s'étendre radialement. Si tel est le cas, un traitement adéquat des
surfaces devrait être envisagé. Les forces de tension de surface seront différentes lors de
l'utilisation de vapeur d'eau. En fait, il faut adéquatement tenir compté du liquide, du gaz et des surfaces de contact utilisés. Il est suggéré ici d'étudier le possible effet des forces centrifuges sur le fonctionnement du joint d'étanchéité. De plus, l'instabilité de Rayleigh- Taylor (force centrifuge»force tension de surface) devrait être étudiée, car elle suggère
d'éviter de positionner le fluide le plus dense à l'intérieur de l'interface. Si des mesures de
pressurisation par le joint d'étanchéité sont à prévoir, les volumes passifs (tuyauteries) devraient être minimisés en approchant le plus possible les capteurs de pression de la
composante.
5.4 Palier axial
Une nouvelle modélisation du palier axial a été réalisée en s 'inspirant des travaux de Lee [Lee, 2006] et a été validée à l'aide de mesures expérimentales. Cette modélisation permet de varier indépendamment les pressions de sortie du palier axial. Ainsi, la nouvelle modélisation représente plus fidèlement le comportement du palier axial et peut être utilisée pour prédire le comportement du dispositif. Le palier axial actuel offre donc une forte rigidité axiale mais il présente une lacune en ce qui a trait à la force produite. L'un des avantages du palier axial annulaire positionné près de la périphérie du rotor est sa grande rigidité angulaire qui permet de minimiser les impacts d'un mouvement radial important ou d'un décalage important entre le palier radial et les composantes sous le rotor. Le palier axial comporte trois fréquences critiques d'opération soient : la fréquence naturelle axiale et les fréquences naturelles angulaires en X et Y. Pour une grande pression d'alimentation, ces fréquences critiques sont très élevées (>1000 kRPM) et permettent une opération du palier axial en régime sous-critique
(vitesse de rotation < fréquence critique). Combiné à l'utilisation de la nouvelle configuration
à ports fermés, le palier axial génère une force plus grande et permet de régler la problématique de rigidité négative du palier radial.
Expérimentalement, les mesures de Lee ont été utilisées pour valider l'estimation des gaps d'opération qui s'avère être du bon ordre de grandeur et relativement précise étant donné les possibles variations géométriques et la précision des instruments de mesure. La grandeur du diamètre des orifices a été remise en cause par la modélisation et a été confirmée par des mesures au microscope optique (~8µp? au lieu de ??µ??). Lors de la présente étude, la caractérisation expérimentale du palier axial s'est limitée à la mesure du débit massique minimal et maximal des différents dispositifs. L'estimation du gap minimal, à partir du débit massique minimal, se fait plus précisément à cause de la nature même de l'écoulement dans le palier axial. L'estimation des gaps d'opération n'a pu être validée par une mesure directe, mais elle indique un gap d'opération environ deux fois plus grand qu'à la conception. Cela peut s'expliquer par le déplacement de la puce du haut et aussi par la présence d'une couche d'oxyde sur le dessus de la puce du bas (~2µp?). Des comparaisons avec les mesures du joint d'étanchéité et de la pompe indiquent une forte cohérence dans l'estimation des gaps.
Lors d'un essai de pressurisation par les joints d'étanchéité (section 4.4.1), le palier axial jumelé à l'utilisation de la configuration à ports fermés a permis de démontrer une importante augmentation de la rigidité axiale (0.32 ?/µ??) avec une faible pression d'alimentation au palier axial (165 kParei). Par contre, une pression d'alimentation de cet ordre confère au palier axial, pris indépendamment, une rigidité axiale de seulement 0.02 ?/µ???. De plus, la pressurisation du joint d'étanchéité a permis d'atteindre un équilibre axial à 77 kRPM avec une pression d'alimentation du palier axial inférieur à la pression d'entrée de la turbine relativement à la pression de sortie de la turbine (17.9 kPa contre 35.3 kPa). Le palier axial a donc été opéré de façon autosuffisante avec la configuration à ports fermés (section 4.2).
Recommandations
Au niveau de la modélisation, les pertes de pression à la sortie de l'orifice lorsque l'écoulement change de direction seraient à étudier plus en profondeur car les relations de Vohr [Vohr, 1966] utilisées sont valides pour de petits rapports entre le rayon des orifices et le gap au palier axial. Il serait également bon d'étudier la création possible d'un résonateur de Helmholtz à l'entrée du palier axial. Lors de la conception, il est important de s'assurer d'avoir une force assez grande pour supporter plusieurs régimes d'opération. Avoir une seconde mesure du déplacement axial du rotor (deux paliers axiaux de part et d'autre du rotor par exemple) permettrait une opération plus sécuritaire. L'utilisation d'un seul palier axial semble hasardeuse car l'estimation du gap est moins sécuritaire et les phénomènes de blocage sonique entraînent directement des instabilités dynamiques. Les débits massiques étant relativement faibles, les fuites dans la tuyauterie d'alimentation peuvent grandement fausser les résultats. Il faut donc s'assurer en tout temps et avant chaque opération d'avoir la même