Analyse des étanchéités annulaires à bague flottante

Les etancheites annulaires a bagues flottantes permettent de reduire de maniere significative les fuites dans les machines tournantes fonctionnant avec des gaz ou des fluides cryogeniques. Leur integration dans la machine n'est pas simple car le fonctionnement correct suppose que la bague flottante soit capable de suivre les vibrations du rotor. Le travail presente est constitue de deux parties. La premiere partie consiste de l'analyse du comportement statique et dynamique du joint annulaire qui constitue l'etancheite principale. Le modele developpe est base sur un modele de film mince domine par des forces d'inertie accompagne d'une forme en enthalpie totale de l'equation de l'energie. Ce modele permet la prise en compte du changement de phase dans les fluides cryogeniques. La reponse dynamique du joint annulaire est exprimee sous forme des coefficients dynamiques lineaires. Ces coefficients varient avec le regime de fonctionnement du joint annulaire (excentricite, pression amont/aval et vitesse de rotation) mais ne dependent pas de la frequence d'excitation. La deuxieme partie est dediee a la mise au point d'un modele dynamique. La bague flottante est soumise aux forces fluides engendrees par l'ecoulement dans le joint annulaire (l'etancheite principale), aux forces de frottement mixte entre son nez et le stator (l'etancheite secondaire est similaire a un joint a faces radiales) et aux forces d'inertie dues a son poids propre. Le rotor joue le role d'une excitation externe. Un modele approprie est developpe pour chacune des ces forces. Sont developpes deux modeles dynamiques. Le premier modele est base sur l'hypothese que la bague flottante suit le rotor suivant un mouvement periodique de precession. Ce modele a l'avantage de permettre une solution quasi-analytique simple et rapide mais est limite par le fait que la reponse dynamique de la bague peut etre plus complexe. Le deuxieme modele est completement non-lineaire et prend en compte les eventuels impacts entre le rotor et la bague et entre la bague et les pions anti-rotation. Le modele montre que sous certaines conditions la trajectoire de la bague peut etre quasi-periodique ou chaotique. Globalement, les resultats obtenus a la fin de la deuxieme partie mettent en exergue des regles de conception a suivre pour integrer correctement un joint annulaire a bague flottante dans une machine tournante.