Vibrations aléatoires dans les circuits industriels

Random vibrations of an industrial piping system

¹ CEA - DEMT, Saclay
² EDF - DER, Chatou
³ EDF - DER, Clamart

Résumé

Les circuits industriels véhiculant des fluides sont souvent le siège de phénomènes vibratoires gênants. Les zones singulières (pompes, vannes, etc.) de l'écoulement sont en général à l'origine de ces phénomènes, qui peuvent revêtir des caractères assez différents. Les vibrations peuvent être très intenses et conduire à une dégradation rapide des structures. Il s'agit ici d'instabilités résultant d'un couplage fort entre la source d'excitation et la réponse du système. Les vibrations peuvent être d'un niveau plus faible, mais engendrer des ruptures par fatigue ou des usures. Dans ce cas, l'excitation due au fluide peut être caractérisée par des sources aléatoires indépendantes de la réponse. Les caractéristiques de ces phénomènes peuvent varier notablement selon la nature des fluides (incompressible - compressible) ou celle des structures. On peut observer ainsi des phénomènes dans le domaine des basses fréquences ou des plus hautes fréquences. L'objet de ce rapport est de rappeler les principaux modèles théoriques de l'excitation aléatoire due aux écoulements instationnaires dans les circuits et de donner un ensemble d'exemples industriels illustrant ses différents aspects.

Abstract

Industrial piping systems conveying liquids are often the source of unwanted vibratory phenomena. The singular zones (pumps, valves, etc.) of the flow are generally speaking the source of these phenomena, which can be of different kinds. The vibrations can be very strong and can lead to structures rapidly deteriorating. This often involves instabilities resulting from a strong coupling between the excitation source and the system response. The vibrations can be of a lower level and can generate fatigue failure and wear. In this instance, the excitation caused by fluid may be characterized by random sources independent of the response. The characteristics of these phenomena may vary, depending in particular on the type of fluids (compressible or incompressible) or the type of structures. Phenomena can thus be observed in the low or higher frequencies range. The aim of this report is to briefly describe the main theoretical models of random excitation due to unsteady flows in the piping systems and to give an entire range of industrial examples displaying various aspects.