Effets non linéaires acoustiques et couplages fluide-structure dans les guides d’ondes : application à des conduites de compresseurs alternatifs
Institution:
Le MansDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
In the oil, chemical and gas industries, the manufacturing processes induce the use of pipelines subjected to gases at high pressure and temperature. The gas is transported by reciprocating compressors connected to these pipelines, whose normal operation generates the propagation of acoustic waves causing structural vibrations by coupling between the gas column and the piping system. Understanding the behavior and controlling the level of these vibrations is a major challenge because of their impact on the safety of the installations. However, the increase in the rotational speeds of new compressors has accentuated the generation of non-linear acoustic phenomena that can occur locally at section discontinuities (orifice, expansiona areas) or along the propagation in long pipes. A one-dimensional numerical model of non-linear propagation in a pipe network with cross-section discontinuities is developed in the time domain. This model is based on the choice of a FDTD (Finite Difference Time Domain) scheme adapted to weakly non-linear propagation with viscothermic losses in wave guides.In the meantime, a study is carried out on the vibroacoustic coupling between the fluid and a bent pipe. The propagation of plane acoustical waves generates the appearance of localized forces at the bends of a pipe. Vibrations are then induced by the unbalancing of these forces. The measurement of modal parameters (mode shapes, frequency and damping) is carried out by means of vibration tests at strategic points on the pipe. Then an inverse method is proposed in order to estimate the internal pressure field, based on non-intrusive acceleration measurements.
Abstract FR:
Dans les industries de production pétrolière, chimique et gazière, les procédés de fabrication induisent l'utilisation de tuyauteries soumises à des gaz à hautes pression et température. Le transport du gaz est assuré par des compresseurs alternatifs raccordés à ces tuyauteries, dont le fonctionnement normal engendre la propagation d'ondes acoustiques menant à des vibrations de structures par couplage entre la colonne de gaz et la tuyauterie. Comprendre l'établissement et maîtriser le niveau de ces vibrations est un enjeu dimensionnant en raison de leur impact sur la sécurité des installations. Or, l'augmentation des vitesses de rotation des gammes de compresseurs, a accentué la génération de phénomènes acoustiques non linéaires. Ces phénomènes peuvent apparaître de manière générale au cours de la propagation pour des tuyauteries de grandes longueurs ou de manière locale au niveau des changements de section. Une modélisation numérique monodimensionnelle de la propagation non linéaire dans un réseau de tuyauterie est développée dans le domaine temporel et s'appuie sur le choix d'un modèle numérique par méthode FDTD. Parallèlement, une étude est menée concernant le couplage vibroacoustique entre le fluide et une tuyauterie coudée. La propagation d'ondes acoustiques engendre l'apparition de forces localisées au niveau des coudes. Le non-équilibrage de ces forces engendre des vibrations. La mesure des caractéristiques modales (déformées, fréquences et amortissement) est réalisée au moyen de tests vibratoires en des points stratégiques. Une méthode inverse est ensuite proposée afin de connaît le champ de pression interne à partir de mesures non intrusives d'accélération.