Modélisation de l’équilibre axial du rotor d’une Microturbopompe de cycle Rankine

Abstract

Ce mémoire présente le travail réalisé dans le cadre du développement d’une microturbine à vapeur opérant à haute température et qui met en œuvre le cycle thermodynamique de Rankine. La microturbine fait partie de la famille des Power-MEMS dont l’objectif est de générer l’électricité à petite échelle à partir d’une source de chaleur. Elle prend une forme planaire due aux techniques de fabrication à savoir les méthodes de microfabrication des MEMS. Il s’agit d’un empilement de cinq tranches fabriquées en silicium et verre. La microturbopompe étudiée dans ce travail consiste d’une puce qui renferme un rotor supportant une microturbine et une micropompe. Le rotor est un disque de 400 µm d’épaisseur et de 4 mm de diamètre, supporté par deux paliers axiaux hydrostatiques à gaz. La microturbopompe contient une pompe visqueuse à rainure en spirale, une turbine constituée d’un étage de pales (rotor/stator), un palier radial et trois joints d’étanchéité. Ce projet vise à développer une méthode de détermination du jeu entre le rotor et la structure statique inférieure lors de l’opération de la microturbopompe de 2ème génération. Pour ce faire, des modèles analytiques et numériques de l’équilibre axial du rotor ont été développés. Ils sont basés sur une étude détaillée des paliers axiaux hydrostatiques et l’évaluation des forces exercées par les autres composantes (turbine, pompe, joints d’étanchéité, palier radial) sur le rotor. Ces modèles sont par la suite validés en les comparant aux résultats expérimentaux.