Lukas Dür, doctorant à TU-Graz – Institute of Thermodynamics and Sustainable Propulsion Systems (ITnA).
Efficient Hermetic Reciprocating Compressors
After a brief introduction of TU Graz and the Institute of Thermodynamics and Sustainable Propulsion Systems (ITnA) the presentation focuses on Lukas Dür’s PhD research. Using a combination of experimental and simulation approaches, the work quantifies loss mechanisms and optimization levers, delivering validated efficiency gains for compressors in domestic refrigeration systems.
Catégorie d'événements : Génie Mécanique et Systèmes Complexes
Séminaire du Pr. Andriy Zahorulko : Experimental and numerical studies of buffer impulse dry gas seals
Experimental and numerical studies of buffer impulse dry gas seals
For more than 30 years, gas seal technology has been a key factor in ensuring the safety and reliability of centrifugal pumps, compressors, agitators and rotary equipment in the chemical and petrochemical industries. In view of changing environmental regulations, dry gas lubrication ensures the purity of the pumped liquid medium and zero emissions of toxic substances. The non-contact function of the mechanical seal is achieved thanks to the special topography of one of the surfaces of the seal rings, which creates a gasdynamic opening force during shaft rotation, eliminating friction. Buffer dry gas seals use a regulated inert buffer gas at a pressure of 1-2 bars above the process pressure to seal the process fluid from the atmosphere. At the same time, gas seals have a minimal temperature rise and lower energy consumption than liquid seals. And the global spread of non-contact seals with gas lubrication has led to a reduction in parasitic power losses due to friction and significant energy savings.
Among the double gasdynamic seals with radial arrangement of stages, the significant advantages of buffer impulse mechanical seals are distinguished by their non-contact operation mode and hydrostatic opening force provided by the shaft rotation and periodic impulse supplying of the cavities by feeders with the buffer medium. These seals are much easier to manufacture and reliable. Therefore, in these studies, using the CFD simulation, a thermohydrodynamic analysis of a buffer impulse dry gas seals were performed. Laminar air flow was considered as well as ideal gas law, and heat transfer through the solid surfaces of the seal rings. The transient problem of the flow during the circumferential interaction of the rotor and stator gap regions was solved, which made it possible to simulate the dynamic process of supplying the buffer pressure to the cavities of the buffer impulse seal. The validity of the proposed numerical models was verified by the available experimental results on the leakages, the average temperature of the face surface of the floating ring at the exit from the seal and pressure pulsations in the cavities and on the inter-cavity land. An analysis was performed on the influence of the fixed gap size, the depth and number of cavities and the pressure difference between the buffer and sealed medium on the amplitude of pressure pulsations, the magnitude of the gap opening force, leakages and the surface average temperature of the floating ring at the exit from the seal, as well as pressure and temperature distribution along the circumference and radius of the sealing rings. The thermal and mechanical deformations of the rings and the dynamic coefficients of stiffness and damping of the buffer impulse seal were obtained.
Soutenance de thèse d’Oumaima Nakiri, intitulée « Étude du régime de lubrification mixte pour des fluides compressibles »
Séminaire Équipe TriboLub
Sofiane Bendilmi, notre nouveau collègue au sein de l’équipe TriboLub, présentera ses travaux.
Cette présentation sera suivie d’une réunion d’équipe.
Soutenance de thèse d’Ibrahim Diallo (Equipe TriboLub), le lundi 6 octobre à 10h
Résumé
La fonction des joints d’étanchéités radiaux segmentés est de limiter les fuites autour des roulements guidant les rotors des moteurs aéronautiques. Ce joint est composé de plusieurs segments en carbone graphite et de ressorts. Ces derniers maintiennent les segments en appui contre le rotor et le stator, ce qui permet au joint de s’adapter aux déplacements radiaux de ce premier tout en assurant un faible débit de fuite. Les contacts permanents entre les segments et les pièces mobiles entraînent leur usure mais, grâce à l’action des ressorts, les performances d’étanchéité sont maintenues tout au long de la durée de service.
L’objectif des travaux présentés est d’étudier le phénomène d’usure du carbone graphite afin de pouvoir proposer une méthode d’estimation de la durée de vie des segments. L’usure du carbone graphite génère une poudre fine qui joue le rôle de troisième corps. La poudre issue de l’usure sépare les surfaces en contact et agit comme un lubrifiant solide. Ainsi, toute estimation fiable de la durée de vie des segments implique une compréhension approfondie du comportement de cette poudre dans le contact. Des essais ont donc été réalisés sur des rhéomètres afin d’étudier dans un premier temps le comportement tribologique du matériau et son usure et dans une deuxième temps le comportement rhéologique de la poudre.
Ces essais ont permis de caractériser les couples de démarrage et le coefficient de frottement statique à différentes pressions de contact, ainsi que l’évolution du couple avec la vitesse. Les résultats ont mis en évidence que le couple de frottement dépend principalement de la pression de contact et faiblement de la vitesse de rotation. L’analyse de la topographie des surfaces a révélé la présence de deux mécanismes d’usure distincts : l’abrasion, prédominante au début de l’essai et l’adhésion, qui se manifeste plus tardivement. Durant l’essai, une couche se forme progressivement à l’interface de contact favorisant le glissement et réduisant l’usure. L’usure augmente néanmoins avec la pression de contact et la vitesse mais reste globalement faible, ce qui confirme que la poudre de graphite agit efficacement comme lubrifiant solide.
Pour les essais rhéologiques, des échantillons de poudre ont été obtenus par broyage et limage car la quantité de poudre issue de l’usure est trop faible. Ces essais ont permis d’identifier des propriétés rhéologiques telles que la masse volumique apparente, un indice de viscosité basé sur la comparaison avec des huiles siliconées de viscosité connue, la contrainte de rupture dans la masse et la contrainte de glissement à la paroi.
Finalement, la vitesse de l’usure a été déterminée à l’aide de la méthode des éléments discrets appliquée à un échantillon virtuel calibré sur les caractéristiques du carbone graphite.
Tous ces résultats constituent le socle sur lequel viendra s’appuyer une modélisation de la poudre dans le contact segment/rotor basée sur une équation de Reynolds généralisée capable de simuler toutes étapes du circuit tribologique (la production, la circulation et de l’éjection de la poudre).
Mots clés
Étanchéité dynamique, carbone graphite, usure, poudre, rhéologie
Soutenance de thèse d’Ibrahim DIALLO, Equipe TirboLub, le 6 octobre 2025
Séminaire de l’équipe TriboLub : Quelques outils pour comprendre le frottement sec
Soutenance de thèse de Maxime Lang (Équipe TriboLub)
Soutenance de Thèse de Baptiste Couderc (Équipe TriboLub)
Soutenance de Thèse de Nicolas Elie (Équipe TriboLub)
THESE Présentée par : Nicolas ELIE
Directeur de thèse : Noël BRUNETIÈRE (Institut Pprime)
Co-encadrant de thèse : Pascal JOLLY (Institut Pprime)
Co-directeur de thèse : Romain LUCAS-ROPER (IRCER)
JURY :
K. DELBE, Maitre de conférence HdR, ENI Tarbes Rapporteur
N. FILLOT, Professeur, INSA Lyon, Rapporteur
N. BRUNETIERE, Directeur de recherche, CNRS
J. CAYER BARRIOZ, Directrice de recherche, École Centrale de Lyon
P. JOLLY, Ingénieur de recherche, Université de Poitiers
R. LUCAS-ROPER, Professeur, Université de Limoges
