Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Ce forum est public et accessible en lecture même sans être inscrit, mais pour intervenir ou accéder aux pièces jointes il faut être inscrit.

Dans ce forum, vous pouvez demander des renseignements techniques ou administratifs, répondre aux questions posées, diffuser des informations relatives à la petite hydroélectricité.

Modérateurs : moulino51, MHEC

Avatar du membre
dB-)
Site Admin
Messages : 3467
Enregistré le : 24 janv. 2010, 17:09
Localisation : Vosges
Contact :

Re: Turbines Kaplan

Message par dB-) »

Bonjour,

la faible altitude et la faible hauteur de chute sous la roue renforcent mon impression : ce n'est très probablement pas de la cavitation mais essentiellement 35 ans d'impacts de pierres ou autres sur ce bord d'attaque qui est très mince.

(et je maintiens que pour ces faibles vitesses relatives il n'y a pas de cavitation à l'avant du bord d'attaque, comme sur les photos, mais, éventuellement, seulement un peu plus loin sur l'extrados)

PS : il y a peut être une optimisation à faire en augmentant un peu la vitesse de rotation, en effet je trouve que les données 998 mm, [240 tr/min et 3 300 l/s @ 3 m net] , [140 tr/min et 1 700 l/s @ 1 m], en supposant qu'elles soient exactes, ne sont pas tout à fait cohérentes entre elles.

Pour le rechargement, plutôt que de partir dans des analyses théoriques, il faut trouver une société locale qui a l'habitude de recharger les pales de turbines, j'en connais plusieurs dans l'Est de la France, comme les établissements Ballet à Vesoul (70), mais pas dans le Sud !

C'est quelque chose d'assez banal, mais si ça n'est pas bien réalisé le remède sera pire que le mal :(

Bon W.E.

dB-)
d.Beaume, DBH Sarl, 33 les Chênes 88340 Le Val d'Ajol RCS Epinal Siren 510 554 835 capital 50 000 € APE 3511Z TVA FR82510554835
Ancienne filature, turbine Goulut et Borne 1600 l/s @ 5 m, 104CV, multiplicateur Comelor, alternateur CGEN
Etudes, vente et pose de turbines, rénovation, régulation, maintenance, vannes, grilles, dégrilleurs

Image
Site Web DBH Sarl.eu

frevado
Membre
Messages : 114
Enregistré le : 27 nov. 2013, 11:03

Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par frevado »

Bonjour,

dans les premières pages de ce sujet, Mr Beaume parle d'améliorer le rendement aux debits partiels d'une semi kaplan (helice fixe) en faisant varier sa vitesse et en utilisant un variateur de fréquence. Comme cette discussion date de 2011, je voudrais savoir si cette technique avait été mise en place et si elle donnait satisfaction.

Merci!

Avatar du membre
dB-)
Site Admin
Messages : 3467
Enregistré le : 24 janv. 2010, 17:09
Localisation : Vosges
Contact :

Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par dB-) »

Bonjour,

oui, tout à fait, on peut améliorer le rendement à charge partielle d'une turbine hélice en abaissant sa vitesse, c'est quelque chose que j'ai testé sur une demi douzaine de turbines type hélice, soit ouvertes, soit sous bâche semi spirale, soit tubulaires, et pour des puissances allant de quelques kW à environ 30 kW (*), mais il y a beaucoup à dire et je manque de temps ...

En gros :

- je n'ai pas fait de mesures complètes (ça prendrait un temps fou, il faut enregistrer tous les paramètres en temps réel, hauteur de chute nette, débit, ouverture du distributeur, vitesse de rotation, puissance à l'arbre, et ensuite entrer tout ça sur tableur), mais juste des observations de l'évolution de la puissance en faisant varier la vitesse d'une turbine hélice tournant à débit partiel, pour différentes ouvertures du distributeur.

- ce que j'ai vu, c'est déjà qu'il n'y a pas deux installations se comportant de la même façon ...

- sur une turbine hélice avec distributeur fixe (qu'elle soit ouverte, ou sous bâche semi spirale genre tourbillon, ou encore tubulaire avec un distributeur axial), la variation de vitesse n'apporte pas grand chose : elle ne permet guère de faire baisser le débit quand l'eau manque, ni d'améliorer significativement le rendement à charge partielle

- sur une turbine hélice sous bâche semi spirale, genre tourbillon, avec vanne Uvula, la vanne permet évidement de réduire le débit quand l'eau manque (chose impossible avec les turbines tubulaires immergées présentées abusivement comme semi-Kaplan, mais qui ne sont en fait que de simples turbines hélice à distributeur fixe), et ainsi de turbiner une bonne partie de l'année. La variation de vitesse permet de gagner un peu de rendement à charge partielle, mais ce rendement s'écroule quand même en dessous de disons 40 - 50 % d'ouverture

- sur une turbine hélice ouverte avec distributeur réglable par directrices mobiles, là aussi on peut évidemment s'adapter au débit de la rivière, et là aussi la variation de vitesse apporte une amélioration du rendement à charge partielle, un peu meilleure, disons jusque vers 30 - 40 % d'ouverture, en dessous ça s'écroule.

La variation de vitesse permet surtout de faire tourner à tout instant la turbine à la vitesse optimale, celle donnant le maximum de puissance pour un débit donné, aux débits importants, mais elle ne transformera pas une turbine hélice en semi Kaplan ou bien sûr en Kaplan double réglage.

Remarques :

On retrouve toujours une certaine confusion dans les appellations, et je distingue personnellement :

- les turbines hélice (incidence des pales fixe) à distributeur fixe
- les turbines hélice à distributeur réglable (vanne Uvula ou directrices mobiles venant initialement du brevet Finck)
- les turbines semi Kaplan : incidence des pales réglable en marche et distributeur fixe
- et les turbines Kaplan, dites aussi DR (double réglage) : incidence des pales réglable en marche et distributeur réglable (radial, incliné ou axial)

Le rendement à charge partielle va en augmentant, depuis les turbines hélices jusqu'aux turbines Kaplan DR

Les fabricants asiatiques appellent "semi Kaplan" des turbines hélice à distributeur réglable, c'est flatteur mais faux.

Je suis un peu perplexe quand je vois les publicités de turbines D*VE , qui sont de simples turbines hélice à distributeur réglable, qui se comparent à des turbines Kaplan DR

Enfin, il faut faire attention lorsqu'on travaille à vitesse variable à ne pas surchauffer le générateur (refroidissement moins efficace) et à ne pas surcharger les bobinages (les onduleurs ou variateurs peuvent en effet appeler un courant trop important, pour garder telle puissance alors que la tension a chuté)

Bref, tout cela est à voir au cas par cas :D

(*) et même une installation de 200 kW, à laquelle j'ai participé il y a quelques années comme beaucoup d'autres, sans être le décideur final qui était le propriétaire. Technicien compétant et sympathique, mais néophyte en matière d'hydroélectricité, il a conçu et réalisé lui-même son installation en achetant directement la turbine en Chine, les armoires d'onduleur, etc.., à partir d'un mélange de conseils divers (dont les miens) glanés à droite à gauche et de ses convictions personnelles. L'expérience s'est hélas assez mal terminée, et malgré mes demandes je n'ai pas eu de retour concernant l'évolution de la puissance en fonction de la vitesse, pour une position de distributeur donnée, je pense que les résultats étaient décevants.

Bonne journée


dB-)
d.Beaume, DBH Sarl, 33 les Chênes 88340 Le Val d'Ajol RCS Epinal Siren 510 554 835 capital 50 000 € APE 3511Z TVA FR82510554835
Ancienne filature, turbine Goulut et Borne 1600 l/s @ 5 m, 104CV, multiplicateur Comelor, alternateur CGEN
Etudes, vente et pose de turbines, rénovation, régulation, maintenance, vannes, grilles, dégrilleurs

Image
Site Web DBH Sarl.eu

frevado
Membre
Messages : 114
Enregistré le : 27 nov. 2013, 11:03

Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par frevado »

Merci pour le retour. Donc en gros on arrive à récupérer qq points de rendement sur les débits partiels mais on restera quoiqu'il arrive loin d'une "vraie" kaplan.

:hello:

herve0743
Membre
Messages : 38
Enregistré le : 08 oct. 2011, 11:35

Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par herve0743 »

Bonjour a tous,
De maniére générale, existe t il une procédure pour déterminer la courbe de conjugaison optimale sur une Kaplan double réglage en fonctionnement sur site?
Certes la question est très générale, mais je me demande vraiment comment il faut procéder, est ce que tout les points sont determinés a tatons?
Par quoi commence t on, fermer les pales en pleins et ouvrir les directrices??
Bref j attends vos lumieres!
En attendant, merci d avance!

Avatar du membre
dB-)
Site Admin
Messages : 3467
Enregistré le : 24 janv. 2010, 17:09
Localisation : Vosges
Contact :

Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par dB-) »

Bonsoir,

pour une turbine neuve, la courbe optimale est donnée par le constructeur.

Pour les autres cas comme une turbine inconnue ou le remplacement d'une commande d'incidence à came par un vérin asservi , je mets en place pour commencer une courbe linéaire (distributeur 10% > pales 10%, 20% > 20%, etc...) qui est souvent une bonne base, puis je réalise des essais en fixant l'ouverture des pales de 10 en 10%, et en faisant varier un peu l'ouverture du distributeur autour du point initial, d'une part en observant le wattmètre, et d'autre part en écoutant les bruits...

En entrant les différents points obtenus dans un tableur, je peux tracer la courbe pales = f(distributeur) lissée, que j'implémente ensuite dans l'automate sous forme d'un tableau avec ouverture distributeur allant de 0 à 100 par pas de 5 (c'est plus facile à faire qu'à expliquer...) L'automate dispose d'une fonction d'interpolation linéaire pour gérer la conjugaison entre deux points.

Je trouve que cette méthode est plus pratique que de procéder en fixant l'ouverture du distributeur par paliers et en ajustant les pales, car l'essentiel du débit est en fait géré par l'ouverture des pales, le distributeur ayant plus un rôle d'optimisation par mise en rotation de la veine d'eau.

Ça c'est pour la courbe de conjugaison en marche normale, par contre pour les phases de démarrage, arrêt normal et arrêt d'urgence, je stoppe la conjugaison et je gère séparément le distributeur et les pales en fonction du contexte.

Par curiosité, j'avais il y a quelques années mis en place sur un site une conjugaison en MPPT sans capteurs : ça fonctionnait, mais même en optimisant l'algorithme de recherche ça sollicitait un peu trop le groupe hydraulique, de plus il était difficile de savoir si c'était vraiment intéressant (il faudrait laisser à demeure des capteurs de débit et hauteur de chute). Pour un meilleur suivi à distance j'ai finalement enlevé ce système un an plus tard, équipé le distributeur et les pales de capteurs de position, et implanté une courbe de conjugaison classique ...

Bonne soirée

dB-)
d.Beaume, DBH Sarl, 33 les Chênes 88340 Le Val d'Ajol RCS Epinal Siren 510 554 835 capital 50 000 € APE 3511Z TVA FR82510554835
Ancienne filature, turbine Goulut et Borne 1600 l/s @ 5 m, 104CV, multiplicateur Comelor, alternateur CGEN
Etudes, vente et pose de turbines, rénovation, régulation, maintenance, vannes, grilles, dégrilleurs

Image
Site Web DBH Sarl.eu

Avatar du membre
MHEC
Site Admin
Messages : 1630
Enregistré le : 05 juin 2010, 23:58
Localisation : champagne-ardenne
Contact :

Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par MHEC »

Bonsoir,
existe t il une procédure pour déterminer la courbe de conjugaison optimale sur une Kaplan double réglage
En règle générale, sur une machine neuve, les constructeurs proposent une différence de 10% entre les directrices et les pales soit par exemple: 50% aux directrices, 40% aux pales.

En fonction du site on peut modifier cette conjugaison, l'erreur serait d'augmenter la puissance en inversant cette conjugaison par exemple 50% aux directrices, 60% aux pales, la puissance augmente c'est sûr mais vous risquez d'avoir une production en dents de scie, un rendement qui s'écroule, des bruits importants au niveau de la roue.

L'idéal pour bien optimiser votre conjugaison il vous faut absolument un superviseur comme le mien (photo ci-dessous) qui vous crée des courbes de production et plus la courbe est lissée, mieux en sera votre production, votre rendement et l'optimisation du débit turbiné (c'est le gros avantage de la DR qui peut fonctionner avec des faibles débits).
HG_02-03-2019.png
Ci-dessus une production parfaite (en rouge), bien lissée, bien optimiser avec un réglage de 80% aux directrices, 70% aux pales.

Ci-dessous, une production en dents de scie, il n'y a qu'un superviseur qui enregistre les courbes sur 24h qui peut vous alerter d'un mauvais fonctionnement de votre machine !
HG_25-11-2016.png
PV
Vous n’avez pas les permissions nécessaires pour voir les fichiers joints à ce message.
Microcentrale HydroElectrique de Chappes
Turbine Kaplan double réglage THEE : 10 m3/s / 2,80 m - 145 t/mn - Ø roue 1,80 m.
Génératrice: ABB de 220 kW, Multiplicateur: HANSEN, Production: 1 000 MWh/an.

Image
Site web: Moulin de Chappes.com

Avatar du membre
dB-)
Site Admin
Messages : 3467
Enregistré le : 24 janv. 2010, 17:09
Localisation : Vosges
Contact :

Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par dB-) »

Ben dis donc Paul,

ça régule bizarrement chez toi à faible charge ! ;-)

2019-11-14_072022.png

Bonne journée

dB-)
Vous n’avez pas les permissions nécessaires pour voir les fichiers joints à ce message.
d.Beaume, DBH Sarl, 33 les Chênes 88340 Le Val d'Ajol RCS Epinal Siren 510 554 835 capital 50 000 € APE 3511Z TVA FR82510554835
Ancienne filature, turbine Goulut et Borne 1600 l/s @ 5 m, 104CV, multiplicateur Comelor, alternateur CGEN
Etudes, vente et pose de turbines, rénovation, régulation, maintenance, vannes, grilles, dégrilleurs

Image
Site Web DBH Sarl.eu

Avatar du membre
MHEC
Site Admin
Messages : 1630
Enregistré le : 05 juin 2010, 23:58
Localisation : champagne-ardenne
Contact :

Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par MHEC »

Bonsoir à tous,
ça régule bizarrement chez toi à faible charge !
Et là, c'est mieux :D

HG_13-07-2019.png

C'est juste un exemple pour démontrer une situation catastrophique suite à une mauvaise conjugaison des directrices/pales. Dans mon exemple, le groupe fluctue énormément suite au passage des feuilles dans la turbine, le graphe date de novembre dernier et celui-ci de juillet comme quoi, une eau bien clair...

PV
Vous n’avez pas les permissions nécessaires pour voir les fichiers joints à ce message.
Microcentrale HydroElectrique de Chappes
Turbine Kaplan double réglage THEE : 10 m3/s / 2,80 m - 145 t/mn - Ø roue 1,80 m.
Génératrice: ABB de 220 kW, Multiplicateur: HANSEN, Production: 1 000 MWh/an.

Image
Site web: Moulin de Chappes.com

mouche
Membre
Messages : 37
Enregistré le : 01 déc. 2015, 21:49
Localisation : Ariège

Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par mouche »

Bonjour,

Un ami a une centrale avec une turbine semi Kaplan des années 1940. Récemment de l'eau est remontée par la commande des pâles.
Après démontage des pâles il s'avère qu'il faut changer le joint en bout de pâle. Problème ce joint (qui est peut être d'origine) n'est pas du tout standard car la section est triangulaire, le diamètre du joint est d'une bonne dizaine de cm. Ce joint est comprimé par un plateau à ressort. La solution envisagée pour l'instant est de faire un moule pour couler du caoutchouc et refabriquer les 5 joints.

Quelqu'un aurait il une autre solution et/ou des conseils à donner ?

Mouche.

Répondre