Vis d'Archimède

[SPAANSBABCOCK]

Bonjour,

Pour moi les 200 kW annoncé sont les puissances installées et non pas la puissance aux bornes de la géné.

Les vannes sont des éléments de sécurité qui doivent de fermer le plus rapidement possible en cas de découplage de la géné, en effet si il n'y a plus le "frein moteur de la géné" la machine peut partir en sur vitesse et donc...

Pour la question de la relation entre hauteur de chute et rendement, vaste débat. En effet en théorie il n'y a pas de lien, cependant si il y a baisse de la hauteur de chute avec un niveau constant en entrée (si qui est souhaitable lors de la conception pour travailler à l'optimum de la vis) cela veut dire qu'il y a des remontés aval et dans ce cas un perte réel de l'efficacité de la vis et spécifiquement dans le cas des basses chutes et fort débit.

Christophe

[MHEC]

Merci Christophe pour ces précisions, ça fait plaisir un professionnel qui ose s’exprimer sur un forum.

OK, pour les vannes de garde, effectivement, pour éviter un emballement, il faut mieux les fermer illico, presto !

Juste un avis personnel, pour augmenter le rendement, pourquoi la vis n’est-elle pas dans un tube étanche ? En effet, (comme les roues à aubes) le poids de l’eau étant que sur une partie de la vie, le rendement devient catastrophique ! c’est comme-ci vous demander aux cyclistes de pédaler avec une seule pédale ! Il ne faut pas oublier l’origine de la vis de monter du grain très haut dans les granges et là, le grain est propulsé sur la vis entière et non pas sur une partie ?

Egalement, pour améliorer le rendement, j’aurai installé des géné PMG ?

Pour la question de la relation entre hauteur de chute et rendement, vaste débat. En effet en théorie il n'y a pas de lien

Par contre, j’ai un peu de mal à vous comprendre, peu importe le type de machine hydraulique, plus la chute est haute, meilleur sera le rendement ? Non ?

Bonne journée

PV

[dB-)]

Hello again,

@ Paul : on ne peut pas mettre une vis sous tube et la remplir complètement : par effet de siphon, l'eau se mettrait simplement à descendre en hélice, et la vis s'arrêterait ou même partirait à l'envers sous l'effet du frottement de l'eau ! Ce qui donne le couple de rotation d'une vis hydrodynamique, c'est qu'il y a des poches d'eau séparées, qui pèsent plus d'un coté de l'axe que de l'autre.

vis d'Hachimète (et aussi d'Archimède).gif

Ou alors, si ! on peut le faire : on met la vis sous tube, on la redresse verticalement, on enlève tous ces pas qui ne servent à rien pour n'en garder qu'une fraction, on rend ce pas variable, on diminue le diamètre et on augmente la vitesse pour supprimer le multiplicateur, plus un petit aspirateur pour récupérer l'énergie cinétique à la sortie, et ça donne quoi ? Une belle Kaplan

PS : sur la plupart des vis que j'ai vues, il y a un frein mécanique, et sur les photos ci-dessus, je pense que c'est la partie grillagée noire, juste avant les génératrices (en général c'est un frein à disque). Suite à une discussion avec un technicien d'un fabricant de vis Allemand, on peut si on le souhaite ralentir la vis périodiquement, avec la variation de vitesse, puis quand elle est lente, on la stoppe au frein : cela crée une "vague" à l'entrée de la vis, cette vague repart en arrière et dégage la grille ! Ensuite on repart, tout cela peut être automatisé : c'est pas beau ça ?

dB-)

[SPAANSBABCOCK]

Grafiek rendement turbines.gif

Pour le tube le seul intérêt est qu'il limite les éclaboussures et les bruits cela n'améliore en rien le rendement de la vis.

Pour le rendement en fonction de la hauteur, je parle du rendement "hydraulique" de la vis c'est à dire dans la la formule P= µ*9,81*débit*hauteur*rendement multi*rendement géné : ce petit µ qui est de 83% dans les conditions normale de design de la vis soit un débit donné voir la courbe de rendement jointe.

Oui sur les installations il y a un frein mécanique qui sert dans le cas des arrêts d'urgence pour que la vis s'arrête en quelques secondes si nécessaire.

De la à utiliser le frein pour faire des vagues devant la grille pour réaliser un pseudo nettoyage oui cela peut paraître élégant, mais est ce efficace ? Et puis on consomme les mâchoires du frein, on baisse la production on donne des a-coups. La grille devant les vis à un écartement de 150 mm à 200 mm on va retenir en priorité des flottants donc un petit nettoyage manuel avec un râteau sera des plus efficace (mais cela n'engage que moi,cela va beaucoup dépendre si il y a beaucoup de branche, de feuilles, etc).

Et oui pour les génératrices il va de soi qu'une géné à aimant permanent sera plus efficace, mais la décision est souvent financière a chaque bonne idée, variation de fréquence, aimant permanent, on rajoute des billets de 10 000€. Bon ok en temps que vendeur cela est sympa, mais au bout du compte il y a une notion de retour sur investissement, une enveloppe budgétaire à respecter et en ce qui me concerne ce sont des "optionsé qu'il faut étudier en regardant le productible annuel et le retour sur investissement.

Christophe

[MHEC]

@ Didier :
Merci Didier pour ces précisions ce soir, au moins, je pourrais dormir moins bête !

@ Christophe :
Avez-vous un petit retour d’expérience sur ces machines, par exemple :
- A charge partielle, peuvent-elles rivaliser les Kaplans DR ?
- Celle de 200 kW pourra t’elle fournir 1 000 MWh/an tout comme ma Kaplan DR ?
- Pourquoi ce choix par le Client au lieu d’une Kaplan classique ?.

Bonne journée.

PV

[CF21]

Bonjour

Pour le rendement, qui est évidement une donnée-clé en étude de faisabilité et anticipation du productible, l'étude que m'avait communiquée le Dr Alois Lashofer fin 2012 faisait état d'un rendement moyen constaté de 69%, avec pas mal de variations (de 50% à 80% et +). Cela pour 31 opérateurs européens ayant accepté de communiquer leurs données.

Le meilleur rendement dans cette étude était plutôt en charge partielle assez basse (vers 40% du débit d'équipement), ce qui ne semble pas le cas de la courbe ci-dessus (la courbe rouge de Christophe plafonne à 80%).

Après, il en va des vis comme des roues ou turbines, pas de raison de penser que tous les constructeurs se valent (ni les BE déterminant le choix d'équipement).

Christophe : quelle est votre fourchette du coût au kW installé ? (Soit kW hydraulique soit kVA sortie génératrice)

[CF21]

Paul, ici, ce qui pousse certains vers la vis hydrodynamique plutôt que la Kaplan DR ou autre (3 projets du côté de l'Ouche) :
- coût en capital initial plus faible (certes on récupère son investissement sur 20 ans, mais si on n'a pas 200 ou 300 k€ au départ, ben... on les a pas, donc on cherche moins cher!)
- moins d'ennuis en gestion des feuilles, débris, embâcles, etc
- plus rustique / robuste, moins de maintenance
- pas de complication en GC avec l'aspirateur-diffuseur (mais le GC est quand même un gros morceau vu la taille du joujou)
- bien vu par l'ONEMA (eh oui, c'est la réalité aussi, tout le monde a envie d'accélérer ses dossiers sur les rivières classées...)
- des constructeurs proches (Allemagne, Italie, Pays-Bas, Autriche), alors que les Kaplan DR à prix plus abordables sont importées d'Europe de l'Est ou d'Asie (moins de confiance en cas de pépin SAV)

Les vis sont souvent sur des basses chutes, avec des remontées aval qui peuvent poser des problèmes même aux meilleures Kaplan DR. C'est donc aussi le choix entre vis et VLH qui se pose (cette dernière étant supposée être celle qui s'adapte le mieux aux variations de H en basse chute).

PS : les projets dont je vous parle sont aussi des moins de 100 kW. Sur des puissances à 200-300 kW, comme celles évoquées dans l'échange récent, la réflexion n'est pas forcément la même.

[SPAANSBABCOCK]

Bonjour,

Sur le rendement de la vis il ne peut être en aucun cas meilleur si la charge de la vis est partielle !. Je pense que les résultats ne prennent pas en compte d'autre paramètres.

Par exemple un paramètre important est plutôt le rapport entre le diamètre de la vis et la hauteur de chute. Nous avons la chance d'avoir des retours terrain sur les productibles atteints par rapport aux attendus, et plus on se rapproche d'un rapport de 2 entre de diamètre de la vis et la hauteur de chute plus le rendement est difficile a tenir à 83% dans les forts débits, mais cela n'est pas du à la machine proprement dite mais aux paramètres extérieurs.

Je m'explique la vis au nominal à un rendement de 83% sur une installation au fil de l'eau. Quand je fais passer le nominal dans la vis c'est que j'ai pas mal d'eau dans la rivière et souvent un peu plus. Dans ce cas mon niveau aval remonte un peu en pieds de vis, et hop j'ai des phénomènes de perte de charge qui arrivent donc mon rendement diminue. Conclusion un peu hâtive, si je ne note pas les niveaux d'eau: plus le débit augmente plus le rendement diminue. Mais cela n'est due qu'au phénomène des remontées aval.

Pour le choix technologique je suis d'accord c'est le caractère "fish friendly" accepté par l'onema qui ouvre la porte à la vis, le coté simple de la technologie et un GC simple.

Pour le choix entre VLH et vis je ne rencontre pas trop le cas en France. En effet la vis se positionne sur des secteur ou les productions sont au max de 300 kW, les VLH inf à 300 kW ne sont pas encore sorties.

Pour les couts au kW (sortie Géné) question difficile car le coût du génie civil est difficile à appréhender. Sur le matériel il faut compter respectivement de 4000 € à 1500 € entre 50 et 400 kw installés hors génie civil et raccordement ERDF.

Attention a prendre avec précaution cela dépend de la hauteur de chute et du débit. 5m de chute et 4m3/s ce n'est pas pareil que 2 m de chute et 10m3/s en terme d'investissement - dans le prix cas j'installe une vis de 3m de diamètre dans le second j'installe deux vis de 2,5 m de diamètre et je suis facilement 1,5 plus cher ! et je ne parle pas du coup du GC.

Pour le cas de charge partielle, si les courbes de débit montrent de fortes fluctuations, on va passer en variation de fréquence afin d'adapter la vitesse de rotation au débit disponible: avantages --> maintient du niveau d'eau en entrée de vis, on garde la hauteur de chute et on reste dans les conditions optimum de rendement de la vis. Donc oui même en cas de charge de partiel le rendement de la vis reste bon.

Il va de soi qu'il n'y a pas de technologie parfaite, merveilleuse et je m'aperçois au fil de mes rencontres que chaque cas est un peu particulier et qu'il est important de bien cilbler quels sont les paramètres importants de chaque site avant de faire un choix technologique.

Par exemple pour des productions inférieurs a 30/40 kW en France, l'installation de Vis hydro me parait difficile en terme de retour sur investissement.

Christophe.

[dB-)]

Bonsoir,

je reviens sur les courbes de rendement qui ont été publiées juste avant, et que je replace ici pour plus de facilité :

Grafiek rendement turbines.gif

- d'où viennent ces courbes ?
- est-ce que l'on compare bien 6 systèmes de puissance semblable, travaillant avec la même hauteur de chute et le même débit ?
- systèmes réalisés avec les mêmes critères de qualité de fabrication (respect des profils, états de surfaces, guidages, ...)
- est-ce que l'on est sûr que les conditions sont bien adaptées à chaque système ?
- par exemple, il est facile de critiquer une Crossflow, sur une chute de 2 m ... et on peut aussi ajouter la courbe d'une Pelton !
- d'après les 6 courbes, il semble que l'on parle du rendement absolu du système seul, égal à (puissance mécanique à l'arbre) / (hauteur de chute * 9.81 * débit)
- si c'est bien cela, est-ce que la puissance à l'arbre est considérée avant ou après le multiplicateur, pour les systèmes très lents (roue, vis)
- est-ce que les mesures ont été validées par un laboratoire sérieux et indépendant ?
(franchement, une roue à aubes qui est encore à 75% de rendement à 15% de débit, c'est du jamais vu !)
- de même pour la vis, est-ce ici un système à vitesse constante, ou à vitesse variable ?
- si on parle de vitesse variable, il faut obligatoirement inclure le rendement de la génératrice et du variateur

Je pense que ce qui intéresse vraiment le client, et ce qu'on doit donc lui montrer en toute honnêteté, c'est de savoir quelle sera la production de kW électriques, en sortie de génératrice, pour une chute et un débit donnés.

Et là, adieu la prépondérance artificielle des roues et des vis, comme montrée dans les courbes précédentes, car il faudra bien prendre en compte les pertes du multiplicateur (dont certaines sont constantes), les fuites d'eau à basse puissance, et les pertes dans le variateur de vitesse éventuel (constantes + proportionnelles), sans compter les remontées de niveau aval, qui gênent les roues et les vis (car ça se met à barboter sévère), mais quasiment pas les 4 autres systèmes (qui évacuent par un aspirateur en dépression).

Par exemple, une vis qui boit en nominal 5 m3/s sous 3 m aura d'après les courbes ci-dessus une puissance à l'arbre de 5 * 3 * 9.81 * 0.86 = 126 kW. La derrière, un bon multiplicateur à 3 trains d'engrenages, avec son rendement de 0.98 * 0.98 * 0.98 = 0.94, on est à 119 kW. Si la génératrice a un rendement de 0.85 on a en sortie 101 kW.

Si maintenant on descend à 15 % du débit, d'après les courbes on a 73% de rendement, et donc une puissance à l'arbre de 5 * 0.15 * 3 * 9.81 * 0.73 = 16 kW, puis après le multiplicateur au mieux 15 kW (en fait moins, car à très faible puissance le rendement du multiplicateur s'écroule à cause du frottement fixe des guidages, des joints, et du brassage de l'huile). Concernant la génératrice, qui prend normalement 120 kW à l'arbre, quel sera son rendement quand on lui donnera juste 15 kW ? Je pense quasiment rien, peanuts ! Il faudra fournir un réactif d'enfer (certes moins qu'à pleine charge, mais quand même beaucoup en absolu, peut être 60 %), et on récupèrera des miettes de kW. Donc ce soit disant avantage d'un bon rendement à faible débit est un leurre, une vis (ou une roue) sont inutilisables à des charges partielles aussi faibles (de même qu'une Kaplan d'ailleurs, soyons honnêtes)

Toujours si l'on considère la puissance électrique fournie en sortie d'une installation, un ensemble peu coûteux de deux turbines hélices simples , en configuration 1/3 et 2/3, avec donc deux génératrices qui tourneront à 100 % de charge pour 1/3, 2/3 et 3/3 de charge aura un rendement honorable à charge partielle (mais je me garderais bien de proposer jusqu'à 15 %), contrairement à ce qui est montré ci-dessus, qui est le cas type d'une turbine hélice seule, mal dimensionnée ! (je sais, je me répète).

J'aime bien les vis, comme les roues, Kaplans, hélices, Pelton, Turgo, centripètes, Francis, etc, ... (toutes machines qui à mon avis tuent moins de poissons que les cannes à pêche), chacune a ses avantages et inconvénients, mais les courbes ci-dessus sont à mon avis trompeuses et simplistes.

Dernière remarque pour CF21 qui dit :

"des constructeurs proches (Allemagne, Italie, Pays-Bas, Autriche), alors que les Kaplan DR à prix plus abordables sont importées d'Europe de l'Est ou d'Asie (moins de confiance en cas de pépin SAV)"

Alors ça s'est pas gentil ! Et en plus pas exact non plus, car je connais plusieurs propriétaires de centrales ou de moulins qui se sont fait proprement arnaquer par des petits fabricants "bien de chez nous", avec des produits mal conçus, pas fiables, ou encore des installateurs qui ont mis la clé sous la porte. Un produit qui vient de l'étranger n'est pas forcément mal conçu ou mal réalisé, et un produit du coin n'est pas forcément bien conçu ou bien réalisé Suggérer le contraire est aussi un raccourci ! (Et pour info, mon projet de fabrication locale avance ! Des bonnes petites turbines de la Vôge, simples, réalisées sur mesure, à la demande, avec la visserie trempée dans un pain de Galipot roulé sous l'aisselle, et livrées à la Schlitte !)

dB-)

[moulino51]

Bonsoir,

Quelle sera la sécurité de fermeture du vannage en cas de coupure du réseau ?


Gé