Généralités sur les turbines et calculs

[moulin.remy]

bonjour MHEC,

elle fournie encore 10 kW avec 300l/s sous 2,96m de chute.

Formidable cette turbine . La chute fournit : 0,3*2.96*G = 8.71 Kw et la turbine 10 Kw , rendement = 114 %. Tu as du faire une erreur... Bref c'était juste pour rire. J'imagine bien que ça ne doit pas arriver souvent de n'avoir que 300l/s à turbiner chez toi.

Par contre le nombre d'heures de fonctionnement est significatif, passer les 8.000 heures dans notre secteur prouve bien la souplesse de ta Kaplan DR

Il faudra quand même un jour que je m'arrête à CHAPPES

Cdt

Thomas

[CF21]

Ma question => comment faire, à partir des abaques de DB (qui, j’en conviens, à 193 t/mn restent valables aux unités près), pour trouver la puissance que sortira cette turbine sous 1,2 m de chute (quand le site sera « en hautes eaux ») ?

Bonjour
Il me semble que pour ce calcul, il faut repasser par les formules de similitude / vitesse spécifique. Si vous allez dans Vieux grimoires, le traité Hydraulique appliquée d'André Ribaux donne des exemples de calcul. C'est dans le IIIe volume (Turbomachines), pages 47 et suiv. (ou à partir de la page 247 du fichier pdf, qui fusionne les 3 volumes)

[dB-)]

Bonjour,

j'ai lancé les calculs pour le cas de RdL :

- plus d'eau qu'il n'en faut
- débit de 2.5 m3/s toujours disponible
- chute variable de 1.2 m à 2.2 m
- vitesse souhaitée 193 rpm

Et j'obtiens ceci :

a) turbine (beauty) Full Kaplan :P

Kaplan page 1.pdf

Kaplan page 2.pdf

Kaplan page 3.pdf

Kaplan page 4.pdf

b) turbine semi Kaplan :

Semi Kaplan page 1.pdf

Semi Kaplan page 2.pdf

Semi Kaplan page 3.pdf

Semi Kaplan page 4.pdf

c) turbine hélice à vitesse constante :

Hélice page 1.pdf

Hélice page 2.pdf

Hélice page 3.pdf

Hélice page 4.pdf

d) turbine hélice à vitesse variable :

Hélice vitesse variable page 1.pdf

Hélice vitesse variable page 2.pdf

Hélice vitesse variable page 3.pdf

Hélice vitesse variable page 4 1.2 m 155 rpm.pdf

Hélice vitesse variable page 4 1.75 m 187 rpm.pdf

Hélice vitesse variable page 4 2.2 m 210 rpm.pdf

Dans les 4 cas, vu la configuration, j'ai choisi une turbine ouverte, en chambre d'eau, avec axe vertical et générateur monté en direct au dessus. C'est d'une part ce qui me semble approprié, et d'autre part ce que je vends ! (pas de bulbe ou de siphon pour l'instant)

Pour cette application, et bien que la Full Kaplan soit la Rolls parmi les Rolls, et LA turbine que l'on doit vénérer matin et soir à genoux et en lui baisant les roulements, il faut bien admettre qu'une simple turbine hélice fera l'affaire, avec un rendement fort honorable, et un coût beaucoup moindre (c'est pourquoi nombre de turbines hélices tournent sur des sites où il y a beaucoup d'eau (turbines à 9 m3/s) et des hauteurs de chute variables).

PS : le petit logiciel que j'utilise est TurbnPro version KC4 :

TurbnPro.png

J'en ai déjà parlé sur le forum je ne sais plus où, et je l'ai déjà référencé ici. Il a le mérite d'exister, il n'est pas très cher, et je l'utilise quotidiennement, entre autres logiciels, mais il a beaucoup de défauts : ergonomie d'une feuille d'impôts, mise en page des premiers logiciels des années 80, pas de mise à l'échelle efficace des graphiques, arrondis à la hache, erreurs sur des turbines de moins de quelques dizaines de kW (la cible est plutôt 100 kW à 100 MW), etc ..

Cordialement

dB-)

[RdL]

Bonjour DB,
merci, j'allais répondre à MHEC quand j'ai vu que vous aviez travaillé pour moi (mais le téléchargement est en cours) !
voilà ce que je voulais lui dire : merci pour vos chiffres ; si je les résume par des moyennes annuelles :
Chute = 2,5 m
Puissance électrique = 139 kW
=> à nouveau ma question (je suis têtu !) : quelle puissance électrique sortez vous quand la chute n’est que de 1,25 m ?
Bon dimanche à tous, cordialement
RdL

[CF21]

Pour cette application, et bien que la Full Kaplan soit la Rolls parmi les Rolls, et LA turbine que l'on doit vénérer matin et soir à genoux et en lui baisant les roulements, il faut bien admettre qu'une simple turbine hélice fera l'affaire, avec un rendement fort honorable, et un coût beaucoup moindre (c'est pourquoi nombre de turbines hélices tournent sur des sites où il y a beaucoup d'eau (turbines à 9 m3/s) et des hauteurs de chute variables).

En effet Sous réserve que le logiciel soit réaliste, les 3 solutions sont données entre 80 et 90% pour des chutes variables, donc une variation de quelques % ne justifie pas le coût d'une Kaplan DR pour une puissance d'environ 40 kW.

Merci de l'info sur le logiciel. Je l'avais noté comme achat potentiel (mais c'est surtout la tranche 5-100 kW qui m'intéresse ici!)

[Ticapix]

Bonjour,

@RdL: Vous avez tout avec les jolis calculs de DB !

En plus pragmatique: La diminution de chute entraine à vitesse fixe une diminution du débit absorbé par la turbine que vous pouvez calculer par les lois de similitude le débit est fonction de la racine carré de la hauteur de chute. ET cette diminution de chute entraine à vitesse fixe une perte de rendement.

Cette perte est différente selon le type de turbine.
André Tenot en 1935 a démontré qu’une variation de chute de 40 % entrainait une perte de rendement de 2% sur une Kaplan DR
Sur une Hélice ou une Kaplan simple réglage cette perte sera supérieure, de l'ordre de 4 % environ selon le profil. Pour répondre exactement, il faudrait avoir les collines de rendement de votre machine, mais je pense qu'en prenant 4% vous ne devriez pas être loin.
Vous pouvez aussi très simplement utiliser la fonction similitude du logiciel de M Mendret HydroRoues (rapport 1, et tester pour différentes hauteurs de chute et rendement)


Cdt

TG

[dB-)]

@RdL :

Il faut en effet regarder la page 3 des différents calculs que j'ai mis en ligne pour chaque turbine : graphique appelé "colline de rendement" :

a) avec la "Full Kaplan" : pour 1.20 m de chute et 2.3 m3/s on est sur la courbe de rendement de 0.88 et donc la puissance à l'arbre est de 1.2 * 2.3 * 9.81 * 0.88 = 24 kW

b) avec la "semi Kaplan" le rendement est de 0.85 donc on obtient cette fois 23 kW

c) en turbine Hélice le rendement est de 0.82 donc on a 22 kW

d) enfin la turbine Hélice à vitesse variable a un rendement de 0.84 mais absorbe seulement 2.1 m3 (vitesse réduite) donc donne 21 kW

Remarques :

- avec un excès d'eau il ne faut pas chercher le meilleur rendement, exemple ici avec l'hélice en vitesse variable qui a certes un meilleur rendement que l'hélice à vitesse fixe, mais qui produit moins de kW (tout en étant plus coûteuse).

- on peut adapter la géométrie d'une turbine (essentiellement le calage de la roue) pour "déplacer" les courbes et optimiser le fonctionnement à tel ou tel chute ou débit.

- tout ceci donne juste des idées et permet de comparer des solutions entre elles, en pratique, la géométrie de la turbine, la qualité d'usinage, des assemblages, etc ... produit des différences de plusieurs % entre des réalisations différentes.

- concernant les rendement évoqués plus haut (plus de 100 % !, évidemment impossible) : sur une installation, autant il est facile de mesurer la hauteur de chute nette, autant il est difficile de mesurer le débit. La plupart du temps, celui-ci n'est pas mesuré du tout, et les jolis graphiques des supervisions sont simplement obtenus à partir de calculs inversés (la hauteur de chute mesurée est de tant, la puissance électrique mesurée est de tant, "on sait que" les rendements de la génératrice, du multiplicateur et de la turbine à cette charge sont de tant, donc le débit est ...

dB-)

[MHEC]

Bonsoir,

@Thomas :

Formidable cette turbine Il faudra quand même un jour que je m'arrête à CHAPPES

Pas de souci Thomas, je veux bien ouvrir le capot de ma Rolls mais voilà, y a un problème, c'est terrible pour un mécano ma Rolls est:
- Jamais en panne.
- Ne veut jamais s'arrêter.
- Elle a bu la tasse suite de la crue du siècle de mai 2013, un coup de karcher et hop ! c'est reparti comme en 14.
- Elle est très économe en ne consommant pas trop de carburant lorsque le niveau dans le réservoir est très bas.
- Un jour elle s'est mise à tousser en faisant des bons de 20 à 160 kW toutes les 2 heures suite d'une petite avarie d'un ouvrage hydraulique en amont ! Mais pas de bobos ! tout va bien.
- Elle n'est pas feignante, je peux toujours l'engueuler de ne pas prendre du repos, elle s'en fiche, plus elle fait des kWs, plus elle est contente, elle est toujours souriante, ne bronche jamais bref, elle est toujours de bonne humeur.
- Elle prend soin de moi en m'envoyant ses 35° même par -10° dans ma maison.
- Comme un bon gros toutou, elle ne me quitte jamais en m'appelant sur mon portable bien souvent à cause des imbéciles qui ont jetés dans la rivière des ordures diverses et ça lui bouche ses narines euh…pardon ses grilles.
- Bref, que du bonheur de vivre avec ce bel animal !!

Donc, pour un mécano comme toi, tu vas vraiment, vraiment t'ennuyer à la voir tourner comme un chaton qui fait son ron ron !!! :P


@RdL :

quelle puissance électrique sortez vous quand la chute n’est que de 1,25 m ?

La réponse en image ci-dessous:

Centrale de Chappes, 1,25 de chute.jpg

37 kW ! Pas terrible, c'est normal puisque ma machine a été optimisée pour 200 kW sous 2,50 m de chute soit un NS de 145 t/mn. Peut-être qu'avec un NS de 80 t/mn j'aurai un meilleur rendement sous 1,25 de chute mais de combien ?? le double ? Pas sûr donc, je confirme ce que j'ai déjà dit, ne pas mettre cette machine si votre chute est < 2,50 m

Bonne nuit.

PV

[Ticapix]

Bonjour Paul,

Juste une question:

J'ai noté 60% d'ouverture des pales lorsque vous êtes à 1m25 de chute => que se passe t-il si vous ouvrez plus les pales ?


Cdt

TG

[MHEC]

Bonjour Thierry,

Avec 1,25 m de chute je suis en crue voire même en grosse crue et le niveau aval arrive au dessus de la cote de la roue. Donc, si pales > 60%, il ne se passe rien au niveau puissance par contre, au niveau des grilles, j’aspire tous les bois pouvant s’y trouver et je colmate les grilles donc, au final, rien à gagner si pales > 60%.

Bonne journée.

PV