Turbines Francis

[dB-)]

Bonjour,

en tant qu'utilisateur (et non vendeur ) de fraises limes et de meules, j'apprécie modérément les petites meules montées sur queue de 6, pour plusieurs raisons :

• - pas de mordant, le temps passe, la pièce chauffe, et le travail n'avance pas
  - cela même avec une meuleuse droite électrique ou pneumatique tournant à plus de 30 000 tr/min
  - j'en ai vu plusieurs éclater
  - elles s'usent très rapidement
  - le profil de l'outil n'est pas constant, la meule se déforme en s'usant
  - production d'une fine poussière très abrasive et difficile à enlever

Peut être que je n'avais pas le bon modèle de meule.

Par contre j'aime bien les fraises limes :

• - utilisation en atelier avec une meuleuse portative droite à mandrin de 6 mm, en travaillant à vitesse réduite
  - utilisation en dépannage sur chantier avec une simple perceuse (très acceptable en usage ponctuel, et on apprécie une caisse à outils minimale quand on monte à pied les 20 étages d'une tour en démolition !)
  - s'agissant de fraises (outils de coupe) et non de meules (abrasifs), il est inutile et même mauvais de tourner trop vite
  - pas trop lentement non plus sinon les dents "engagent" dans la pièce et l'outil se bloque, ça part dans tous les sens
  - les copeaux métalliques (micro aiguilles dangereuses) s'enlèvent facilement avec un aimant placé dans un chiffon ou un plastique, même s'ils sont tombés dans de l'huile ou autre, contrairement à la poussière de verre.
  - le profil de l'outil reste constant

J'ai travaillé différents aciers, "normaux", rapides, spéciaux, inox ou alu (châssis de robots de démolition, bras, platines de fixation de BRH ou de cisailles hydrauliques, carters, cordons de soudure, ...), sur des épaisseurs de 5 à 40 mm, avec des fraises en taille courante standard, en diamètre 12 mm environ. Mais je n'ai jamais essayé une fraise en taille courante sur de la fonte : pas grave, j'essaie demain !

Ci-dessous un extrait du catalogue SGS, il y a aussi Ruko, Keni, Fanocarb, etc ... (je ne sais même pas la marque de mes fraises).

Catalogue SGS applications page 39.jpg

Si besoin (??) un jour, quelques astuces utilisées en dépannage, et bien utiles face à une turbine rouillée et inutilisée depuis 30 ans :

- enlever une vis serrée à mort et complètement bloquée par la rouille, ou à la tête arrondie, chasser un axe grippé ...
- essayer de sortir un goujon cassé, puis l'extracteur de goujons qu'on a cassé dans le goujon cassé ...
- enlever le "foret à béton que l'on a affuté avec le bon angle pour percer l'extracteur cassé", ledit foret étant cassé lui aussi ...(pas de chance ce jour là)
- placer une sangle sur un crochet de levage, de sorte qu'elle ne puisse pas coulisser et faire basculer la charge, etc ...

Cordialement

dB-)

[HGT]

Pour db,
Il serait également astucieux de créer une rubrique " ASTUCES "
Merci.

[moulin.remy]

que personne ne s'y méprenne, je veux juste vous faire partager mon expérience..., je n'ai pas la science infuse et ne veux vexer personne.

un probleme à toujours plusieurs solutions, quelles sont les meilleures ?? à chacun de voir


thomas R

[PERRET]

Bonsoir,

Le nombre d'aubes d'une roue Francis varie généralement entre 11 et 15 pour un ns de 150 ; 9 et 12 pour ns = 400 , limite pratique des Francis
Pour une Kaplan, 6 à 8 pour ns = 600 ; 3 à 4 pour ns = 1000, limite pratique des Kaplans.
Toujours un nombre impair si les directrices sont en nombre pair - c'est généralement le cas - mais il y a des exceptions notamment pour des hélices et Kaplan à 3 ou 4 pales.

Les angles d'entrée et de sortie de la roue varient uniquement en fonction du ns recherché, et non de la hauteur de chute.
Valeurs typiques de l'angle de sortie d'une Francis de ns 300 : environ 20° au diamètre extérieur, plus important près du moyeu ; angle d'entrée 60 à 80°. Mais ce dernier varie avec le débit turbiné, ce qui fait qu'il y a une angle des directrices optimum, souvent aux 7/8 de l'ouverture maximum pour une chute donnée. Un dehors de ce point optimum d'ouverture, le rendement peut chuter considérablement, le triangle des vitesses n'est plus respecté et apparait alors une composante giratoire à la sortie de la roue, souvent visible à la sortie du diffuseur ou de l'aspirateur.

Les angles d'entrée et sortie optimum, ainsi que celui des directrices se déterminent facilement par le triangle des vitesses, tracé graphiquement, ou par calcul, maintenant à l'aide d'un tableur sur plusieurs diamètre de la roue. Mais cela est une autre histoire. . .
Ces valeurs sont constantes, pour un ns donné, quelque soit la hauteur de chute.
Mais cela ne veux pas dire qu'une hélice sera réalisable ou utilisable sous quelques centaines de mètres de chute, de même qu'une Pelton sous quelques mètres.

Mais ne pas se faire d'illusions, il n'a pas été fait de grands progrès dans les turbines hydrauliques depuis les années 30, sauf pour le choix du profil et de la matière des pales Kaplan.

Le changement le plus important est la généralisation de la construction en mécano-soudé au lieu de la fonte pour les turbines et l'utilisation de multiplicateurs de vitesse "optimisés", c'est à dire utilisant 3 fois moins de matière première !, probablement et certainement de meilleure qualité pour les engrenages.
Les lubrifiants ont fait des progrès notables, et on commence à préconiser l'utilisation de lubrifiants de synthèse dans ces "mini multiplicateurs" .
Noter l'utilisation pour le prétraitement des surfaces de contact et comme additif aux huiles et graisses minérales, le bisulfure de molybdène (MoS2).

De même la régulation ne se fait plus du tout de la même manière, l'hydraulique haute pression et l'électronique sont passés par là, exit les magnifiques régulateurs mécaniques avec poulies, courroies, manivelles, bielles, plaque du fabricant en bronze coulé, régulateur à boules de Watt.

[dB-)]

Bonjour,

j'ai aussi remarqué deux choses sur les turbines (pas sur toutes, mais sur la plupart):

a) sur les anciennes turbines Francis, centripète, Fontaine, ... le nombre d'aubes de la roue, et le nombre de directrices, étaient souvent premiers entre eux : c'est à dire que l'un et l'autre ne sont pas multiples d'un même nombre. Par exemple 13 et 20 sont premiers entre eux, 15 et 20 ne sont pas premiers entre eux, car multiples de 5. J'explique cela par la volonté de réduire les vibrations, et donc le bruit et la fatigue des pièces. En effet, avec des nombres premiers entre eux, il n'y a à tout instant qu'un seul auget du rotor qui passe juste devant une directrice (petit choc hydraulique). Avec 15 et 20 par exemple, il y aurait passage simultané de 5 augets devant 5 directrices, et donc cinq fois plus de vibrations. Ce n'est que ma perception personnelle du problème.

b) Au niveau de la roue seule, le nombre d'augets est souvent premier. Là j'ai vu une explication dans un très vieux document : cela permettrait (?) d'éviter les axes de symétrie au niveau de la roue, et de renforcer (?) sa résistance mécanique. Par exemple avec 10 augets, ou 2 * 5, on a 2 moitiés, possibilité de résonance, fissure, et rupture en 2 moitiés. Avec 12 auget, on aurait possibilité de rupture en 2 moitiés ou 3 tiers. Vu donc dans un ancien livre, cela me semble plausible.

On retrouve les mêmes questions de nombres premiers avec les anciens multiplicateurs de moulins, comportant une grande roue à alluchons (dents en bois rapportées) et un pignon conique métallique : certains vieux grimoires préconisent des nombres de dents de la roue et du pignon premiers entre eux (de sorte qu'une dent de la roue à alluchons passe successivement au contact de chaque dent du pignon), d'autres grimoires préconisent au contraire des nombres non premiers.

roue à alluchons et pignon conique.gif

Le première solution permet d'user uniformément la roue et le pignon, et d'obtenir un fonctionnement plus silencieux (au prix d'une usure plus grande), la seconde solution permet "d'appairer" les dents du pignon avec des groupes de dents de la roue, et de diminuer l'usure, au prix d'un bruit moins régulier ...

dB-)

[dB-)]

Bonjour,

n'ayant pas la science infuse non plus, j'ai fait hier un rapide essai de fraisage sur fonte, avec une petite fraise carbure standard (probablement taille 3), qui avance bien sur les aciers classiques, montée sur une perceuse.

Comme le mentionnait moulin.remy, ça avance nettement moins bien dans la fonte que dans l'acier, et on trouve le temps long ! Ça reste faisable pour un travail ponctuel.

Peut être essayer une fraise en taille 3SP ou taille 6 comme le suggère le tableau, voire en taille 1, pour aller plus vite, quitte à fatiguer la fraise ? ...

Essai fraise carbure sur fonte.gif

dB-)

[norie]

Bonjour à tous,
je me permet de revenir sur ce qui me semble être l'origine de ce sujet: le fonctionnement d'une turbine francis.
Juste une question de novice!!!!
Comment se calcule (ou se conçoit ) un aspirateur????
Dans beaucoup d'autre sujet il en est question mais la conception?
Merci

[SG.Hydro]

Bonjour,

A la grosse louche : Recette d'aspirateur... (pour Kaplan & Francis)

- La section de début de l'aspirateur correspond à la bride de sortie de la turbine.
- La section de sortie de l'aspirateur est calculé pour que la vitesse de sortie soit un poil au-dessus de celle du sous bief.
- Le demi angle ne dépasse pas 7°pour éviter un décollement de flux.
- On tente aussi tant qu'a faire de sortir dans l'axe du bief....
- On tente d'être le plus rectiligne possible.
- En cas de coude, on interrompe la conicité voir on fait un angle inverse de .5° durant le coude, ceci pour éviter que l'on est un décollement de flux dans le coude qui détruirait la perf, grosso modo, on n'a pas de décollement d'un flux en cas d’accélération de sa vitesse; on peu aussi jouer sur un changement de section genre circulaire -> rectangle très plat qui devient un rectangle moins plat vers la fin.

- On n'hésite pas (pas surtout pas) à faire des maquettes et à tester diverse configurations.
- On n’essaye pas non plus de réinventer la roue, ya plein de bon ouvrages qui donne des croquis tout à fait actuel et performant.

[norie]

Bonjour,
effectivement celà parait bien empirique

[PERRET]

Bonjour,

Non, le tracé d'un diffuseur (pour turbines Kaplan ; hélice) ou aspirateur (pour turbines Francis) n'est pas empirique.

C'est une tuyauterie de section croissante disposée entre la sortie de la roue et le canal de fuite. Il a deux rôles :
1° - Il permet, en créant à la sortie de la roue mobile une dépression, de disposer celle-ci au dessus du niveau aval, sans perdre une partie de la hauteur de chute.
2° - Il permet de récupérer une partie de l'énergie cinétique de l'eau restante à la sortie de la roue. Le rendement d'un bon diffuseur est de l'ordre de 90%.

Cette énergie cinétique à récupérer peut varier de 10 % de la hauteur de chute pour une turbine Francis lente jusque 60 % pour une turbine Kaplan très rapide.
Il peut être droit ou coudé suivant la disposition de la turbine. Pour une Kaplan rapide, il peut être très développé.

Il se calcule aisément.

Par exemple : pour une Kaplan rapide : ns = 800

Hauteur de chute brute : 5 m - Puissance : 46 KW - Débit absorbée par la turbine : 1,078 m3/s - Rendement : 87 % - Vitesse de rotation : 756 t/mn
Diamètre de la roue : 0,50 m - Ø du moyeu : 0,18 m. d'où surface à la sortie de la roue : 0,17 m2

Vitesse de l'eau à la sortie de la roue : 1,078 m3/s / 0,17 m2 = 6,26 m/s d'où perte provisoire à la sortie de roue : 6,26^2 / 19.62 = 2 m soit 40 % de la chute brute.

Pour récupérer cette perte provisoire à la sortie, il faut adapter un diffuseur à la sortie de la roue.
Admettons une perte à la sortie du diffuseur de 1,5 % de la chute brute, soit 0,075 m
La vitesse de l'eau à la sortie du diffuseur sera : (19,62 x 0,075)^.5 = 1,21 m/s. D'où section de sortie du diffuseur : 1,078 m3/s / 1,21 m/s = 0,89 m2
On va choisir l'angle au sommet du diffuseur le plus favorable : 8°, celui qui permet d'obtenir le meilleur rendement de celui-ci.

Cela conduit à une longueur du diffuseur de 4,03 m soit 8 fois le diamètre de la roue ! - quelque soit la chute brute, pour une turbine ayant ce ns.

Des calcul similaires sont possible pour toute turbine (à l'exception des Pelton et des Banki où je ne sais pas trop comment cela se passe à la sortie de la roue Banki).

Il convient de retenir que la longueur de cet aspirateur, ou diffuseur - (ou rapport Longueur aspirateur /Ø roue) - va diminuer, de même le rapport (section de sortie /section à la sortie de la roue) si la vitesse spécifique de la turbine est plus faible (cas des Francis).

Quant à la forme à donner au diffuseur ou aspirateur, qui peut aller du simple tronc de cône pour une Francis lente, ou une forme coudée, il suffit de s'inspirer des gravures figurant dans n'importe quel ouvrage traitant de l'hydraulique ou de turbines.

Nota : Les anciennes turbines parallèles (genre Fontaine ou Royer & Joly), installées jusque vers 1910, où la vitesse spécifique (ns) était très faible , n'avaient pratiquement pas d'aspirateur, la roue étant placée près du niveau aval, ce qui conduisait à de mauvais rendements si ce niveau s'abaissait en étiage !