Généralités sur les turbines et calculs

[PERRET]

Tout simplement parce que votre turbine, qui est le moteur, d'une puissance de 60 KW, ne pourra pas fournir 116 KW, quelque soit sa vitesse sous votre chute.
Sinon on pourrait monter un moteur de 2 CV Citroën dans une Porsche
Et pourquoi met-on une boîte de vitesse sur une automobile ?

Et là, tout est dit.

[ericnoharet]

Bonjour,

Je vais repondre dans votre texte une derniere fois

Merci pour vos reponses
Vous allez peux etre me trouver lourd ou ce que vous voudrez, mais je n'ai toujours pas compris pourquoi on ne peux pas mettre un alternateur eolien sur une turbine ?

on peut le faire !

@djan

"vous dites mais en hydro, on ne manipule pas la donnée du couple de l'arbre turbine sauf lorsque en cas de réemploi de la turbine pour vérifier si l'arbre tiendra sous la nouvelle chute...

du coté de la géné, on se doute que le constructeur qui vend une géné de 200kw sous xxxtr/min a prévu un arbre qui passe le couple...."

c'est quand meme le couple qui donne la force pour faire tourner ce que vous mettez au bout de votre arbre non ?


ce qui donne la "force" c'est le couple et la vitesse


@ Eric

Justement ce qui m'interesse est la puissance sur l'arbre -> le couple

Il faut mesurer, par exemple avec un frein de prony !

@ M perret

j'ai bien compris que la puissance p = 9.81 X Q X h X R et que P=T X n/9549 et c'est de la que vient ma question

en partant de la formulle et mon exemple précédent sauf si mon calcul est faux
P : 60KW (puissance de la génératrice) = T X (86 (vitesse de la turbine)/9549) cela donne un couple de 6666 Nm en sortie de turbine (sauf si je me trompe dans le calcul et qu'il faille prendre la vitesse de la génératrice 1500T/Mn).
d'ou ma question pourquoi ne peux elle pas faire tourner un alternateur de 98KW à 400T/mn qui a besoin d'un couple d'entree de 2770 Nm ou 1960 Nm pour un 77 KW comme decrit dans la doc ?Cordialement

le couple sans la vitesse, cela ne veut rien dire ! j'ai à la sortie de mon treuil à main un couple de 30 tonnes au metres (soit 300000Nm si je me trompe pas) avec seulement mes petites mimines, mais cela ne tourne pas vite !!!

Salutations
Eric

[SG.Hydro]

Jean François,

tu oublies que pour passer de 86 TPM à 400 TPM il te faut une transmission qui multiplie la vitesse par son rapport et divise le couple par le même rapport.

En admetant puisance génératrice = puissance turbine
alors couple turbine à 86 TPM est : 60*9549/86 = 6662 Nm
pour passer de 86 TPM à 400 TPM il faut un rapport de transmission 4.65

Le couple disponible a 400 TPM (ie après la transmission) est donc de 6662 / 4.65 = 1432 Nm .... on est loin des 2770 Nm nécessaire.

[chevalier-renault]

SG.hydro
voila une reponse simple et claire. Là est la reponse à ma question et j'ai compris.
Merci

[PERRET]

Bonjour,

Effectivement Ticapix et Djan ont raison.

De façon pratique il est relativement facile d’imaginer et de réaliser un cône d'hélice fixe.
Soit fixé dans l'aspirateur par trois ailettes qui pourraient ? guider le flux d'eau ?
Ou, sur une Kaplan, solidaire d'un axe passant au travers de l'arbre de commande de pales qui passe lui-même à travers de l'arbre de la roue.
Un peu plus compliqué et surtout un joint peu accessible.

Mais il faut relativiser les choses.

Un cône d'hélice propre facilite l'écoulement.
La vitesse moyenne de l'eau sur la surface de celui-ci est relativement faible et il faut comparer les surfaces et vitesses sur les pales ou les aubes.
Et surtout, sa surface extérieure, vis à vis de la surface de l'aspirateur, est minime, surtout sur une hélice ou Kaplan
Par exemple sur une hélice Ø 1.20 m avec un diamètre maximum du cône de 0,40 m, la surface latérale est de l'ordre de 0,06 m2
L'aspirateur, lui présente une surface latérale de l'ordre de 30 m2, pas toujours très propre, soit 500 fois la surface du cône !
Un lecteur de pointilleux répliquera que les vitesses de l'eau et les pertes de charge sont différentes, ce qui est vrai.

Alors qu'il prenne sa calculette, son traité d’hydraulique générale et nous communique le résultat de ses calculs et le gain théorique de rendement de l'aspirateur.

[moulino51]

Bonsoir a tous,

Et pourquoi pas tout simplement un cône en roue libre ? Suspendu sur un palier a eau ?

Pour la composante giratoire, un examen visuel est suffisant (quand c'est possible)

Mais cela reste quand même du "pifomètre", est ce que quelqu’un sait si par exemple les fabricants
se sont penché sur ce problème, avec par exemple des sondes types "Pitot" pour analyser le phénomène ?


Gérard

[dB-)]

Bonjour,

pour reprendre le sujet depuis le début (rendement optimal) : si on veut vraiment le système parfait, il faudrait avoir à l'entrée de la turbine une masse d'eau qui arrive avec tout son punch sous forme de pression et de vitesse, et obtenir à la sortie de la turbine une eau "ramollie", totalement inerte et à pression atmosphérique : problème, ça va bouchonner sérieusement à la sortie...

L'écoulement dans une turbine n'est de toutes façons pas totalement laminaire, ça tourbillonne un peu dans les coins et les interstices, et des frottements d'eau, il y en a partout : sur les directrices, les flasques de la turbine, les aubes ou pales de la roue, le cône, et l'aspirateur. Intuitivement, j'ai l'impression que le cône et l'aspirateur sont plutôt des zones de dépression et d'accalmie, ils me semblent bien moins critiques qu'un profil de pale ou la géométrie de la roue ou du distributeur, qui eux travaillent en pression et en vitesse ou changement de direction. Le cône est en général usiné, avec une bonne surface, il a aussi une faible vitesse angulaire relative (par rapport à l'eau) et un faible rayon, donc le couple de frottement me semble "négligeable", il est d'ailleurs rarement "usé" contrairement à l'extrados des pales. Il y a eu quantité de recherches sur les formes de roues, profils de pales ou de directrices, et très peu sur la forme ou la libre rotation du cône ou de l'aspirateur : je ne pense pas que depuis des décennies les constructeurs soient passés à coté de l'essentiel, et les gains ne doivent pas être énormes. Le rendement nominal d'une simple hélice ou d'une Kaplan dépasse déjà 80%, ce qui n'est pas le cas de la plupart des autres moteurs.

Pris sur le net mais je ne sais plus où.JPG

Pris sur le net mais je ne sais plus où b.JPG

Sur une petite installation existante, l'idée de base qui consiste à ajuster la vitesse simplement en recherchant le moins de tourbillons en sortie de turbine me paraît très sensée et pragmatique (c'est bien sûr valable pour un seul point de fonctionnement, par exemple à 80% du nominal) : il me semble "naturel" que moins ça tourbillonne en sortie, meilleure est l'absorption de puissance par la turbine. Par ailleurs, je pense aussi que l'aspirateur récupère très bien une partie de la composante giratoire : en tournant et en descendant dans un aspirateur conique, l'eau crée au centre une dépression qui augmente le différentiel de pression entre l'entrée et la sortie de la turbine (simple intuition, regardez le creux qui se forme au centre quand vous tournez de l'eau dans un seau avec un bâton). C'est d'ailleurs pourquoi l'aspirateur est vital sur une turbine rapide hélice ou Kaplan, dans lesquelles l'eau garde en sortie une composante giratoire, et beaucoup moins important voire inutile sur les anciennes turbines axiales lentes, ou centripètes à grand diamètre, Francis, ou crossflow (hors gain de pression statique).

Sur les turbines Pelton et Turgo, on retrouve "un peu" le même problème : l'un des réglages consiste à obtenir qu'en fonctionnement le rebond du jet d'eau sur les cuillères frappe le carter de la turbine à 90° par rapport à l'axe du jet d'eau pour annuler la vitesse de rotation résiduelle : c'est l'intérêt de placer une vitre sur le coté des micro turbine Pelton PowerSpout ou autres :

Vitre latérale.jpg

Vitre latérale b.jpg

J'ai remarqué que ce réglage de vitesse se fait bien automatiquement avec les systèmes de charge de batterie électroniques MPPT (Maximum Power Point Track c'est à dire Recherche du Point de fonctionnement à Puissance Maximale ou RPPM en Français) : ce petit module fait varier automatiquement le courant de charge de la batterie, pour "traquer" à tout moment le point de fonctionnement à puissance maximale (le module mesure la tension et l'intensité instantanées, il calcule en temps réel la puissance instantanée, et cherche la valeur d'intensité qui donne la puissance électrique maximale). En modulant le courant de charge, il fait varier la puissance électrique, donc le couple résistant de la turbine, et indirectement il adapte donc la vitesse de la turbine à la puissance hydraulique disponible au niveau de l'injecteur (fonction de l'encrassement de la prise d'eau ou de l'injecteur, du changement de la perte de charge de la conduite lié à la température d'eau, de la variation de la hauteur de chute brute, ...). C'est assez marrant de voir que le système gère cela tout seul, que la vitesse de la turbine varie seule, et que l'impact sur la vitre revient toujours vers 90° même si on ferme légèrement la vanne boisseau, ou même si on ferme carrément l'un des deux injecteurs d'une turbine à double injecteur ! Petite vidéo dès que j'ai une minute !

dB-)

[moulino51]

Bonsoir Didier,

Pour le second dessin, je ne comprend pas pourquoi il y a deux tourbillons concentriques inversés.

Pour le premier il faut préciser que l'écoulement en vis est sur une turbine bloquée a l’arrêt, mais cela illustre bien la perte d'énergie du a une composante giratoire excessive.


Gérard

[Ticapix]

Bonsoir,

On est bien d'accord, cette composante giratoire due au frottement du cône en aval de la roue reste marginal sur la plupart des turbines.
En revanche la composante peut effectivement exister en raison d'un mauvais profil, d'une mauvaise conjugaison directrices/pales, ou encore d'une vitesse de rotation non adéquate donc la solution qui consiste à caler la vitesse de sa roue en fonction du "bouillon" qui sort dans le canal de fuite, ne peut être que la synthèse d'un équilibre entre le tracé, le réglage et la vitesse de rotation le tout à un certain régime de fonctionnement

TG

[djan]

Bonjour
de mon point de vue
un autre facteur de perte de charge important est la brusque variation de section de passage juste apres la zone des pales.

je ne suis pas certains que les constructeurs ont fait des tests et quitte à perdre de la charge:

ils tronquent le cone afin de limiter la surface de l'ogive en rotation en contact avec l'eau. au lieu de faire un cone plus long qui limiterait la variation brutale de section.

d'ou la bonne solution : ogive plus longue fixe....


d'autre part.
Je me base sur le chapitre 10 théorie des turbines hélices ouvrage de Gourieres. le rendement maxi est optenu lorsque la composante tangentielle ( celle qui fournit du travail à la roue) à complétement disparu à la sortie immédiate des pales) seule une composante axiale doit exister alors.... c'est suivant cette condition qu'est conçu la pale.

petit rappel; composante tangentielle créé par une spirale (si elle existe) et le distributeur (si il existe), (il faut au moins un de ces deux systèmes)

Didier tu ecris : si on veut vraiment le système parfait, il faudrait avoir à l'entrée de la turbine une masse d'eau qui arrive avec tout son punch sous forme de pression et de vitesse, et obtenir à la sortie de la turbine une eau "ramollie", totalement inerte et à pression atmosphérique : problème, ça va bouchonner sérieusement à la sortie...

Je pense que ce que tu dis est surtout valable pour une tubine Francis de type centripete. en effet, le vecteur vitesse en sortie de pale tend vers l'axe central... (difficile de faire passer la totalité du débit par une ligne suposé parfaite).
mais dans une Kaplan on a de la place dans le tube. ( c'est pour cela que j'aime beaucoup la turbine Fontaine également )
une Kaplan de type Bulbe me parait être la Rols des tubines pour les basses chutes.
l'avantage du'une spirale est de créer le flux tangentiel à moindre frais ( perte de charge) qu'un distributeur.
le diffuseur ne doit dissiper que l'energie cinétique de l'eau dans laquelle il ne reste qu'une composante axiale. ( dans le sens de la sortie )