Turbines Burdin

[jpdesm]

Bonjour à toutes et à tous

Prof dans un IUT, j'envisage de donner en projet à un groupe d'étudiants, l'année prochaine, la réalisation d'une turbine Burdin. J'ai donc entrepris le boulot de calcul et modélisation, car c'est un peu en dessus du niveau IUT. Et en fait (honte à moi) j'ai calé sur un essai de modélisation. Alors je vous soumets mon modèle, en espérant qu'un hydraulicien pourra me remettre sur les rails. NB : je suis plutôt de la planète électricité, et n'ai pas fait de dynamique / hydrodynamique depuis la taupe, c'est à dire depuis un nombre d'années que je n'ose pas citer...

Voilà, c'est là en pièce jointe : je croise les doigts pour que le transfert de la pièce jointe fonctionne.

BurdinPvc.zip

Il y a deux fichiers image (une vieille gravure de turbine Burdin, un schéma de ma modélisation), un fichier Word pour expliquer mon modèle, et un fichier Excel pour le modèle proprement dit. Sur ce dernier, pour gagner de la place de stockage, j'ai gardé juste la première et la seconde ligne de la simulation temporelle. IL ne faut pas toucher à la première (ligne 11), qui contient les conditions initiales. Il faut prendre la ligne suivante (la 12 colonne A-AR) et la dupliquer jusqu'à la ligne 311 : bien que ce soit bien au delà de l'horizon temporel nécessaire, les formules du tableur sont établies jusqu'à cette dernière ligne.

Merci d'avance à ceux qui prendront le temps de comprendre mon "exo"...
Cordialement,
Jean-Pierre

[dB-)]

Bonjour,

pourquoi pas en effet faire revivre ces anciennes turbines !

roueDeBurdin.jpg

Faute de temps et de compétences, je ne pourrai guère vous aider sur la partie modélisation, mais il semble que le forum abrite quelques gourmands de calculs qui vont vite faire redescendre le rendement en dessous de 100 % !

Sur l'aspect beaucoup plus terre à terre, ces turbines présentent à mon avis quelques problèmes :

- l'injection n'est que partielle : on n'exploite pas simultanément toute la périphérie de la roue, donc perte de place
- la surface de passage d'eau est minuscule, ce qui est paradoxal pour une turbine basse chute demandant un débit important
- difficulté de régler le débit du distributeur : même problème que sur les anciennes turbines axiales, Jonval, Fontaine, ...
- fuites entre le distributeur et la roue : idem Fontaines, qui disposaient donc d'un pivot réglable en hauteur
- turbine de grand diamètre, donc lente, avec la nécessité d'un multiplicateur conséquent
- roue devant tourner dans l'air, donc pas d'aspirateur en sortie et sensibilité aux variations de niveau d'eau aval
(perte de hauteur de chute par la présence d'une lame d'air de hauteur variable avec le niveau aval)

C'est vrai par contre que la construction serait très simple avec des coude, mais attention le PVC risque de ne pas tenir à terme : il y aura immanquablement un jour ou l'autre un "bête" rondin de bois qui remontera par le canal d'évacuation en longeant les bords, et qui va venir se gratter le dos contre ces fragiles coudes PVC tournants ...

Question toute bête à propos du fichier Excel : r0 est bien le rayon primitif de la roue (rayon du centre des entrées de coudes) ? Même sans me plonger dans les calculs, j'aimerais bien voir ce que donne votre simulation par exemple pour :

- une chute de 1 m
- un débit de 500 l/s
- un diamètre primitif de roue de 1 m

A noter aussi : au niveau de la roue seule, réalisée avec des coudes, on trouve une similitude avec la turbine Segner (1750) qui elle s'affranchit des problèmes de distributeur.

Turbine Segner low cost.pdf

d.Beaume

[djan]

tout à fait d'accord,

à mon sens, le jeu n'en vaut pas la chandelle. les angles d'entrée et de sortie de l'eau sont très limitant pour le rendement. par euler, vous le vérifiez rapidement.

par contre, dans le meme genre de turbine, Je pense qu'il y a encore du potentiel du coté de la turbine fontaine.

surtout pour les faibles chutes, et puis, ce n'est pas un casse tete à fabriquer. le rendement est très bon.

et puis on doit pouvoir y adapter un aimant permanent "maison", en se creusant un peu la tete.

turbine fontaine.pdf

Bien à vous

[jpdesm]

Sur l'aspect beaucoup plus terre à terre, ces turbines présentent à mon avis quelques problèmes :

- l'injection n'est que partielle : on n'exploite pas simultanément toute la périphérie de la roue, donc perte de place

Certes. A mon avis si on veut en faire une version opérationnelle, il faut un nombre d'injecteurs adapté à la hauteur de chute, par exemple 8 injecteurs à 5 m de chute. Par ailleurs les canaux de Burdin ne sont pas jointifs apparemment, alors qu'il faut évidemment que le jet passe immédiatement d'un canal au suivant.

- la surface de passage d'eau est minuscule, ce qui est paradoxal pour une turbine basse chute demandant un débit important

Absolument : il faut un diamètre des coudes plus important que ce qu'on voit sur la roue de Burdin.

- difficulté de régler le débit du distributeur : même problème que sur les anciennes turbines axiales, Jonval, Fontaine, ...

Les amateurs de roues Turgo savent régler le problème. Et Irem a apporté une solution brillante sur ses petites Pelton.

- fuites entre le distributeur et la roue : idem Fontaines, qui disposaient donc d'un pivot réglable en hauteur

Si les canaux sont jointifs, aucun problème, bien au contraire il faut écarter un peu la roue des injecteurs puisque cela devient une turbine à action.

- turbine de grand diamètre, donc lente, avec la nécessité d'un multiplicateur conséquent
- roue devant tourner dans l'air, donc pas d'aspirateur en sortie et sensibilité aux variations de niveau d'eau aval
(perte de hauteur de chute par la présence d'une lame d'air de hauteur variable avec le niveau aval)

Comme toutes les turbines à action. Mais avantage par rapport à la Turgo ou la Pelton, la simplicité des injecteurs autorise à en mettre un grand nombre, et donc à augmenter la vitesse spécifique pour répondre au besoin des basses chutes.

C'est vrai par contre que la construction serait très simple avec des coude, mais attention le PVC risque de ne pas tenir à terme : il y aura immanquablement un jour ou l'autre un "bête" rondin de bois qui remontera par le canal d'évacuation en longeant les bords, et qui va venir se gratter le dos contre ces fragiles coudes PVC tournants ...

Si les coudes sont noyés dans un cylindre en béton, pas de problème, c'est le béton qui se chargera de régler son compte au rondin en question.

Question toute bête à propos du fichier Excel : r0 est bien le rayon primitif de la roue (rayon du centre des entrées de coudes) ? Même sans me plonger dans les calculs, j'aimerais bien voir ce que donne votre simulation par exemple pour :

- une chute de 1 m
- un débit de 500 l/s
- un diamètre primitif de roue de 1 m

A mon avis, ça ne passe pas ou bien avec une puissance ridicule par rapport à une Kaplan. Lorsque je dis "basses chutes", c'est au minimum de l'ordre de 5 m pour ce genre de turbine.

A noter aussi : au niveau de la roue seule, réalisée avec des coudes, on trouve une similitude avec la turbine Segner (1750) qui elle s'affranchit des problèmes de distributeur.

Oui mais qui introduit d'autres problèmes, notamment de joints tournants...

Globalement, vos remarques sont pertinentes. Mais voyez bien que je cherche un intérêt pédagogique à l'affaire. Le principe de la turbine Burdin, avec le guidage de l'eau dans les canaux, permet de faire une modélisation en formalisme mixte Euler / Lagrange, avec intégration numérique pas trop complexe pour déterminer le mouvement de l'eau dans les canaux, du fait qu'on n'y a qu'un degré de liberté. Je pense que la même méthode n'est pas applicable sur une Pelton ou une Turgo, du fait que le mouvement de l'eau en contact avec un auget (pale) a deux degrés de liberté. Donc déjà, hors de toute considération de durabilité et de réponse à des besoins réels, si j'arrive à faire suivre à des étudiants un cheminement qui va de la simulation numérique à la réalisation avec des coudes pvc d'une turbine qui fait dans les 80% de rendement ou plus, je serai pleinement satisfait.

[jpdesm]

par contre, dans le meme genre de turbine, Je pense qu'il y a encore du potentiel du coté de la turbine fontaine.
surtout pour les faibles chutes, et puis, ce n'est pas un casse tete à fabriquer. le rendement est très bon.

Il n'y a malheureusement pas d'atelier de moulage de fonte dans notre département d'IUT, et à mon avis pas plus dans les villages africains.

[djan]

pour la fonderie, cela est sur, apres en tole plié,... dépouper dans des bidons etc etc, les bricoleurs des pays en voie de développement sont très très imaginatif.
si vous voulez absolument rester dans de l'ultra low cost, élément du commerce à acheter, dans le plastique pourquoi pas?? je suis certains que dans le meme esprit , vous trouverez bien un élément Pvc qui répondra à votre besoin.

moi, ce qui me gene le plus, c'est les angles d'entrée et de sortie pour votre turbine à action. ou votre eau arrive uniquement sous forme d'énergie cinétique.
d'apres le croquis de Burdin, c'est sur qu'avec ses angles, cela n'est pas efficace.

peut être n'ai je pas encore compris comment vous orientez votre injecteur avec vos tubes pvc.

ensuite il est vrai que vous pouvez augmenter vos injecteurs.

ci-joint un fichier, le projet d'un injecteur de turgo 8 jets (25m de chute) pour le propriétaire de la scierie à coté de chez moi qui ne croit qu'en la fabrication maison. (chaqu'un fait ce qu'il veut!!!)

Injecteur Turgo 50 Kw 25m.zip

[jpdesm]

moi, ce qui me gene le plus, c'est les angles d'entrée et de sortie pour votre turbine à action. ou votre eau arrive uniquement sous forme d'énergie cinétique.
d'apres le croquis de Burdin, c'est sur qu'avec ses angles, cela n'est pas efficace.

peut être n'ai je pas encore compris comment vous orientez votre injecteur avec vos tubes pvc.

Oui, le croquis de Burdin est à mon avis incompatible avec les chiffres de rendement qui sont donnés pour ses turbines, à savoir dans les 65%. Si je pouvais trouver des dessins un peu plus précis des turbines qu'il avait installées et mesurées au frein (à Pontgibaut...). Il est vraisemblable qu'il a du améliorer entre le croquis initial et la réalisation. Et pour ce qui est de mon croquis, il n'est pas très lisible en 3D, mais n'est là que pour comprendre les notations du tableur. Il faudrait que je mette ça sous SolidWorks, mais si je commence à faire le boulot à la place des étudiants...

ci-joint un fichier, le projet d'un injecteur de turgo 8 jets (25m de chute) pour le propriétaire de la scierie à coté de chez moi qui ne croit qu'en la fabrication maison. (chaqu'un fait ce qu'il veut!!!)

Bel exo, à part que ça va être un peu chaud pour caser le 8° injecteur. Mais après tout, ça doit marcher avec 7. Il a réellement fait ça, le voisin ? Il les a formés au marteau, ses tronçons de tôle en cône ? On peut voir des photos ?

[dB-)]

Bonjour,

en lançant une recherche sur le Web, on retrouve quelques informations sur M. Burdin et ses différentes turbines.

a) Description de la turbine à réaction installée à Ardès (annales des Mines 1928 tome III) :

- un distributeur fixe avec 4 injecteurs coudés
- en dessous une roue "réservoir" remplie d'eau, et comportant 4 éjecteurs coudés
- entre les deux un gros "joint" tournant, avec un jour important
- 3 volets d'admission à l'entrée du distributeur, pour éviter un excès d'eau avec fuites au joint tournant
- le débit des 4 éjecteurs de la roue devant être égal à celui des 4 injecteurs du distributeur
- une chute totale de 6 pieds (soit environ 2 m)
- partagée en une partie de 3 pieds (1 m) au dessus des injecteurs fixes
- d'où une vitesse d'eau en sortie d'injecteurs égale à racine (2 * g * 1) = environ 4,40 m/s ou 13 pieds/s
- et une chute de 3 pieds dans les éjecteurs tournants
- vitesse de la roue environ 80 tr/min
- rendement mesuré de 65 à 75 %

Burdin 1.jpg

Burdin 2.jpg

Burdin 3.jpg

b) Description de la turbine de Pont Gibaud, plus récente :

Annales_des_mines 1933 turbine Burdin.pdf

(un grand merci à tous ceux qui scannent ces anciens documents et les mettent gratuitement à disposition, mais pensez SVP à déplier les belles planches en fin de livre, et scannez-les aussi !!)

Ces turbines sont en effet intéressantes pour s'exercer aux calculs, car l'eau est canalisée précisément.

On retrouve ce principe sur la turbine d'Euler :

Turbine d'Euler.jpg

Pour "simplifier" les calculs, la Segner (voir plus haut) reste intéressante. Elle découle d'ailleurs directement du tourniquet hydraulique semblable lui aussi à l'éolipyle de Héron ( 133 avant J.C.) : elle est simple à modéliser, et son joint se résume à un entonnoir (têtu le gars)

Tourniquet hydraulique.JPG

=> Moralité : les turbines hydrauliques existaient déjà en 133 avant J.C. !!!

Et du coup voilà un nouveau projet de turbine hydraulique pour m'occuper : une turbine Segner basse chute 5000 l/s sous 1 m de chute, avec plusieurs éjecteurs de carrément 30 cm de diamètre !!! Donc totalement ichtyocompatible (c'est à dire laissant passer les poissons d'avril) !! Un vrai Disney Land pour truite Fario, avec les chaleureuses félicitations de l'Onema, ses agents qui viennent vous faire la bise, les pêcheurs qui rappliquent fin heureux bras dessus bras dessous, la DDT qui apporte les bières, EDF qui sponsorise le barbecue, ERDF qui vous offre le 3ème compteur gratuit, bref, la fin des hostilités !!!

dB-)

[djan]

elle est sympa la turbine Segner.
ca va bien gicler la truite fario, truite fario volante!!!

pour ce qui est de l'injecteur 8 jets turgo. elle est en cours de fab.
après, ce qu'elle va donner, je suis comme vous, assez dubitatif, pour l'instant , moi j'execute, je me marre et regarde cela à distance.

par rapport au modèle ci dessus, la volute finale est plus grosse.
l'entrée de la volute est en forme de point d'interrogation
l'injecteur que vous voyez dans le vide est l'injecteur N°1.
4injecteurs sont muni de déflecteur (débit non réglable)le 1,3,5,7 . 4 sont muni d'aiguilles réglable. 2,4,6,8

pour ce qui est de la fab; avec la 3d, ici Sw, les outils de tôlerie permettent de ne plus être un as en géométrie descriptive.

le logiciel déplie tous les cones (même avec les ouvertures si il y en a) , et vous met à plat la tole avec toutes les bonnes courbes intersections ( cone/cone , cylindre/cone).

ensuite deux solutions, exporter le fichier dans un format que la découpeuse du chaudronnier du coin possède. ou, bien comme le gars va faire. s'imprimer les plans 2D à l'échelle 1 et le poser sur sa tôle. et découper suivant le plan. puis rouler ou faire rouler les morceaux.

je vous enverrais des photos et le format natif Sw pour vos étudiants s'ils veulent s'inspirer des manips "Tolerie sous Sw " en analysant l'arbre de création.
Salutations

[jpdesm]

je vous enverrais des photos et le format natif Sw pour vos étudiants s'ils veulent s'inspirer des manips "Tolerie sous Sw " en analysant l'arbre de création.

Volontiers, ça m'intéresse. D'ailleurs je discutais il y a peu du solveur géométrique 3d de SW avec un collègue (sur le thème "il manque un truc comme ça à FreeCad"...) tout en reconnaissant que sur des enchainements de contraintes un peu longs et complexes le solveur de SW calait... On ne doit pas être loin des limites ici ! Voilà un bel exemple à soumettre aux développeurs de FreeCad.
Cdlt,JP