Généralités sur les turbines et calculs

[ericnoharet]

Bonjour,

Je vais essayer de faire simple.

Quelque soit la génératrice, (synchrone asynchrone ...) nous pouvons considérer par simplification que la vitesse est constante et fixe.

Mais la puissance est fonction de la vitesse et du couple !

Pour reprendre votre exemple du vélo. Un vélo simple sans dérailleur et sans roue libre.
si vous êtes en montée il faudra pédaler plus fort qu'a plat pour maintenir la même vitesse.

Avec la même vitesse de pédalage vous voyez bien que la puissance à fournir est différente.
(Plus de couple)

La formule de puissance est P=C x Omega (puissance = Couple x Vitesse) (avec omega en radian seconde mais cela depasse le cadre de l'explication.

Salutations
Eric

[caroussel]

Merci à tous pour vos réponses!

La clé qui me manquait était P = couple x vitesse.

La vitesse de rotation de l'axe reste plus ou moins constante dans le générateur, mais le couple varie en fonction de la valeur du débit (à hauteur de chute constante).

Tout devient clair! Du coup, si le débit diminue, le couple diminue, le générateur produit moins mais la vitesse de rotation est quasi stable sinon le 50 Hz n'est plus assuré (sans compter qu'en plus le rendement de la turbine est moins bon si la turbine fonctionne avec un débit partiel).

J'ai potassé Le Gouriérès pendant des jours mais je commencais à m'arracher les cheveux

[MHEC]

Bonsoir caroussel ,

l'axe dans le générateur tourne à vitesse fixe donc la quantité d'energie est la même

Je confirme ce qui a été dit plus haut, la réponse est… Non, la quantité d’énergie change alors que la vitesse de la génératrice est fixe. A chaque visite de ma centrale, pratiquement tous les visiteurs me font la même remarque " Pour augmenter la puissance, par obligation, il faut augmenter également la vitesse de la génératrice " bien sûr, c’est faux.

Une turbine fonctionne comme une voiture, sur autoroute, avec une vitesse constante de 130 km/h, le moteur va fournir 10% de sa puissance dans une descente à l’inverse, dans une montée, le moteur sera à 100% et pour changer la puissance, on va tout simplement ajouter ou diminuer du carburant, sur une turbine, idem, on ouvre ou on ferme le débit de l’eau.

Bonne soirée.

PV

[CF21]

Bonjour

Merci à caroussel pour cette discussion spécial "novice" et je plussoie, il faut potasser des heures... sans garantie de bien comprendre.

Pour les points ci-dessus, je ne suis toujours pas à l'aise. Pourquoi le couple (au générateur) changerait si la turbine modifie sa géométrie pour conserver une vitesse constante (à l'arbre), ce qui est l'hypothèse de départ de caroussel? On se dit que le freinage opéré par le générateur est aveugle au débit entrant, qu'il soit de 3, 4 ou 5 m^3/s, peu importe pourvu que la turbine produise la même vitesse angulaire (la turbine est simplement à sous-régime en 5m^3/s).

[moulino51]

si la turbine modifie sa géométrie pour conserver une vitesse constante (à l'arbre),

Non, ceci n'est pas exact :?

Car la turbine ne modifie pas sa géométrie pour conserver une vitesse constante, c'est le rôle de la génératrice qui s'adapte, avec son glissement (1000/1034 t/min ) .

La turbine Kaplan fait varier sa vitesse relative par rapport au flux d'eau, (son ns change) et l'orientation des pales sert de régulateur de débit et donc de niveau.


Gé

[CF21]

Non, ceci n'est pas exact :?
Car la turbine ne modifie pas sa géométrie pour conserver une vitesse constante, c'est le rôle de la génératrice qui s'adapte, avec son glissement (1000/1034 t/min ) .
La turbine Kaplan fait varier sa vitesse relative par rapport au flux d'eau, (son ns change) et l'orientation des pales sert de régulateur de débit et donc de niveau.

Gloups... c'est typiquement la raison pour laquelle le novice replonge dans Le Gouriérès ou autres quand il croit avoir compris et s'aperçoit que c'était encore une illusion

Je ne comprends pas : "c'est la génératrice qui s'adapte"", ni la précision "avec son glissement 1000-1034 tr/min", ce qui paraît ainsi dit une plage bien rigide d'adaptation...

Si le générateur décide de tout, pourquoi les manuels ne le disent pas clairement et dès le départ? Cela éviterait pas mal de contresens, parce que telle que sont présentés quasiment tous les ouvrages que j'ai lus, on commence par parler de la turbine, son rendement, sa vitesse spécifique, son choix selon H*Q, etc. et ensuite seulement de l'électrotechnique, donnant l'impression au lecteur novice en ces matières que la seconde va finalement s'adapter à la première.

Mais si je comprends ce que vous me dites, le générateur impose son couple sur une plage très limitée de variation et la turbine essaie de suivre au mieux. C'est très dur à se représenter. Quand on est une bille en électricité (mon cas), on se dit que cette contrainte de couplage "gâche" une partie des variations de débit (charge excédentaire en hautes eaux et déficitaires vers l'étiage) et on se demande pourquoi on ne fait pas du courant continu (sans s'enquiquiner avec les 50 Hz, les phases et tutti quanti) avec un onduleur derrière (qui va adapter le courant de sortie au réseau).

[djan]

Bonjour
He oui, c'est pour cela que l'hydro est passionnant, on n'apprend tout le temps
on passe progressivment du niveau de jeune padawan , à Jedi, puis un jour à master Jedi,
pour éclairer certains qui commencent à mettre le doigt sur les concepts fondamentaux de hydoelect.

c'est bien marqué dans le degourieres que l'on a pas le choix des vitesses de rotation. page55
le probleme, c'est que le tableau est très incomplet. il manque le428.33.272.230.214 je vous laisse calculer les vitesses inférieur à 200 tr

d'autre part ce qu'il manque dans le livre, c'est l'ordre des grandeur des PRIX des différentes techno des génés du chapitre 11, extraordinaire ce chapitre ... page 121.


ensuite, le fait d'avoir des profils de pales de Tout Ns Possible fait que l'on peut faire la vitesse que l'on veut.

enfin, la vitesse fixe n'est pas un probleme, le double reglage ou intaller plusieurs petites machines pour tourner plus vite au lieu d'une seule grosse répond à tout les problèmes depuis 100ans.
sur des profils en Ns 800, le profil garde un bon rendement de 700 à 900, on a de la marge avant de perdre des kw.
sur les profil de Ns plus faible 480, on va de 330 à 620.
il y a encore plus de marge, alors si on ne tourne pas exactement à la bonne vitesse, en fait, on s'en fout,...
par contre , ce qui compte, c'est de posséder la courbe topo du profil afin de savoir on l'on se situe en dehors du sommet de la patate.
un double reglage est encore aujourd'hui beaucoup moins cher qu'un système avec onduleur, quil faut changer tous les dix ou 15 ans.
sans compter la gené asynchrone qui coute encore 8 fois moins cher. (condensateur comprit).

encore moins cher , un simple reglage plus une helice fixe.

les vieilles solutions synchronisées sur le reseau ont encore de beaux jours devant elles..... ( alternateur bobiné, alternateur aimants permanent, géné asynchrone,) avec le top du top en rendement.

M.Perret avait post un message une fois de mémoire ou il y avait une démo de l'utilisation des courbes topo de roue francis.

[PERRET]

Bonsoir,

Toute turbine a son rendement maximal, sous une certaine hauteur de chute, pour une vitesse de rotation donnée.

Si l'on s'écarte trop de cette vitesse, en plus ou en moins, le rendement chute. La rapidité de cette chute de rendement dépend du type de turbine (ns).

D'où la nécessité, dans les installations destinée à produire de l'électricité de bien adapter la transmission entre la turbine et l'alternateur, sachant que la vitesse de rotation de celui-ci, pour obtenir du 50 Hz, est déterminée par le constructeur de l'alternateur. Par exemple : vitesses courantes : 750, 1000,1500 t/mn.

Si l'on fait tourner l'alternateur, en autonome, à une vitesse différente, la fréquence va varier. Aucune importance pour du chauffage ou de l'éclairage. Sur les alternateurs modernes, la tension de sortie est parfaitement régulée (± 1 %).
Mais, si l'on s'écarte trop de cette vitesse, le régulateur électronique incorporé à l'alternateur va l'empêcher de produire normalement. D'où nécessité d'une régulation de vitesse de la turbine : ± 10 % maximum.

Si l'on est rigoureux et qu'on souhaite du 50 HZ, il faut utiliser un onduleur qui, outre son coût, son rendement qui n'est pas de 100% et sa durée de vie qui n'est pas éternelle, subsistera toujours le problème, si la vitesse de l'alternateur n'est pas correcte, que la régulation de celui-ci l’empêche de produire normalement. Raisonnement valable pour les alternateurs actuels auto-régulés en tension.

Si on utilise une dynamo pour produire du courant continu, là, c'est la tension et la vitesse de la turbine qui vont varier proportionnellement à la charge. D'où la nécessité d'un rhéostat d’excitation manœuvrable manuellement en fonction de la puissance demandée pour garder la tension dans des limites acceptables.

Si l'on utilise une génératrice asynchrone (moteur), couplée au réseau ERDF, la vitesse de rotation de celle-ci sera fixée par le réseau: par exemple : de 750 à 775 t/mn ; 1000 à 1030 t/mn ; 1500 à 1550 t/mn suivant la charge. Oublié les problèmes de vitesse, de tension, de fréquence. . .

Nécessité de bien calculer la transmission pour faire tourner la turbine à sa vitesse optimale sous la chute la plus fréquente.
Avantage des transmissions par courroie : il est facile de changer une poulie pour adapter une vitesse.

Dans les anciens moulins, la vitesse de rotation n'était pas critique, la notion de rendement souvent oubliée, et, si le meunier estimait que son installation tournait trop lentement ou trop vite, il enlevait ou remettait une courroie sur une machine. . .

[ericnoharet]

Bonsoir,

Pour vous répondre à la question "on choisi d'abord la turbine sans s'occuper de la génératrice"

C'est un peu vrai car la turbine va être fonction de la hauteur de chute du débit et de la plage de débits (et des débits classés)
Cela détermine éventuellement le nombre de turbines aussi.

Ensuite seulement, puisse qu'on connait la vitesse de fonctionnement de la turbine on cherche le type d'entrainement (direct, multiplicateur ..)
et la génératrice avec le bon nombre de pôles pour avoir la vitesse définie.

C'est la partie "facile"

Salutations
Eric

[djan]

je vais vous donner un scoup,
A moins que le prix de l'eleètronique de puissance baisse radicalement, ( ce sur quoi les partisans de la vitesse variable misent...)
dans 10 ou 15ans, lorsque les proriétaires de VLH en auront assez de payer deux bras des armoires radiateurs qu'ils devront changer...

ils resynchroniseront leur turbine en vitesse fixe a 50hz

et je suis sur qu'ils y gagneront au change.

de plus, je peux vous dire que fabriquer un distributeur conique reglable avec 20 directrices coute moins cher qu'une armoire ABB.

il n'y a qu'a voir le tableau page 145 du degouries pour remarquer que la Vlh en vitesse varaible est moins performante qu'une kaplan double reglage.!!!!



cela, c'est juste une histoire de marteking et mode....il faut bien faire marcher le commerce.
il ya une info sur la vlh que j'aimerai bien connaitre:
dans quelle mesure sa vitesse varie pour rester au bon redement....
a moins avis, son intervale de variation doit être très faible? quelques tours, sans influence sur le rendement...

et vue son ns très faible, une vitesse fixe ne devrait beaucoup pas la pénaliser...
pour le chiffre, il faudrait avoir les courbes de rendement topo.
une machine simple reglage a vitesse fixe pssede déjà la même courbe de rendement que la vlh.


la seule raison pour laquelle un constructeur veut faire de la vitesse variable,
1: C'EST PARCE QU'IL NE POSSEDE PAS SUFFISEMENT DE PROFIL DE PALES DE NS DIFFERENT POUR SADAPTER A TOUTE LES CONDITIONS POUR FAIRE AUTREMENT;
2/ CELA LUI SIMPLIFIE SONT OUTIL DE PRODUCTION, N'AYANT PAS BESOIN DE FABRIQUER DE DISTRIBUTEUR MOBILE!!!
3/ CELA LUI PERMET DONC DE SE LANCER PLUS FACILEMENT SUR LE MARCHE DE LA TURBINE AYANT AINSI MOINS D'INVESTISSEMENT DANS L'OUTIL DE PRODUCTION ( machine outil, personnel).

LA PARTIE ELECTRIQUE ETANT PAYE PAR LE CLIENT A UN AUTRE FOURNISSEUR..., LUI CELA L'ARRANGE;
CELA LUI SIMPLIFIE GRANDEMENT LA CONCEPTION DE SA TURBINE.
IL EST cERTAINS QUE LE CONSTRUCTEUR DIVE AVEC SA TURBINE HELICE AURAIT DU MAL A SANS PASSER!!!!
la, au moins , la statégie de la société est très cohérente, Ns très élevée, donc pointue et plus petite machine donc moins cher, vitesse variable pour turbiner les petits débits.
mon petit doigt me dit que lorsque les turbiniers faisant de la vitesse variable seront bien installés. il se diront, pourquoi donner toutes ses pepetes aux fournisseurs d'électronique de puissance.
il feront évolué leur gamme vers du double reglage synchronisé et il feront de la pub en disant que le double reglage c'est mieux
après avoir dit pendant des années que la vitesse variable, c'était le top....

C'est bon le commerce... ils se préparent déjà pour le H08