Généralités sur les turbines et calculs

[djan]

A eric
dans l'idéal:
pour une machine unique
on choisit sa turbine en fonction de la vitesse spécifique du site et, en augmentant par itération le NS le plus élevée possible ( en fonction de ce que le constructeur de turbine possede comme profil) , on se raproche de la vitesse de la géné de synchronisme la plus élevée possible.

les regles à suivre:
pour une kaplan, Ns de 300 à 1300.
axe verticale avec aspirateur coudé, ne pas dépasser800-850

pour un aspirateur droit trsè très long, 1300maxi

plus le Ns sera élevée, plus la machine sera bon marché à rapport identique, puissance/prix.

le problème:

les profils trois pales de bonne qualité testé en labo de Ns très élevée '900-1300, seul les grands constructeurs (alsthom, andritz) les possedes.
donc, pour vous, cela sera circulez, il n'y a rien a voir.

ensuite c'est du 600-900, en 4 pales ceux là, les constructeurs classique de petite hydro français les ont, (récupéré à gauche à droite des constructeurs disparut, goulut et borne, dumont etc etc)..

ensuite de 300à 600, c'est la tranche du Myhlab (garantie nouveau et testé 90% de rendement) et les autres français aussi (5.6 pales récupéré à gauche à droite des constructeurs disparut, goulut et borne, dumont, vieux tracés nerypic etc etc).

le prix que va vous proposer votre constructeur ( si vous en consultez plusieurs) dépend évidement du Ns de pale qu'il possede en stock ....

si il n'a que du Ns 250. attendez vous à une machine qui pese 30tonnes, 20m de diametre, 2 milions d'euros, 50kw, 20tr
si il a du ns 1300, attendez vous à une machine qui pese 3tonnes, 1 de diametre, 50000euros, 50kw, 600tr.

( j'exagère)

vous avez de bons exercices aux pages 68.84.97.113 du degouries qui illustruent très bien ce que je viens d'écrire plus haut
dans le choix de la turbine, évidement d'autre considérations (secondaires) sont à prendre en compte:
critère de cavitation, si non ok, baisser obligatoirement le NS
cout génie civil:
cout machine, une grosse ou deux petites qui tournent plus vite
cout génératrice,



C EST POURQUOI
dans une renovation, lorsque l'on veut implanter une machine neuve dans un trou existant, sans vouloir casser de beton,
et puis en général, on veut prendre plus d'eau et faire plus de puissance. (méthode du gros malin!!)

c'est la forme de l'aspirateur existant qui dicte le Ns Maxi qu'il peut supporter (sans que le rendement de l'aspirateur ne chute), et donc la performance maxi de la nouvelle machine.
et en générale, il est déjà poussé au maxi

à l'inverse, si lon veut faire moins de puissance qu'avant, c'est très simple. on achete un profil avec un Ns plus faible que l'existant qui aura la meme taille que la roue en place, et on prend moins d'eau... et on tourne moins vite
et là aucun risque que l'aspirateur ne suive pas, au contraire, le rendement sera même meilleur qu'avant.

j'espère que j'en aurait éclairé certains.

[CF21]

c'est bien marqué dans le degourieres que l'on a pas le choix des vitesses de rotation. page55

C'est exact. Dans la formulation, c'est un peu ambigu, la vitesse de la turbine est dite "proportionnelle" à celle du générateur, et dans le titre de cette partie 4.2, il est dit que "la vitesse de rotation de la turbine est liée à celle du générateur qu'elle entraîne". Donc finalement, on reste dans la représentation globale "je fais tourner ma turbine et c'est elle qui va entraîner le reste à sa guise". Au lieu de "proportionnelle à" (la vitesse du générateur), il faudrait dire "conditionnée par", ce qui impliquerait plus clairement la notion de contrainte (de l'électrotechnique sur l'hydraulique).

J'aurais surtout mis ces explications très tôt dès le premier chapitre, car j'ai l'impression que Caroussel et moi ne sommes pas isolés parmi les novices. Quand on aborde l'hydro, on le fait avec l'image de la roue de moulin à l'esprit : on se dit que l'hydroélectrique est à peu près la même chose que l'hydromécanique sauf qu'on a rajouté un machin un peu plus compliqué au bout de l'arbre remplaçant la meule, le martinet, le soufflet ou autre. Historiquement, la transition s'est faite ainsi au XIXe siècle. Mais le "machin un peu plus compliqué" a quand même un peu changé la philosophie de l'ensemble, surtout avec la généralisation du courant alternatif.

On devrait donc rappeler tout de suite (dans le raisonnement) que la petite centrale hydraulique a pour vocation la production d'électricité et que les lois de l'électricité imposent toujours leurs contraintes à l'équipement, peu importe que la source d'énergie soit l'eau ou le vent ou la vapeur.

Cela dit, les autres explications données ici (merci) pondèrent en sens contraire : il faut bien choisir la turbine qui sera la mieux adaptée à la source primaire (énergie cinétique et énergie potentielle de l'eau au droit de l'exploitation) ; il existe une marge quand même large de rendements corrects autour de la Ns à rendement optimal ; la multiplication de vitesse et le choix entre générateur synchrone / asynchrone donnent une certaine liberté pour s'adapter à ce que produit la turbine à l'arbre, etc.

Vous avez aussi raison sur les facteurs coût / durée de vie : s'ils ne sont pas très clairement précisés, on se dit que tout est possible – ce qui est certainement vrai en soi, mais une solution possible hors de prix n'a généralement que peu d'intérêt.

En tout cas, il est clair que le sujet est vaste et regorge de subtilités plaisantes à découvrir, à mesure que l'on dégrossit.

[djan]

il y a quelque chose qui n'est pas marqué dans les livres,
c'est le reseau qui décide de la vitesse des que tu te couples dessus parce que le reseau est plus fort que toi.

si tu restes couplé; MEME SANS EAU, ta turbine, ELLE TOURNE

ET LA, TU PASSES DE PRODUCTEUR A CONSOMATEUR

[Gilles21]

Bonjour

@ djan
Tu as sans doute éclairé certains , mais pour moi ça reste en clair-obscur, non que tes explications ne soient pas pertinentes, mais sans doute parce que j'ai une moins bonne vue
J'ai 2.3 m de chute et je peux tabler sur 0.8 à 1 m3/s turbinable de novembre à avril. Pour l'instant j'utilise une francis horizontale qui consomme 0.5 m3/s max et j'envisage à terme d'ajouter une turbine hélice avec distributeur fixe qui consommerait environ 300l/s. Le génie civil reste à faire en ce qui concerne l'aspirateur. Alors ma question est : quel est la configuration la plus favorable ?
-ns
-entrainement direct de la géné en bout d'arbre ou multiplicateur
-turbine verticale ou inclinée
-en chambre d'eau ou bache spirale
-aspirateur droit ou coudé
Je suis en auto consommation
As tu une réponse à m'apporter ?
Cordialement
Gilles21

[djan]

Bonjour gilles

pour ta puissance,
il n'y a pas trente six solutions, si tu ne veux pas exploser le budget.
1 : une turbine complette tubulaire asiatique de chez DB. ( tu fera avec ce qui existe.)
sinon, utilser les lois de similitudes en utilisant une turbine d'occasion. ( tu fera ausi avec ce qui existe)

ou bien te fabriquer une turbine toi même en achetant une hélice seule à DB. connaiisant sa vitesse spécifique et la forme de la turbine dans laquelle elle est monté d'habitude

[Gilles21]

Merci djan

Bien entendu, j'ai déjà envisagé la solution DBH et je l'avais contacté pour le prix d'une hélice seule. Seulement, il faut être réaliste et après mûre réflexion, je sais très bien que, pour moi, fabriquer maintenant une turbine hélice avec toutes les connaissances mécaniques requises pour mener cela à bon terme, est hors de portée.
Ce sera du tout fait ou rien.
Les questions que je posais , c'était plutôt pour ma culture générale :
- tendance à la cavitation en fonction du ns ?
- pourquoi les hélices de ns > 900 sont-elles l'apanage des grands constructeurs
- quel est le meilleur compromis pour une très basse chute de 2 m...etc...etc...

Cordialement

Gilles 21

[djan]

- tendance à la cavitation en fonction du ns ?
oui, plus le Ns augmente, +la cavitation aussi donc plus la turbine doit être proche du niveau aval voir en dessous

deux méthodes pour la calculer (la hauteur d'aspiration):
1:méthode statistique avec le coefficient de thomas ( exemple classique page 107 du Legourieres)

2:méthode du concepteur de profil possédant un laboratoire, (Mhylab, vatech, alsthom etc,etc,)
la courbe limite de cavitation est inscrite sur la courbe topo du profil. il n'y a qu'a la lire et s'en servir!!!!
c'est le mieux, là, ce ne sont pas des stats issues de centaines de turbines installés dans le monde de marque différentes, c'est la réalité du profil qui va être installé dans votre turbine.

parenthèse, on pourra toujours reproché au Mhylab de ne pas avoir en stock de profil rapide ( à l'heure actuelle) ( je leur reproche tout le temps ), néanmoins les profils qu'ils possedent, ils sont parfaitement définit au niveau cavitation et garantie au niveau du rendement. et çà, cela rassura toujours le client....

- pourquoi les hélices de ns > 900 sont-elles l'apanage des grands constructeurs.
d'abord, il faut être un grand constructeur et des moyens pour posseder un laboratoire et concevoir des profils Kaplan;
1: dites vous que tous les profils de pales ( attention, je parle de Kaplan ) qui existent chez tous les constructeurs de turbines ( petits ou grand) sortent d'un laboratoire d'un grand constructeur. Commes ces profils cavitent plus que les autres et sont plus pointu, ils demandent beaucoup de dévellopement et d'argent pour les élaborer avec un résultat de 90% de rendement. en général, ils ne trainent pas entre toutes les mains....
2: parce que ce sont les turbines ou les contrats sont les plus juteux, comme elles sont plus petite, plus facile et moins cher à fabriquer, à transporter sur site, elles tournent plus vite, la géné installé sera toujours moins cher.... on peut penser à supprimer le multi, remplacer par un alternateur basse vitesse etc, etc, cela offre plus de possibilité technique.
exemple:, là ou vous trournez à 150tr avec un profil Ns 800. vous trournez à 187tr avec un Ns1200

et 187tr, cela change tout, plus de multi, attaque direct etc etc.
- quel est le meilleur compromis pour une très basse chute de 2 m...etc...etc...
le meilleur compromis, c'est grosso modo comme cela:

Ns et pales, rapport d/D en fonction de la chute.JPG

[Gilles21]

Bonsoir

Merci djan pour ces précisions et bonne nuit .

Gilles 21

[CF21]

le meilleur compromis, c'est grosso modo comme cela:

Ns et pales, rapport d/D en fonction de la chute.JPG

C'est parfois dur de s'y retrouver. :? Je croyais en première lecture que le np était le nombre de poles... mais en fait c'est le nb de pales (j'ai fini par retrouver la page dans l'ouvrage!). Et pour préciser, d/D n'est pas diamètres entrée / sortie, mais diamètres moyeu / hélice.

[moulino51]

Les diamètres d'entrée et de sortie s'écrivent : D1_D2


Gé