Turbines crossflow (Banki)

[moulino51]

Bonsoir Max,

Bienvenu sur le forum de la petite hydro

Il faudrait nous en dire un peu plus sur les caractéristiques du site :
-Débit
-Hauteur de chute
-Puissance de la turbine actuelle, son type

Voir également les nombreux sujets de discussions sur les turbines Banki, crossflow.


Gé

[Max_B]

Merci à db pour les liens. J'avais déjà buché le mémoire en question, et pas mal de documents sur les Banki en général. J'ai aussi fouillé le forum sur ces sujets. L'impression de qualité que tu rapporte est un bon point.

Si j'ai ouvert un topic, c'est dans l'espoir d'avoir des retours d'expérience, plage de fonctionnement effective, etc.

Sur le plan théorique, j'ai quelques interrogations sur le choix d'un si grand lambda (pour la JLAkit). L'avantage est de permettre une large plage de débits pour un rotor donné, mais je me demande si cela ne pénalise pas significativement le rendement quand on est obligé de faire travailler la turbine sur des petits débits.

Mon installation, pour répondre à moulino51 est dans ma signature pour les grandes lignes. Sa particularité est que les mois d'été, notre torrent de montagne est faible, voir sec certaines années de sécheresse. Quand je suis limité par le débit réservé, il m'arrive de ne pouvoir turbiner que 10l/s voir moins. La vielle turbine actuelle a un lambda très faible (entrée sur une seule aube) et j'arrive à la baisser à 250W, ce qui est mieux que rien car suffit à maintenir nos batteries tampon en charge, en 24/7. Mais par contre, quand il y a de l'eau en pagaille, elle est trop limitée et son rendement est mauvais à l'ouverture maxi. J'ai un potentiel de 6kW environ et n'en produit qu'un peu plus de la moitié.

Pour plus de clarté, il faut dire que l'installation, outre l'hydro, comporte aussi un onduleur 24/220V sur un pack batterie de 600Ah et 500W de panneaux solaires. Dans les période de disette en eau, quand la turbine est HS, on devient solaire. Tout est basse conso dans la maison.

Quand la turbine tourne, même faiblement, l'onduleur-chargeur maintien les batterie en charge et permet un usage normal des commodité de la maison en assurant les consommations de crête qui dépassent ce que fournit la turbine (genre frigo qui démarre, machine à laver, etc.).

Pour la régulation, c'est du fait maison. Une première génération, en production depuis 10 ans, est entièrement en électronique analogique. C'est un gradateur par commutation de phase, qui intègre la valeur de commande sur la fréquence du 230v. Il y a encore un de ces gradateur en service près de la turbine. Il ne sert qu'en sécurité, en dissipant la puissance excédentaire dans des résistances (récup' chauffe-eau, m.à.l) dans l'eau sortie de turbine.
Un second régulateur dans la maison, ballaste dans les chauffages domestique (chauffe eau, radiateurs, etc.). Ce second régulateur était à l'origine du même type. Il vient d'être remplacé par un nouveau, maison aussi, mais programmé sur un micro (Raspberry Pi) qui pilote un gradateur industriel Celduc de 40A. L'avantage de cette nouvelle version, outre un régulation plus fine, rapide et stable dans le temps est de piloter aussi la commutation de 3 circuits de chauffage, afin d'adapter automatiquement la charge ballast à la puissance disponible (et à nos choix de chauffage). La commutation se fait via des relais statique de puissance (triac), de marque Celduc aussi. Tout ça tient dans 2 petites boites à biscuit recyclées (absolument pas compatible avec une quelconque norme).

[dB-)]

rendement quand on est obligé de faire travailler la turbine sur des petits débits

A mon avis, quand on fait travailler une petite turbine (que ce soit une hélice, Turgo, Pelton, Francis, crossflow) à faible charge pour sortir quelques dizaines ou centaines de Watts, ce qui devient prépondérant est plutôt :

- la conception de l'ensemble : privilégier un entraînement direct, pas de courroie ni multiplicateur à engrenages
- le générateur : utiliser un PMG, qui n'a pas besoin d'excitation
- et la construction : limiter les pertes par frottement dans les presse-étoupes

J'ai un potentiel de 6 kW environ et n'en produit qu'un peu plus de la moitié

Avec des turbines assez importantes (tout en restant en petite hydro !), par exemple une Kaplan ou une Francis de 250 kW, on peut espérer atteindre un rendement de l'eau à l'électricité de l'ordre de 0.8, mais plus on descend en puissance, et plus le rendement baisse ! Avec des machines de quelques kW, on peut être content si on atteint un rendement de 0.6 !

Toujours à mon avis, les machines qui ont le meilleur rendement en très petite puissance sont les turbines à action (Pelton, Turgo) dont la roue est directement montée sur l'arbre d'un PMG : pas de pertes par frottement de l'eau dans une bâche, pas de distributeur, pas de joints ou presse-étoupes (souvent juste des chicanes sans contact, le seul frottement est celui de l'air autour de la roue et les deux roulements à billes du PMG), pas de transmission, pas d'aspirateur !

Pour votre installation, une solution serait peut être de conserver l'ancienne turbine pour les faibles débits, et d'ajouter une seconde turbine pour les débits plus importants

A tout hasard, je rappelle que je déstocke ici une petite crossflow

entièrement en électronique analogique

Ahhh les joies du fer à souder J'avais fait pas mal de bidouille aussi dans les années 90, voir par exemple ici.

Par contre autant on peut se faire plaisir et concevoir de A à Z sa propre régulation, autant je privilégie pour mes clients l'utilisation de solutions et composants industriels standards, et non une régulation "captive".

Exemple ci-dessous d'une petite régulation pour une turbine hélice sous bâche entrainant un PMG de 3 kW en direct, pour autoconsommation : tout est standard, alimentation, automate, gradateurs à découpage de phase à commande 0/10 V vers les ballasts, relais statiques vers l'utilisation, etc ....

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Pour mémoire, ci-dessous une ancienne régulation Hydrolec de Leroy Somer, avec 12 étages enclenchés par triacs en tout ou rien. Il doit m'en rester 2 exemplaires dans un coin !

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un gradateur industriel Celduc de 40A

En effet, Celduc propose toute une gamme de contacteurs statiques et gradateurs, et une recherche sur le forum donne ceci

Tout ça tient dans 2 petites boites à biscuit recyclées (absolument pas compatible avec une quelconque norme)

Si vous pouvez insérer quelques photos de la turbine et de la régulation, cela pourra probablement être utile à quelques lecteurs du forum.

Bonne journée

dB-)

[Max_B]

OK, je ferai des photos demain. Attendez vous à tousser. Pas du tout le look de votre tableau.C'est sûr que c'est complètement différent si on est un pro. On se doit d'utiliser du matos industriel remplaçable, au moins approximativement.
Par curiosité, au cas où, dans l'exemple ci-dessus, le signal 0-10v de commande du gradateur provient de quel appareil ? C'est l'automate qui le génère ? Dans ce cas quel est la base de la régulation, la fréquence ?
Edit: en suivant les liens de recherche Celduc, du post précédent, j'ai trouvé la réponse à cette question sur la régulation. Dans certains montage il y a un PID dans l'AP, dans d'autre non. Dans mon propre régul', le PID est indispensable pour stabiliser la fréquence à ±0.1Hz. Notre plaque à induction coupe si la fréquence sort trop des clous.

D'autre part, j'ai lu pas mal de théorie sur les crossflow, dont certains document sur le site dbh, mais j'ai encore du mal à trouver des éléments de comparaison sur la valeur du lambda. Sur les turbines plus anciennes il était faible, de 1 à 4 aubes.
Sur les JLA et d'autres turbines plus récentes on a opté pour de grand lambda maxi (80-140°). Hors ouverture maxi, on y divise le flux en deux jets distincts qui frappent le rotor sur des aubes différentes (ce qui complique l'évitement de l'axe). Le lambda effectif se réduit, somme des deux jets. Les dessins Ossberger font passer tout le flux du même côté de l'axe, les dessins JLA les montrent de chaque côté, et un commentaire précise que l'un des flux interfère avec l'axe et est donc moins performant. Les Ossberger et similaires divisent le rotor en secteur pour améliorer le rendement en dessous du débit nominal, ce qui signifie implicitement que réduire le flux en le divisant en 2 jets, radialement, est moins performant.

On a mentionné sur ce forum à plusieurs reprise les améliorations de Cink. Quelles était-elles ? Et quel est la forme de leur injecteur ? Divise-t-il aussi le flux en deux quand la vanne est dans un position intermédiaire ?

[ericnoharet]

Bonjour,

Comme Didier, je pense que les turbines à actions avec accouplement direct sont les plus appropriées pour votre site.

Pour exploiter les faibles débits, l'installation d'une petite turgo style "stream engine" serait pour moi un bon choix.

Et à coté, une "grosse" machine pour les "énormes" débits.

L'avantage d'avoir deux systèmes en cas de panne est un plus en site isolé.
Bien que vous ayez déjà le solaire.

Pour les débats sur les turbines banki, je pense que beaucoup de choses faites sont des tape à l’œil commerciaux.
La vénérable Banki est une turbine rustique "simple" à fabriquer, réparable relativement autonettoyante et c'est très important sur des sites "feuillus".
Son rendement n'est pas au top quelque soit les artifices d'admission.
Pour le fonctionnement sur une large plage de débits, l'admission avec deux "volets" 1/3 2/3 est un vrai plus.

C'est surtout la qualité du montage et des ajustements qui font la différence sur ces turbines.

Eric

[Max_B]

Comme j'ai été rappelé à l'ordre dans un autre fil, voici les photos de mon installation électrique dans des boites à biscuits.
Sur le tableau électrique le rang d'en haut sont les circuits domestiques normaux, le rang du milieu les circuits de ballast qui sont les chauffages dans la maison (et le cumulus). En bas c'est l'arrivée brute de la turbine et le départ vers l'onduleur/chargeur de batterie.

On voit dessous deux capteurs d'intensité qui permettent au calculateur dans la boite à biscuit de droite d'anticiper le réglage ballast avant même que la fréquence bouge.

Dans la boite du "calculateur" il y a un micro PI et de l'électronique d'interfaçage et d'affichage (les leds en haut).
Dans la boite jaune il y a le gradateur Celduc sur un radiateur et les 3 relais statiques, Celduc aussi, qui commande des circuits ballast-chauffage.

[dB-)]

Waouaaa !

Là, c'est du fait maison, pas de doute, félicitations pour l'idée et sa mise en pratique ! Ca me rappelle les montages que je faisais il y a quelques années (dont quelques uns sont sur mon ancienne page perso )

Par contre, coté câblage, je trouve que vous y êtes allé un peu fort Bon, d'accord, le courant se déplace aussi bien dans deux fils emmêlés que dans deux fils droits, et donc cela n'empêche pas le fonctionnement, mais ! pour ce qui est de la maintenance et de la sécurité, ouillouillouille ! (et vous n'avez même pas peur d'approcher la main )

Question refroidissement aussi, la résistance thermique du couvercle de la boite de biscuit doit bien être à 20°/W, donc pas vraiment optimale, mais il est vrai que ces modules ont un bon rendement et chauffent assez peu.

Vérifiez peut être aussi (si ce n'est déjà fait) que la régulation à l'aide du capteur d"intensité, très rapide, ne part pas en oscillation !

Bonne soirée

dB-)

[moulino51]

Même pas peur Max



Gé

[Math0u]

Bonjour,

Je suis en train d’acquérir avec un ami un moulin. Ce moulin possède une turbine ossberger déjà en place que nous souhaiterions remettre en état pour une production hydroélectrique. Ceci nous permettrait de nous installer à terme dans les bâtiments en copropriété et de produire au moins une partie de l’électricité que nous consommerons.
Jeunes diplômés, bricoleurs, nous souhaiterions remettre en état nous même le maximum d’organes dans le moulin. Ayant entendu qu’une turbine ossberger était facile relativement facile à entretenir, nous pensions rénover nous-même la turbine mais cette dernière n’ayant pas tournée depuis 9 ans et s’approchant bientôt de son 45ième anniversaire, nous considérons également de confier la rénovation de la turbine à une société spécialisée (ossberger? qui d’autre pourrait le faire?). Quel est votre avis là dessus?
Par ailleurs, le moulin n’était pas équipé pour une production hydroélectrique, c’était un moulin à farine, et la turbine est actuellement montée avec un volant d’inertie et d’une poulie pour la transmission par courroie. N’étant pas sûr de la fiabilité de ce type de transmission, nous aurions souhaité mettre en place un autre type de transmission. Nous explorons encore des alternatives et aurions apprécié avoir des retours d’expérience sur les différentes transmissions existantes. La turbine étant située en contrebas, la courroie renvoyaient l’énergie à un axe situé dans la pièce à l’étage supérieur. Nous ne pourrons pas faire autrement que placer l’alternateur à cet étage (un étage au dessus de la turbine donc).

D’autre part, nous faisons face à un bief de taille, il fait environ 2 km de long. Nous allons devoir équipé la vanne de régulation d’un système d’automatisme pour relâcher le débit réservé dans le lit normal de la rivière. Est-ce que quelqu’un a déjà fait face à ce type de problème et comment a-t-il réussi à déporter les commandes?


Voici les caractéristiques de la turbine :
Ossberger type HS 40
Puissance : 45.3 ch
Débit max : 530l/s
Vitesse : 265 tr/min
Année de construction : 1975
Hauteur de chute : 8.0 m

L’ancien propriétaire nous a dit que la chute était de 8.5m/9m… Nous avons donc pris 8m pour tous nos calculs. Cette différence peut-elle traduire des pertes de charge prises en compte lors de l'installation de la turbine?


D’avance, merci pour vos réponses, quelles soient complètes ou partielles, je suis sûr qu’elles nous aideront et nous permettront d’avancer.
En vous souhaitant à tous un bon Dimanche.

PS : Si je me suis trompé dans la rubrique dans laquelle je me devais de poster... Veuillez m'en excuser. Je la déplacerai dans la discussion adaptée.

Math0u

[dB-)]

Bonsoir,

Je suis en train d’acquérir avec un ami un moulin.

Félicitations, vous pourrez probablement être quasi autonome en énergie, et peut être même en vendre tout ou partie.

Ce moulin possède une turbine ossberger

Je ne suis pas fan des crossflow (lentes, bruyantes, peu performantes et implantées bas), mais il faut reconnaître qu'elles sont rustiques et solides (quoi que j'ai entendu parler d'une centrale qui change régulièrement les roues de ses crossflow ), et la marque que vous citez est reconnue

nous souhaiterions remettre en état nous même le maximum d’organes dans le moulin.

C'est tout à fait possible, ce n'est pas vraiment du bricolage mais en général de la grosse mécanique, avec des pièces lourdes et des ajustements assez précis.

nous pensions rénover nous-même la turbine mais cette dernière n’ayant pas tournée depuis 9 ans et s’approchant bientôt de son 45ième anniversaire, nous considérons également de confier la rénovation de la turbine à une société spécialisée (ossberger? qui d’autre pourrait le faire?)

9 ans d'arrêt ne sont pas un problème, mais il faut voir comment la turbine a été arrêtée (coupure d'eau, graissage, ...), de même 45 ans ne sont pas excessifs pour une turbine, la roue et l'arbre sont ici généralement en inox et les paliers peuvent être remplacés (par contre si la roue est en acier non inox, elle est probablement HS). Voir si le carter meccano soudé (plus rarement en fonte) n'est pas trop oxydé. Si vous ne trouvez personne pour rénover cette machine, contactez-nous ! (mais nous ne pourrons pas intervenir avant mi 2021).

la turbine est actuellement montée avec un volant d’inertie et d’une poulie pour la transmission par courroie.

Si vous souhaitez produire hors réseau, le volant d'inertie peut être intéressant, par contre si vous êtes connecté au réseau il n'est plus indispensable. Une transmission par courroie est souvent la solution la plus simple, elle est peu coûteuse et efficace, surtout avec les produits tels que des courroies poly-V.

La turbine étant située en contrebas

C'est le problème des crossflow, qui exploitent assez mal la hauteur de chute sous l'axe et qui sont donc implantées le plus bas possible.

Nous allons devoir équipé la vanne de régulation d’un système d’automatisme pour relâcher le débit réservé dans le lit normal de la rivière.

Voir avant tout s'il n'est pas possible de réaliser un dispositif statique pour assurer le DR en rivière, tel qu'une ouverture en bas de la vanne de décharge (si elle est proche du seuil), ou une fente, ou encore une encoche sur le haut, ou une encoche sur le seuil même, etc ... C'est la solution la plus simple et la plus fiable (mais demande un peu de surveillance et d'entretien).

S'il faut obligatoirement automatiser : votre canal est normalement en bon état, et le débit d'eau qui y entre par la vanne de prise d'eau est à peu près égal au débit qui en sort via la vanne ouvrière, et au débit qui passe par les turbines... En général, on se contente de réguler les turbines de sorte que le niveau d'eau dans la chambre d'eau ou sur les grilles soit à peu près constant. Mais sur un site où le canal d'amenée est assez long, et les voisins jaloux inoccupés et assez prompts à appeler le garde pêche s'il manque 1 mm d'eau sur le seuil, j'ai inclus dans la régulation de la turbine une fonction qui, à partir de la puissance de la turbine, estime le débit d'eau absorbé, et donc les pertes de charge dans le canal d'amenée (de géométrie connue). Elle ajoute cette perte de charge à la hauteur d'eau dans la chambre d'eau, et obtient la hauteur d'eau sur le seuil : c'est cette hauteur virtuelle sur le seuil qui est utilisée pour réguler la turbine ... Ça fonctionne plutôt bien, avec évidement une intégration pour effacer les variations de hauteur dues aux cycle du dégrilleur.

D'après les caractéristiques de votre turbine, elle aurait un rendement d'environ 80%, une roue d'environ 55 cm de diamètre * 150 cm de large, avec un injecteur d'environ 16 cm d'ouverture * 100 cm de large.

Bonne soirée

dB-)