Bonjour,
il y a deux choses différentes, le bon remplissage de la conduite d'une part (chambre de mise en charge ci-dessus, placée au départ de la conduite) et la protection contre les coups de bélier d'autre part.
Pour cette protection, plusieurs points interviennent :
- la chambre de mise en charge, qui maintient la conduite en pression
- parfois on place une cheminée d'équilibrage à la base de la conduite (son sommet à l'air libre est à la hauteur du niveau amont !)
- ou une soupape de décharge tarée pour un débit donné à une pression donnée
- on calcule les temps d'ouverture et fermeture des vannes et du distributeur en fonction de la conduite pour limiter les coups de bélier
- la surpression lors des coupures réseau (emballement de la turbine et variation rapide du débit) se calcule et peut nécessiter un volant d'inertie
Pour turbiner 600 l/s sous 26 m net ça ne passe pas en Kaplan DR (on tend vers une roue qui a tellement de pales qu'elle ressemble à une Francis et on peut difficilement loger dans le moyeu le mécanisme d'orientation des pales) mais vous pouvez utiliser :
- une Francis horizontale sous bâche, par exemple 136 kW à l'arbre avec une roue de 400 à 750 tr/min (entraînement direct)
Turbine Francis horizontale 170 kW.JPG
- idem en implantation verticale
Turbine Francis verticale 250 kW.JPG
- une crossflow, par exemple 123 kW à l'arbre avec une roue de 700 à 600 tr/min (entraînement direct)
je trouve qu'une turbine Francis présente ici plusieurs avantages sur une machine crossflow :
- une crossflow en entraînement direct sera en deux parties : la turbine même, dont le châssis est scellé dans le béton, et la génératrice, montée sur un second châssis (éventuellement le même), l'entraînement se faisant via un accouplement par exemple du type à plateaux et plots élastiques, pièce qui peut s'user si l'alignement n'est pas optimal, alors qu'une turbine Francis sous bâche de cette taille (qu'elle soit en variante verticale ou horizontale) sera livrée en un seul bloc, monté et aligné en usine : avec ses anneaux de levage elle est simplement déchargée d'un camion et mise en place par une entreprise de maçonnerie, de plus elle n'aura aucun accouplement car la roue Francis inox est montée directement sur l'arbre de la génératrice, calculé et usiné pour cela, c'est plus simple et sans usure.
- sur une crossflow l'arbre est monté entre deux paliers qui doivent être protégés de l'eau par des joints de type presse étoupe ou garniture, qui vont s'user et demander à terme de la maintenance, les Francis que je propose sont équipées d'un seul joint du type dynamique, à chicanes bronze et inox, et sans aucun contact, donc sans usure : un faible passage d'eau est autorisé puis évacué via une conduite mise en dépression par l'aspirateur.
- à débit et chute identiques, une machine crossflow est plus lente qu'une Francis, elle demande donc soit un multiplicateur, soit un générateur plus lent et coûteux que celui de la Francis, ici par exemple 600 tr/min au lieu de 750 tr/min.
- au niveau régulation la turbine crossflow comporte deux tranches souvent 1/3 et 2/3, avec chacune un distributeur commandé par vérin hydraulique, normalement, pour exploiter les débits des plus faibles aux plus forts, on démarre avec la 1ère tranche en l'ouvrant progressivement, quand elle est complètement ouverte on passe à la deuxième tranche en refermant la première, puis quand la 2ème est ouverte à fond on ré-ouvre la première ... D'où une certaine complexité de régulation (faible j'en conviens), et la forme ondulée de la courbe de rendement. Avec la turbine Francis, c'est plus simple et homogène, on ouvre progressivement l'unique anneau de vannage, de 0 à 100 % de puissance.
- le rendement à faible débit d'une crossflow est certes meilleur que celui d'une Francis, par contre à mi puissance ou à pleine puissance la Francis l'emporte (de l'ordre de 91 % pour une Francis et 81 % pour une crossflow), et c'est justement aux débits (et revenus) importants qu'il vaut mieux avoir un rendement élevé
- un autre problème d'une machine crossflow est que la hauteur d'eau comprise entre l'axe de la roue et le niveau de rejet est mal exploitée : l'eau débouche dans un conduit rectangulaire, qui doit être maintenu à une dépression précise et constante, si la dépression est trop forte, la roue de la turbine se noie et le rendement s'écroule, et si la dépression est trop faible, il y a un important vide d'air sous la roue qui constitue une perte de hauteur de chute. Pour cette raison, on implante en général les crossflow le plus bas possible (mais il faut veiller aux remontées du niveau aval), et sur certaines turbines la dépression optimale est maintenue par une soupape d'admission d'air tarée, sujette à déréglage. Sur beaucoup de petites crossflow il n'y a tout simplement pas de soupape, c'est plus simple, mais dans ce cas la hauteur d'évacuation n'est pas gérée. Avec une turbine Francis, l'eau qui quitte la roue est évacuée via un aspirateur étanche qui récupère l'énergie cinétique et potentielle résiduelle de l'eau, la hauteur de chute entre la roue et le niveau de rejet est intégralement exploitée, ce qu'il faut bien prendre en considération dans l'étude des rendements : sur votre chute nette de 26 m, l'intégralité sera utilisée par une Francis, mais il est possible que 1 ou 2 m soient perdus ou mal gérés avec une crossflow
PS : je vous envoie par courriel une proposition commerciale
Bon W.E.
dB-)
