Forum de la petite hydroélectricité

A mon tour une question concernant l'aspirateur : y a-t-il des dimensions à respecter pour la ''cuve'' de réception afin, qu'à sa sortie, l'eau s'écoule librement ? En ce qui me concerne (Francis 290 l/s sur 5 m de chute, diamètre de sortie de l'aspirateur 65 cm), j'ai ceci : profondeur sous l'aspirateur 60 cm, dégagement sur les côtés 130 cm x 130 cm, pente ascendante ensuite sur 150 cm pour rejoindre le lit du canal de fuite.
En images : Les marques sur l'aspirateur : la plus fraîche correspond au niveau d'eau du canal de fuite, la turbine à l'arrêt. Celle plus ancienne, à un passage minimal (30 l/s ?) quand elle tourne à vide, l'alternateur n'étant pas encore en place.

Bonjour meilavern

Dans votre cas, il n'y a pas de soucis à se faire, compte tenu du faible débit (290 l/s).
Il n'y a pas, semble t-il, de risque de désamorçage en fonctionnement normal.
On admet que l'aspirateur doit plonger dans le canal de fuite de 20 à 30 cm.
Mais j'ai vu moins, sans problème, en fonctionnement normal.
Une sortie "en trompette" peut améliorer légèrement le rendement de l'aspirateur.
La "cuve" de réception est de dimensions suffisantes, il me semble que c'est de la roche, alors si vous voulez la modifier. . .
Néanmoins, profiter qu'il n'y a pas d'eau pour nettoyer la canal de fuite pour faciliter l'écoulement.
Si vous gagnez 10 cm sur 5 m, cela peut faire un gain de production de 2%, soit 1600 KWh si vous fonctionnez toute l'année au débit maximum.
Soit une valorisation, si vente, de 130 €/an.

Détermination d'un aspirateur pour une turbine Francis

On reprend les calculs précédent, mais cette fois pour une turbine Francis.
Même diamètre de sortie de roue, même hauteur de chute.

Par exemple : Francis : ns = 250

Hauteur de chute brute : 5 m - Puissance : 21 KW - Débit absorbée par la turbine : 0,527 m3/s - Rendement : 82 % - Vitesse de rotation : 348 t/mn
Diamètre de la roue : 0,50 m - d'où surface à la sortie de la roue : 0,20 m2

Vitesse de l'eau à la sortie de la roue : 1,078 m3/s / 0,20 m2 = 2,68 m/s d'où perte provisoire à la sortie de roue : 2,68^2 / 19.62 = 0,27 m soit 7 % de la chute brute.

Pour récupérer cette perte provisoire à la sortie, il faut adapter un aspirateur à la sortie de la roue.

Tolérons une perte à la sortie de l'aspirateur de 1,5 % de la chute brute, soit 0,075 m

La vitesse de l'eau à la sortie de l'aspirateur sera : (19,62 x 0,075)^.5 = 1,21 m/s. D'où section de sortie de l'aspirateur : 0,527 m3/s / 1,21 m/s = 0,43 m2 et un diamètre de sortie de l'aspirateur de ± 0,74 m.

On va choisir l'angle au sommet de l'aspirateur le plus favorable : 8°, celui qui permet d'obtenir le meilleur rendement de celui-ci.
Longueur de l'aspirateur = ((0,74 m - 0,50 m) /2) / tan(8°/2) = 1,72 m. = 0,12 / 0,07 = 1,72

L'aspirateur optimum devra donc avoir une longueur de 1,72 m soit ± 3,5 fois le diamètre de la roue - quelque soit la chute brute, pour une turbine ayant ce ns.

Mais ces dimensions n'ont rien d'absolu, elle peuvent varier suivant l'angle d'ouverture de l'aspirateur, de la place disponible et de la présence éventuelle d'un coude.

Il convient de retenir que la longueur de cet aspirateur ou le rapport (longueur aspirateur /Ø roue) va diminuer, de même que le rapport (section de sortie /section à la sortie de la roue) si la vitesse spécifique diminue.

Par exemple, pour une turbine ayant un ns de 100, la perte provisoire à la sortie de roue n'est plus que de 2,2 % de la chute - pratiquement négligeable.
Mais cette turbine n'a plus qu'une puissance de 12 KW à 189 t/mn, à comparer avec la Kaplan de même diamètre (46 KW à 756 t/mn) sous la même chute.

Ces calculs sont très faciles et très rapides à faire avec un tableur (Excel), les seules données à entrer sont : Ø de sortie de roue (+ Ø moyeu pour Kaplan) ; chute brute ; vitesse de rotation ; éventuellement rendement ou puissance de la turbine.

Bonsoir,
Merci pour ces réponses claires et précises. Une précision: à quoi correspond le coefficient de 19,62 dans la formule permettant de calculer le % de perte de chute brute.
Dans le cas d'un aspirateur coudé, la longueur calculée est elle bien la longueur axiale?
Les aspirateurs subissent ils de grosses containtes? et donc quelle epaisseur de tole peux t'on utiliser?
Merci d'avance pour de nouvelles réponses

Bonsoir,

PERRET confirmera (ou infirmera si je me vautre dans la réponse ) 19.6 = 2*g ou 9=9.81m/s² (accélération de la pesanteur), c'est la composante de l'équation de Bernoullis qui définit l’énergie cinétique d'un flux je crois...

Juste une remarque sur les aspirateurs et autres divergents, dans le cas d'un coude (car on n'est pas toujours confronté au cas idéal ou l'on peut utiliser un cône droit parfait) il faut interrompre la divergence le temps du coude pour éviter un décollement de flux sur la partie intérieur du coude (pas très clair, faudrait un schéma...)

19.62 = 2g (2 x9.81)

car V² = 2g x h => vitesse = racine de 2gH

PERRET a écrit :Détermination d'un aspirateur pour une turbine Francis
Par exemple, pour une turbine ayant un ns de 100, la perte provisoire à la sortie de roue n'est plus que de 2,2 % de la chute - pratiquement négligeable.
Mais cette turbine n'a plus qu'une puissance de 12 KW à 189 t/mn, à comparer avec la Kaplan de même diamètre (46 KW à 756 t/mn) sous la même chute.

Bonsoir,

A mon tour de ne pas piger....

Je ne me souviens pas d'avoir jamais vu de relation qui lie vitesse spécifique et puissance ou rendement ?
A moins que tu te place dans un cas ou à ns differents la section de sortie est la même ?

sg_hydro_yasl a écrit :

PERRET a écrit :Détermination d'un aspirateur pour une turbine Francis
Par exemple, pour une turbine ayant un ns de 100, la perte provisoire à la sortie de roue n'est plus que de 2,2 % de la chute - pratiquement négligeable.
Mais cette turbine n'a plus qu'une puissance de 12 KW à 189 t/mn, à comparer avec la Kaplan de même diamètre (46 KW à 756 t/mn) sous la même chute.

Bonsoir,

A mon tour de ne pas piger....

Je ne me souviens pas d'avoir jamais vu de relation qui lie vitesse spécifique et puissance ou rendement ?
A moins que tu te place dans un cas ou à ns differents la section de sortie est la même ?

OK je sors ... , j'avais lu entre les lignes.. tous était dit....enfin ecrit...

A sg_hydro_yasl

Au sujet du diffuseur ou de l'aspirateur.

Pour une comparaison valable, les 3 turbines de ns 800 ; 250 et 100 travaillent sous la même chute nette et ont le même diamètre de roue.

A norie

Les longueurs axiales des aspirateurs qui ont été calculées pour les différentes turbines n'ont qu'une valeur indicative, elles sont optimisées pour un diffuseur droit de forme tronconique, d'angle au sommet, dans les trois cas de 8°. Il faut savoir que l'angle au sommet entrainant le moins de pertes est de l'ordre de 7 à 10°, on retient 10° comme étant l'angle maximum à ne pas dépasser.
De même, l'énergie cinétique résiduelle à la sortie, retenue dans ces calculs est de 1,5 % de la chute nette, mais est choisie pour les grosses turbines entre 0,5 et 1% .
Donc la longueur de l'aspirateur sera conditionné par la perte résiduelle à la sortie et par l'angle retenu, parfois aussi par la place disponible.

Et dans les calculs, pour simplifier, je n'ai pas introduit le rendement de l'aspirateur, qui va varier avec l'angle du tronc de cône, d'une sortie évasée ou pas, de la présence éventuelle d'un coude et de sa forme, de cloisons éventuelles, etc... Très difficile à quantifier.

Les contraintes que peut subir un aspirateur sont provoquées essentiellement lors d'une fermeture rapide des directrices. Il se produit alors une forte dépression, qui va créer des vaporisations, ensuite des chocs par le recollement des couches liquides. Peut être dangereux pour de grosses turbines : soulèvement de la roue.

Quant au choix de l'épaisseur de la tôle, il va dépendre essentiellement des dimensions de l'aspirateur et de la nature de celle-ci. Galvanisé : OK - Fer peint : va rouiller à terme, donc prévoir une sur-épaisseur - Inox parfait, épaisseur moindre à prévoir, pas de corrosion, mais à quel coût ?
Béton, Fonte, comme jadis pour les petites Francis : bien, à voir suivant les cas.