Forum de la petite hydroélectricité

Voilà je souhaitais ouvrir ce post pour parler du rôle de l'aspirateur associé à une turbine de type Banki ou Mitchell ou encore Ossberger.

J'ai longtemps cru avant de m'intéresser à cette turbine et l'avoir vu fonctionner que cet aspirateur permettait de récupère l'énergie cinétique comme sur une turbine à réaction de type Francis ou Kaplan.
Or la turbine Banki est une turbine à action comme une Pelton et doit IMPERATIVEMENT être dénoyée pour fonctionner.

Cet aspect dénoyé ne pose en général pas de problème pour une turbine Pelton qui est installée sur des chutes > à 50 m et placée au moins 1m50 au dessus du niveau aval, on perd donc 1m50 soit 3% de la chute si la chute est de 50 m et moins de 1% si chute > 200 m.

Or une turbine Banki s'installe aussi bien sous 60 m de chute que sous 3 m => mais perdre 1m50 soit 50 % de la chute est assez inconcevable, donc certains constructeurs ont imaginé un aspirateur non pas pour récupérer de l'énergie cinétique et la transformer en énergie mécanique comme sur une Kaplan, mais pour en fait créer une dépression que l'on va contrôler avec une soupape, ce qui va créer une poche d'air artificielle juste sous le rotor et permettre son fonctionnement même presque au ras de l'eau du canal de sortie.
On exploite ainsi "quasiment" toute la chute, mais pour moi en aucun cas on ne peut parler d'aspirateur car on ne récupère pas l'énergie cinétique on s'en sert (donc on la perd) pour permettre l'installation de ce type de turbine sous de faibles chutes.

Cordialement
TG

Aspirateur ou pas aspirateur le tuyau d'échappement des turbines de type BANKI donne de la puissance et , c'est bien cela que l'on recherche.

Pour ma part il évite d'en perdre ce qui est différent ! Mais je le répète je connais assez mal cette machine et souhaiterai l'avis d'expert et en particulier sur le plan théorique parce que j'aime bien tout comprendre. Cela permet par la suite de mieux cerner les problèmes quand ils surviennent sur un site.

Parce qu'au final je suis d'accord avec HGT l'important c'est que ça marche ! Et je connais d'ailleurs nombres de turbiniers qui ne sont jamais posé de question sur le mode fonctionnement de leur machine et ne s'en sont pas plus mal porté !

TG

Bonsoir,

j'ai une étude théorique (en anglais) sur les Banki : je vais voir si je peux la scanner (problème de droit et de temps).

En fait vous répondez-vous même à la question que vous posez.

- Le rotor de la Banki ne doit pas être noyé (la présence d'air dans le rotor permet au jet d'eau d'éviter l'axe de la roue)
- on peut imaginer de le placer au ras de l'eau, mais la transmission est alors exposée
- pour éviter cela on remonte le rotor d'un bon mètre
- si on ne fait rien d'autre on perd 1 m de chute
- alors on cartérise la sortie : on forme ainsi une colonne étanche comprenant la turbine
- pour que le rotor tourne (en partie) dans l'air, on ménage une entrée d'air juste sous le rotor
- la pression (ou plutôt dépression) de l'air est maintenue telle que la colonne d'eau n'atteint pas le rotor, mais arrive à ras
- ceci se fait par une soupape d'admission d'air tarée
- l'écoulement en sortie de turbine est tourmenté, il est difficile de récupérer cette énergie
- rien n'empêcherait d'évaser l'aspirateur en sortie, mais il n'y a pas de tels exemples sur le bouquin.

On peut bien parler d'aspirateur, puisque il y a création d'une dépression, contrôlée.

De toutes façons, quoi que l'on fasse (trompes, injecteurs, roue, hélice, vis, aspirateur, booster (*), etc) la puissance ne peut pas dépasser le produit Q*h*g

(*) ce que j'appelle booster est un autre artifice intéressant, utilisé plutôt avec les turbines hélice ou Francis, et qui consiste à séparer le débit turbinable en deux parties, l'une passe dans la turbine, et l'autre passe à coté ! Après la turbine, les deux débits se rejoignent dans une sorte de venturi, dans lequel le débit non turbiné crée une dépression en sortie de turbine. Ce qu'on perd en débit au niveau de la turbine, on le gagne en différence de pression (hauteur de chute). Cette technique permet d'installer par exemple une turbine 100 l/s pour 4 m sur une chute de 2 m et 200 l/s (valeurs à vérifier, mais le principe est là). Donc une turbine moins coûteuse, au prix d'un génie civil plus important.
dB-)

Origine Ossberger:

Tuyau d'aspiration
La turbine OSSBERGER est une turbine à jet libre. Toutefois pour les petites et moyennes hauteurs de chute un tuyau d'aspiration est indispensable. Ceci concilie deux impératifs: protection de l'installation contre les inondations et utilisation sans perte de toute la hauteur de chute.

Il faut pouvoir contrôler la hauteur de la colonne d'eau dans le tuyau d'aspiration d'une turbine à jet libre possédant un grand régime d'utilisation. On utilise pour ce faire une soupape d'aération réglable agissant sur le vide existant dans la carcasse de la turbine. Ce dispositif permet aux turbines OSSBERGER à aspiration de fonctionner de manière optimale avec des chutes d'eau jusqu'à 2 mètre de hauteur.


Je comprends assez bien l'aspect protection contre les inondations mais J'ai quand même du mal à imaginer qu'une colonne d'air puisse permettre de récupérer de la hauteur de chute !

Bonjour,

je ne pense pas qu'il y ait d'intox, juste peut être un peu d'exagération pour un fonctionnement en basse chute (?) ... et ce n'est pas une colonne d'air, mais bien une colonne d'eau.

Si on imagine un ensemble parfaitement étanche (joints au niveau de l'arbre du rotor et de la commande de distributeur), en fonctionnement l'ensemble conduite d'arrivée / turbine / conduite d'évacuation serait rempli d'eau : la turbine tournerait mal, car noyée.

On autorise alors une petite arrivée d'air en sortie de la turbine, contrôlée par une soupape d'admission délivrant de l'air à pression constante et réglable : une poche d'air va se créer à la surface de la colonne d'évacuation.

Cette poche d'air permet un bon fonctionnement de la turbine, notamment à l'intérieur du rotor. Il faut que le jet d'eau qui a percuté une première fois le rotor, puisse traverser sans obstacle l'intérieur du rotor, pour aller ensuite percuter directement une deuxième fois le rotor. En l'absence d'air, le rotor serait complètement rempli d'eau, et l'eau percuterait l'axe du rotor, provoquant d'importants tourbillons en interne.

Si par exemple on autorise une pression (dépression) d'admission de 0.1 bar, cela est équivalent à une colonne d'eau de 1 m (hauteur h sur le schéma ci-dessous).
L'air est à renouveler en permanence, car en fonctionnement, il se produit à la sortie de la turbine une émulsion, qui entraine l'air vers la sortie sous forme de très petites bulles : d'où nécessité de cette soupape d'admission.

Globalement, on a quand même bien réussi à concilier le fonctionnement à l'air du rotor, et la dépression en sortie.

D'après le livre en question, le réglage et la fiabilité de cette soupape d'admission d'air seraient le point faible (?) de ce système en basse chute : réglage de la soupape avec trop de dépression = l'air ne rentre pas = turbine noyée et écroulement brutal du rendement, avec instabilité et vibrations. Réglage avec manque de dépression = fonctionnement stable mais faible colonne d'eau = perte de hauteur de chute ...

Questions à HGT :

• - sous quelle hauteur travaille votre turbine crossflow ?
  - connaissez-vous des utilisateurs de crossflow sous 2 m de chute ou moins ?
  - si oui le bilan et le rendement sont-ils bons ?
  - la soupape pose-t-elle des problèmes de réglage et maintenance ?

Cordialement

dB-)

dB-) a écrit :
(*) ce que j'appelle booster est un autre artifice intéressant, utilisé plutôt avec les turbines hélice ou Kaplan, et qui consiste à séparer le débit turbinable en deux parties, l'une passe dans la turbine, et l'autre passe à coté ! Après la turbine, les deux débits se rejoignent dans une sorte de venturi, dans lequel le débit non turbiné crée une dépression en sortie de turbine. Ce qu'on perd en débit au niveau de la turbine, on le gagne en différence de pression (hauteur de chute). Cette technique permet d'installer par exemple une turbine 100 l/s pour 4 m sur une chute de 2 m et 200 l/s (valeurs à vérifier, mais le principe est là). Donc une turbine moins coûteuse, au prix d'un génie civil plus important.
dB-)

J'ai déjà vu des vielles études sur ce sujet (dont pas mal sur le site http://www.frenchriverland.com je crois :roll: ... ).
Je me suis souvent posé la question de savoir s'il on avais la une réelle amélioration de la puissance développée, je n'ai pas encore vu de site de ce type en production. Est-il possible d'utiliser un dispositif de ce type pour turbiner sur des chutes dites "trop faible pour êter rentable" ?

Bonjour,

oui en effet, le site de Frenchriverland contient toute une compilation d'articles sur les "augmenteurs" de chute ici : http://www.frenchriverland.com/fall_inc ... y_ford.htm

Comme pour tout système, quel que soit l'artifice utilisé, on ne peut en aucun cas dépasser la puissance potentielle Q * h * g d'une chute d'eau, mais ce système permet d'utiliser sur un site basse chute une turbine plus simple, plus petite, et tournant plus vite, donc moins couteuse.

Il est question dans les documents de plusieurs sites, dont la "Ferme Henri Ford" (personne qui avait quand même quelques notions techniques, sociales et économiques ...), qui comportait aussi un laboratoire, avec 2 turbines de 85 CV chacune (donc 2 fois 62 kW) sous 8 pieds (2.4 mètres) de chute, et tournant à 110 tr/min, sur un site avec de fortes variations de chute et débit.

Les fondations et canaux souterrains étaient moulés en béton armé de plus d'un mètre d'épaisseur, le bâtiment avait trois étages, en bas les deux turbines, au milieu les mécanismes de commande, au dessus les dynamos et la régulation.

La vitesse de rotation de 110 tr/min était maintenue constante, pour une chute variant de 0.3 m à 2.4 m !!! Gros avantage de ce système, permettant de turbiner efficacement même les crues avec un effacement de la chute.

Les turbines type Francis à axe vertical sont dans des chambres d'eau moulées en béton, de forme spirale, elles sont initialement dimensionnées pour 62 kW à 110 tr/min sous 2.4 m de chute. Elles ont un distributeur réglable. L'une tourne à gauche, l'autre tourne à droite (probablement pour faire des essais pour voir si les forces de Coriolis sont significatives), les deux sont suspendues au niveau des dynamos, et les paliers inférieurs sont en bronze.

Trois vannes permettent de contrôler l'admission d'eau des turbines, et l'admission des accélérateurs. Ces accélérateurs permettent de créer une dépression à la sortie des turbines, et d'augmenter ainsi la hauteur de chute que "voit" une turbine. En cas de crue, l'énergie des masses d'eau qui passent sous faible chute et qui est d'habitude perdue est ici transformée en dépression, ce qui fait que la turbine à "l'impression" de travailler à ses conditions nominales.

Dans le livre, l'effet de cet accélérateur est assimilé à l'effet d'un condenseur sur une machine à vapeur : refroidissement de la vapeur, condensation, donc diminution de volume et création d'une dépression en sortie, qui augmente la puissance du moteur.
Echelle verticale à droite : la puissance électrique produite en kW
Horizontalement : l'ouverture du distributeur de la turbine

Les mesures sont réalisées à une vitesse constante de 110 tr/min, et l'énergie est absorbée par un rhéostat refroidi par eau.

- série 1 : accélérateur fermé, 2.47 m de chute
- série 2 : ouverture de 20% de l'accélérateur, la chute baisse à 2.41 m, la puissance augmente
- série 3 : ouverture de 40% de l'accélérateur, la chute baisse à 2.34 m, la puissance augmente
- série 4 : ouverture de 60% de l'accélérateur, la chute baisse à 2.22 m, la puissance augmente malgré l'aspiration d'un peu d'air
- série 5 : ouverture de 80% de l'accélérateur, la chute baisse à 2.08 m, la puissance augmente toujours malgré l'aspiration de beaucoup d'air

D'après les essais effectués, il serait possible de booster la hauteur de chute de 100 à 500 %, et donc (à l'extrême) d'utiliser par exemple une turbine pour chute de 5m et débit de 100 l/s sur une chute de 1 m et débit 500 l/s. La limite du système est la pression atmosphérique : impossibilité de simuler des chutes supérieures à 10 m.

Il est indiqué aussi dans ce livre que des expériences semblables avaient été effectuées entre autres en 1905 en Suisse, par M. Saugey, directeur de l'usine hydroélectrique de Chevre à Genève.

Moralité : ce système de venturi permet d'augmenter et stabiliser la hauteur de chute apparente de la turbine, et de faire fonctionner une turbine normalement peu flexible (Francis, hélice) sous une hauteur de chute faible et variable. Je pense qu'il a beaucoup moins d'intérêt avec une Kaplan qui s'adapte déjà seule à ces variations.

On dépense plus en génie civil, et moins en turbine : si vous avez une bonne bétonnière, un dos robuste, des étais, cadres, moules en contreplaqué, etc etc, ce système peut être très intéressant pour équiper une basse chute avec une hélice ou une Francis !

dB-)

pour moi, même s'il existe une colonne d'un mètre surmontée par une poche d'air cette colonne ne sert qu'à maintenir le volume de cette poche d'air permettant le bon fonctionnement du rotor, mais ne peut pas être comptabilisé dans La hauteur de chute utilisée .
On peut simplement dire que plutôt que de perdre l'énergie cinétique résiduelle en sortie de turbine on s'en sert pour créer une poche d'air permettant le fonctionnement optimal de la turbine, mais cela n'ameliore pas la récupération d'énergie , cela évite d'en perdre ce qui est différent .

Je précise que je n'ai contre ce type de turbine, c'est seulement que cela me dérange de lire ou d'entendre des contre vérités physiques.

En revanche je reconnais que l'aspect booster est séduisant , c'est celui que j'utilisais quand je faisait des pots de détente pour mes motos de compétition .

TG

Bonjour
Je suis bien content car je pense avoir enfin compris le fonctionnement de l'aspirateur de la banki ( merci Didier ). Toutes ces histoires de soupape, colonne d'eau, poche d'air me laissaient perplexe.
Si je prend l'exemple d'une très basse chute de 2 m et que je place le bas de la roue à 1 m, je perds 1 m de chute.
Sans aspirateur, la vitesse d'entrée d'eau sera donc de 4.4 m/s au lieu de 6.25 m/s si je l'avais placée à ras de l'eau. La colonne d'eau générée par l'aspirateur va créer une dépression dans la roue et "aspirer " l'eau à l'entrée de la roue, l'accélérant et recréant artificiellement la hauteur de chute perdue.
Mes notions de physique sont un peu légères !!!
Ca m'interesse d'autant plus que la turbine banki que j'ai fabriquée avec l'aide du logiciel de l'excellent site " HYDROROUES " et que j'ai eu beaucoup de plaisir dessiner et construire, est montée à 15 cm au dessus du niveau aval.
Et là, j'ai moins rigolé quand les premières crues sont arrivées
Dés que le niveau montait de plus de 50 cm, branle bas de combat : arrêt d'urgence, paliers dans l'eau et pour la remise en route, séchage , nettoyage et tout le bastringue.
Durée de vie des paliers écourtée etc,etc...
Mais bon , elle tourne depuis 2006 et me fait économiser 3000 l de mazout par an. Je ne pouvais pas la cartériser et mettre un aspirateur, car là on sort du domaine du bricolage et c'était largement au delà de mes modestes compétences :?
Cordialement
Gilles21