Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

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zeitoun
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Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par zeitoun »

Bonjour a tous.
J'au vu plus haut dans ce sujet une courbe qu'a poste Perret en 2018, que j'ai du mal a comprendre. je me demandais si quelqu'un pouvait eclairer ma lanterne...
Desole si ca n'est pas lié au post precedent :D
Il s'agit des collines de rendement d'une Kaplan DR. je le reposte pour memoire. Ca vient probablement du Vivier.
Image
Quand elle est utilisee en DR, je vois qu'il existe un couple angle des pales / ouverture des distributrice pour rester au rendement maxi pour une gamme assez large de débit, a la vitesse nominale de 130 t/min. On parcours une droite verticale (donc vitesse fixe) quand le debit baisse. Tout ca parrait assez logique.
Cependant, j'essaie de comprendre le comportement quand on a un Simple reglage, disons avec pales fixes.
Dans ce cas, on est bloque sur la courbe a alpha = 0. Et la, quand le debit baisse, meme si on ferme les distributrices, il est impossible de reste a la vitesse nominale. En outre, la gamme de debit couvert semble plutot etroite (2000 a 1100 l/sec environ), et le rendement n'est bon que dans une zone tres etroite de debit et vitesse.
Quelqu'un peut m'expliquer comment ca peut marcher ? En plus la vitesse varie de 220 a 80 t/min, donc on est pas du tout synchrone pour injecter, a moins d'avoir un variateur de vitesse electronique derriere.
Quelque chose doit m'echapper....
Merci d'avance pour me sortir du brouillard.
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dB-)
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Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par dB-) »

Bonsoir,

la miniature ci-dessus est inexploitable, ci-dessous la courbe d'origine :


Image


Ce réseau de courbes ne représente qu'une partie des régimes de fonctionnement d'une turbine, celle d'un fonctionnement optimal avec des angles d'entrée et sortie adaptés (régime presque laminaire, à l'exception de petites cavitations locales comme les extrados de bords d'attaque des pales), une chute constante et des rendements élevés (ici 70 à 89%), il montre en effet la souplesse de la Kaplan DR, qui peut turbiner efficacement une large plage de débits tout en restant à vitesse constante. Il existe d'autres types de représentations par colline de rendement, par exemple ci-dessous avec la hauteur de chute en abscisse.

20191231 172456.png
20191231 172605.png

Avec une turbine hélice (roue à pas fixe), à distributeur réglable, ou pire à distributeur fixe, il est impossible de garder un bon rendement lorsque le débit varie beaucoup, même en faisant varier la vitesse : on ne peut justement pas rester sur une courbe, on en sort, mais on entre alors dans un régime turbulent ... Finis le luxe, le calme et la volupté, place au bruit, aux vibrations, à la fureur, et aux faibles rendements... En pratique, difficile de bien turbiner à moins de 50-45% du débit nominal par exemple(*), d'où certaines configurations à deux turbines hélice 1/3 et 2/3.

Ci-dessous les courbes de la même turbine (1550 l/s @ 4.30 m @ 500 rpm) mais avec une roue hélice, seul le distributeur est réglable :

2021-02-28_093147.png
2021-02-28_093214.png

(*) si on veut implanter une turbine hélice, on peut jouer sur la vitesse spécifique (diamètre de roue et vitesse de rotation), ce qui permet d'optimiser le ratio "débit à rendement maximal / débit nominal", et la sensibilité aux variations de hauteur de chute, en descendant vers des vitesses plus faibles on arrive à "aplanir" légèrement cette courbe, ici très pointue.

dB-)
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zeitoun
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Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par zeitoun »

Merci dB.
Elles sont tres claires tes courbes :super:
Et pour le cas SR mais avec pales orientables et distributrices fixes ? Ca devrait etre un peu mieux que helice non (un peu plus plat) ?
Il est dispo ton logiciel, si je voulais "jouer" avec ?
Je me demandais si, avec l'existence de variateurs de vitesse pas trop chers de nos jours, on pouvait pas gagner en rendement a bas debit en changeant la vitesse, pour eviter la DR et sa complexite mecanique, donc le cout, et utiliser une SR a distributrices fixes. Je crois que certains font ca avec des vis d'archimedes, meme si on peut pas vraiment comparer puisque la vitesse de rotation est la seule variable d'ajustement d'une vis.
Zeitoun.
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dB-)
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Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par dB-) »

Bonjour,

le classement des turbines à Ns élevé, en allant de la courbe la plus pointue à la plus plate, est je pense le suivant :
  • pales et distributeur fixe
  • pales fixes et distributeur réglable
  • pales réglables et distributeur fixe
  • pales et distributeur réglables
Dans les 4 cas, une variation de vitesse peut apporter une légère amélioration, sans plus, tout ça a déjà été abordé dans le forum et j'ai déjà posté tous les types de courbes, il faut par exemple faire une recherche avec les mots clés "variation" et "vitesse"

eviter la DR et sa complexite mecanique ... utiliser une SR a distributrices fixes

Il faudrait savoir ! la Kaplan SR a la même roue qu'une Kaplan DR, donc elle est aussi "compliquée". En fait, la Kaplan DR est une machine simple, réaliser un moyeu avec des pales réglables au moyen d'une croix de Malte est à la portée de tout bon mécanicien (et il est possible de copier ce qui est fait maintenant depuis près d'un siècle), ce qui est délicat est le calcul de la géométrie de la roue et l'usinage des pales, que ce soit une hélice, une SR ou une DR. Le calcul se fait le plus souvent avec des logiciels propriétaires, l'usinage 5 axes s'est par contre largement démocratisé depuis quelques années.

Le cas des vis est différent, ce sont des machines volumétriques (et non à réaction), la variation de vitesse permet de maintenir un taux de remplissage constant malgré les variations de débit.

Bonne journée

dB-)
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Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par MHEC »

Bonjour à tous,
eviter la DR et sa complexite mecanique
Je confirme les propos de dB-) ci-dessus, la DR n'est pas une machine complexe à réalisée par rapport aux autres machines (VIS etc.). Son coût avec le GC ? Peut-être un peu plus cher que les autres machines mais pas sûr comme par exemple une 200 kW à puissance égale, il faudra très certainement 2 VIS pour concurrencer une seule DR !

Ce qui est sûr, il n'y a pas mieux que la DR au niveau de l'amortissement ET c'est ça que les investisseurs regardent en premier, le reste on s'en fout !!

PV ;-)
Microcentrale HydroElectrique de Chappes
Turbine Kaplan double réglage THEE : 10 m3/s / 2,80 m - 145 t/mn - Ø roue 1,80 m.
Génératrice: ABB de 220 kW, Multiplicateur: HANSEN, Production: 1 000 MWh/an.

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gege65
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Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par gege65 »

Bonsoir,
dans l'optique de me séparer de la KAPLAN DR de 870 actuellement installée avant de pouvoir installer celle de 560mm, on vient de me contacter pour savoir si elle conviendrait sur un autre site.
Voici qu'elle serait la future installation: chute 4.50m / roue 870mm / environ 2500l/s (mais aussi descente à 1000l/s mini) --> voici ce que je trouve:
- vitesse 375 tr/mn
- 2.7m3/s
- 105Kw à l'arbre de la turbine
Merci de confirmer si c'est correct svp

J'ai plus de mal pour l'aspirateur, je pense préconiser:
Pente 12°
Longueur 2.70m

Merci de vos avis.
Bonne soirée.
zeitoun
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Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par zeitoun »

ok, merci dB et MHEC pour vos reponses.
Je vais regarder sur le forum sur la variation de vitesse pour une Kaplan. Y'a tellement a lire !
cordialement zeitoun
gege65
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Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par gege65 »

gege65 a écrit : 20 févr. 2021, 22:48 Bonsoir,
OK je comprends mieux comment on sort l'hélice.
Y a t-il un intérêt à "rajouter" une jupe cylindrique sur le manteau qui reprendrait la forme basse de l'hélice?
Bonne soirée.
jupe du manteau Kaplan.JPG
Bonsoir,
quel est votre avis à ce sujet? Y a t-il un intérêt à réaliser la jupe en dessous de l'hélice, la partie en rouge? Avant d'avoir trop avancé et devoir redémonter :D
Merci. Bonne soirée à tous.
passage hélice Kaplan basse.JPG
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ericnoharet
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Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par ericnoharet »

Bonjour,

Toute la partie du "guidage" de l'eau en correspondance avec les pales est important.

L'eau qui passe autour de l'hélice n'est pas active sur l'hélice. D'où une perte de puissance.
Donc la partie "rouge" est aussi à faire. Selon votre roue, c'est un simple cylindre ou une sphère.

Eric
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Re: Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

Message par gege65 »

Bonjour,
merci pour ce retour. C'est bien ce que je pensais. Surtout que tout est démonté donc c'est maintenant ou jamais!
Je fais donc le nécessaire pour améliorer.
Bonne journée.
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