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CONNAISSANCES DE BASE TURBINES HYDRAULIQUES - GUNT
Les différents types de turbines ont différents domaines d’application • turbine Pelton: hauteur de chute très élevée de 130m à 2000m barrages réservoirs de haute montagne • turbine Francis: hauteur de chute moyenne 40m à 730m barrages centrales au fil de l’eau • turbine Kaplan: hauteur de chute faible de 5m à 80m
Comment choisir une turbine hydraulique?
La choix du type de turbine nécessaire à la conversion de l'énergie hydraulique en énergie mécanique repose sur la détermination de la vitesse spécifique de la turbine. La notion de vitesse spécifique résulte de l'étude des conditions de similitude des turbines hydrauliques.
Quels sont les objectifs de la conception d'une turbine hydraulique ?
La conception d'une turbine hydraulique tend à concilier trois objectifs primordiaux : la faisabilité, un rendement compétitif et des coûts maitrisés. Cet article a pour but de proposer une conception viable de turbine Pelton pour un site spécifique au Rwanda.
Comment calculer les caractéristiques de fonctionnement d’une turbine ?
Les caractéristiques de fonctionnement sont directement dépen- dantes d’un diamètre de référence mesuré sur la roue de la turbine. Modèle: diamètre de référence D m Exécution: diamètre de référence D Rapportdesdébits: Q Q m = n n m · D D m 3 Rapportdeschutes: H H m = n n m 2 · D D m 2
Quels sont les types de turbines hydroélectriques?
Presentation de la Sarl DBH : production d energie hydroelectrique Nous vendons et installons des turbines neuves de type hélice, semi Kaplan, Kaplan double réglage, crossflow, Pelton, Francis, Turgo La gamme couvre des puissances utiles allant de 100 W à 800 kW
Turbinage des eaux potables : Critères
de choix et dimensionnement deséquipements
Vincent DENIS
Ing. EPFL-SIA
Atelier de formation TURBEAU
14 janvier 2011
Puissance d'une machine hydraulique
Q = débit-masse [kg/s]
= masse volumique de l'eau [kg/m 3Q = débit-volume [m
3 /s] gH = énergie massique [J/kg] g = Accélération de la pesanteur [m/s 2H = "hauteur de chute nette" [m]
= rendement énergétique de la turbine [-] g H Q PEnergie hydraulique massique
21222121
zzgcc21ppȡ1gH gH = énergie massique [J/kg] = masse volumique de l'eau[kg/m 3 px = pression à la section de mesure[Pa] cx = vitesse de l'eau dans la section de mesure [m/s] g = Accélération de la pesanteur[m/s 2 zx = altitude de la section de mesure[m]Puissance électrique d'une installation
hydraulique (formule " simplifiée ») avec : P él = Puissance électrique [W] = masse volumique de l'eau [kg/m 3Q = débit-volume [m
3 /s] g = accélération de la pesanteur [m/s 2Z = dénivellation exploitable [m]
c = rendement de la conduite 90% [-] t = rendement de la turbine 89% h t94 % [-]
e = rendement de l'alternateur 92 % [-] tr = rendement du transformateur 97 % [-] tretcel ZgQPTurbines hydrauliques
• Turbine hydraulique = moteur convertissant l'énergie hydraulique massique de l'eau en énergie mécanique• Turbines à réaction : Turbines transformant l'énergie de pression et l'énergie cinétique en énergie mécanique. Sa roue est entièrement
immergée et son bâti doit être capable de supporter la pression de service.• Turbines à action : Turbines dans lesquelles toute l'énergie hydraulique massique est transformée en énergie cinétique avant
d'entrer en contact avec la roue. Celle-ci est entièrement dénoyée.Turbines à action
TurbinesPeltonZ:dès60m
Débits"faibles»
De1à6injecteurs
Grandeflexibilitérelativement
auxvariationsdedébitRendementélevé
Bonneprotectioncontreles
coupsdebéliersTurbines à action
TurbinesTurgoZ:de50à250m
Débits"moyens»
Grandeflexibilitérelativement
auxvariationsdedébitRendementmoyen
Bonneprotectioncontreles
coupsdebéliers aiguille jet d'eau aubes de roueTurbines à action
TurbinesàfluxtraversantZ:de5à200m
Débits"moyens»
Grandeflexibilitérelativement
auxvariationsdedébitRendementfaible
Fragilitémécanique
Utiliséeàtortpourlesbasses
chutes aubesécoulement d'eaudistributeur
roue 9Turbines à réaction
TurbinesFrancisZ:de25à350m
Débits"moyens»
Faibleflexibilitérelativement
auxvariationsdedébitRendementélevé
Roueàaubesfixes
Récupérationdel'énergie
cinétiquerestanteensortiede roueimportante 10Turbines à réaction
TurbinesdiagonalesZ:de25à100m
Débits"moyens»
Grandeflexibilitérelativement
auxvariationsdedébitRendementélevé
Roueàaubesmobiles
Récupérationdel'énergie
cinétiquerestanteensortiede roueimportanteTurbines à réaction
TurbinesKaplanethélicesZ:de2à40m
Débits"élevés»
Forteflexibilitérelativementaux
variationsdedébitetdechute (Kaplan)Rendementélevé
Roueàaubesmobiles(Kaplan)ou
fixes(hélice) restanteensortiederoue importanteTurbines pour applications particulières
• Pompe inversée pour débits fixes ou travail enéclusée.
• Exécution spéciale • Rendement médiocre < 82%• Pelton en contrepression • Rendement identique
à celui d'une Pelton
Problématique de la perte de charge dans
une conduite forcée singularitésdel'écoulement. lapuissancecinquièmedesondiamètre. judicieuxdudiamètre delaconduiteforcée. technicoͲéconomique. decharge.Le choix de la conduite, un élément
déterminantConduited'assainissementoud'adduction
Conduiteforcépourleturbinage
Ecoulementlibre=>pasdemiseen
Puissancemaximum,doncgrande
productionFonctionnementoptimaldelaturbine
(faiblevariationdepressionen fonctiondudébit,Coûtélevé,maisamortiparlegainde
production ouPetitdiamètre=grandepertedepression
Pressionqu'ilfautdetoutefaçon
détruireCoûtfaible
Perte d'énergie dues à l'incrustation de charges polluantes ou de calcaire sur les parois d'une conduite forcéeCaractéristiques de l'installation :
Débit maximum : Q = 0.280 m
3 /sDénivellation : 115 m
Longueur de la conduite : 860 m
Perte de charge calculée par la formule de ColebrookRendement énergétique de la conduite :
Défini par le rapport entre la pression statique et la pression à débit maximumPerte énergétique dans une conduite
forcée encrassée.Diamètre de la
conduiteIncrustationPerte de charge en mRendementénergétique de la
conduite312 mm 0 mm 22.7 0.803
312 mm 2 mm 44.2 0.616
380 mm 0 mm 8.5 0.926
380 mm 2 mm 15.5 0.865
Turbinage de l'eau potable:
Principe:
Valorisation de la pression
excédentaire du réseau d'adductionPrincipales précautions:
• Pas de dispositif de commande à huile • Acier inoxydable • Réservoir ou/et by pass pour assurer l'approvisionnement • Conduite de diamètre suffisant pour limiter la perte de chargeStationPompage TurbinageVanne de gardeouioui
Organe de régulation de débit
nonouiRoue liée à un arbre tournant
oui ouiJoints d'arbre oui
ouiBâti et roue en contact avec l'eau oui
ouiPaliers à roulement graissés à vie
oui ouiMachine électrique
oui (moteur)oui (génératrice)Armoires électriques
oui oui Transformateur MT /BT oui, si P > 10 kW oui, si P > 10 kWMatériaux de construction usuels
de la machine hydrauliqueAcier, fonte, acier inoxydable, bronzeAcier, fonte, acier inoxydable, bronzeBy pass automatique non
ouiAccès à l'eau Démontage nécessaire
Démontage nécessaire
Vitesse spécifique
Q = débit [m
3 /s] E = énergiehydrauliquemassiqueàdispositiondelamachine [J/kg] n = vitessederotationdelaturbine [t/s] EQn n QE43 formederoue.Vitesse spécifique
Achaquevitessespécifiquecorrespondun
typedeturbine,respectivementuneforme deroue. D 0 D s D 0 D 0 D s D s D n = 514 s n = 300 s n = 200 s n= 8 0 s0.010.1110
1 10 100 1000
Hn = E/g
KaplanPropellerBulbFrancisPelton
Vitesse spécifique
Pelton un injecteur
Pelton n injecteurs
Francis
Kaplan, hélice, bulbe
0.025 0.005
n QE nn0.50.5
0.025 0.005
n QE0.33 0.05
n QE1.55 0.19
n QEConception préliminaire
TurbinesPelton
nH 0.68 D 1 HQ n jet1 1.68
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