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Auteur(s)
-
Louis Raphaël EREMEEF : Ancien ingénieur expert au centre de technologie de la société Alstom power hydro
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans cet article nous n’examinerons que les aspects hydrauliques du fonctionnement de la turbomachine. D’autres aspects concernant la mécanique ou la régulation ont déjà été abordés dans certains articles de la collection (Turbines hydrauliques- Description et évolution par exemple). La nature tridimensionnelle, instationnaire et visqueuse de l'écoulement ne peut être abordée uniquement par le calcul. De nombreux essais sur modèle réduit sont nécessaires pour connaître au mieux les phénomènes hydrauliques mis en jeu dans la machine prototype. Nous passerons successivement en revue les points suivants :
-
calcul du rendement et de la puissance délivrée par la roue ;
-
étude du comportement à la cavitation des aubes de la roue ;
-
prévision des instabilités de l’écoulement dans la machine industrielle.
Un exemple de fissuration rencontrée sur une roue d’une centrale de basse chute montrera que les problèmes industriels restent encore d'actualité.
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VERSIONS
- Version courante de janv. 2009 par Louis Raphaël EREMEEF
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Essais sur modèle réduit2. Rappels concernant la similitude
Deux turbomachines sont dites du même type lorsqu’elles sont géométriquement semblables, c’est-à-dire que toutes les longueurs sont dans le même rapport de similitude géométrique.
L’écoulement en charge à grand nombre de Reynolds à travers la turbine obéit aux mêmes lois de similitude que l’écoulement en fluide parfait, sauf en ce qui concerne les pertes.
La similitude de Combe-Rateau relie les débits aux chutes et deux turbines géométriquement semblables, indice p pour le prototype, indice m pour le modèle vérifieront :
avec :
- Q :
- débit volumique
- D :
- diamètre de sortie roue
- H :
- chute nette.
À rendement égal entre modèle et prototype, les puissances P sont telles que :
Et les couples T sont tels que :
Pour comparer les caractéristiques hydrauliques des turbines semblables, on définit d’autres variables réduites qui correspondent à un fonctionnement en similitude sous une hauteur de chute H de 1 m avec un diamètre de roue de 1 m. On repère ces variables en les affectant d’un double indice 11 qui rappelle leur origine (lire par exemple N un un pour la vitesse réduite et non pas N onze). On trouve ainsi :
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