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RÉSUMÉ
Cet article examine les aspects hydrauliques du fonctionnement de la turbomachine. Les calculs d'écoulements tridimensionnels en fluide visqueux dans les turbomachines ont fait de grands progrès ces dernières années. Cependant, le calcul ne suffit pas pour aborder la nature tridimensionnelle, instationnaire et visqueuse de l'écoulement. Ainsi, le modèle réduit reste encore le seul moyen utilisé pour la vérification des performances relatives à la puissance, le rendement ou la cavitation de la machine prototype. Sont abordés le calcul du rendement et de la puissance délivrée par la roue, l’étude du comportement à la cavitation des aubes de la roue et la prévision des instabilités de l'écoulement dans la machine industrielle. Pour finir, est présenté un exemple de fissuration sur une roue d’une centrale de basse chute.
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Louis Raphaël EREMEEF : Ancien ingénieur expert au centre de technologie de la société Alstom power hydro
INTRODUCTION
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 [B 4 405] par exemple, cf. [Doc. BM 4 406v2]. 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 :
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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 archivée 1 de avr. 2005 par Louis Raphaël EREMEEF
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Accueil > Ressources documentaires > Mécanique > Machines hydrauliques, aérodynamiques et thermiques > Machines hydrauliques : pompes et hélices > Turbines hydrauliques - Essais - Cavitation > Mesures complémentaires
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Exemple de problème industriel
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8. Mesures complémentaires
Les mesures complémentaires sont utiles pour les études mécaniques de la machine. Pour une turbine Francis, nous citerons les suivantes.
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Mesure du couple sur les directrices
Elle s'effectue sur au moins trois directrices. Pour un distributeur à 24 directrices par exemple, les directrices numéro 2, 12 et 22 seront utilisées pour faire une moyenne des efforts de manœuvre vus par le servomoteur. Les couples sont mesurés pour différentes ouvertures du distributeur et pour les différentes chutes garanties. Ils présentent généralement une tendance à fermer sur toute la course du servomoteur. La directrice 2 est la deuxième à partir de l'entrée de la bâche. C'est elle qui présentera en premier une tendance à ouvrir avant d'atteindre l'ouverture nominale. La transposition à la machine industrielle se fait en HD 3.
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Mesure de la poussée axiale sur la roue
Elle est réalisée au sigma d'installation à l'aide d'un capteur de pression placé dans la chambre d'huile de l'arbre turbine. Ce capteur a fait l'objet d'un étalonnage préalable à l'aide d'un dynamomètre. Les relevés sont effectués en même temps que les mesures de couple sur les directrices. Il est commode de travailler en chute de Froude car la transposition en HD 2 se transforme en D 3. La poussée d'Archimède qui est une force de volume se transpose directement sans qu'il soit nécessaire de procéder à un traitement particulier.
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Mesure des fluctuations de couple
Comme pour les fluctuations de pression, un capteur de couple est monté entre la roue et la génératrice pour relever les instabilités de fonctionnement. Les amplitudes de fluctuations sont bien corrélées avec les forces de pression fluctuantes sur la roue s'il n'y a pas d'influence dynamique de la génératrice. Les mêmes réserves peuvent être faites en ce qui concerne la transposition à la machine prototype.
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Mesures complémentaires
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PLUVIOSE (M.), PERILHON (C.) - Turbomachines. - [BM 4 280] Description. Principes de base (2002).
-
(2) - PLUVIOSE (M.), PERILHON (C.) - Turbomachines. - [BM 4 281] Mécanismes de la conversion d'énergie (2002).
-
(3) - PLUVIOSE (M.), PERILHON (C.) - Turbomachines. - [BM 4 282] Thermodynamique de la conversion d'énergie (2003).
-
(4) - PLUVIOSE (M.), PERILHON (C.) - Turbomachines. - [BM 4 283] Bilan énergétique et applications (2003).
-
(5) - PLUVIOSE (M.) - * - [BM 4 285] Similitude des turbomachines hydrauliques (2004).
-
(6) - MEGNINT (L.), VERDURAND (G.), REY (R.) - Turbines hydrauliques. - [BM 4 405] Description et fonctionnement (2008).
NORMES
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Turbines hydrauliques, pompes d'accumulation et pompes-turbines – Essais de réception sur modèle - CEI 60193:1999 - 1999
ANNEXES
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