Essais sur modèle réduit
Turbines hydrauliques - Fonctionnement

Les calculs d’écoulements tridimensionnels en fluide visqueux dans les turbomachines ont fait de grands progrès ces dernières années. Malgré tout, l’étude des écoulements diphasiques reste encore un problème majeur pour le numéricien. En effet la cavitation, c’est-à-dire la formation de bulles ou de poches de vapeur dans l’écoulement, est une spécificité de la turbine hydraulique dès lors que la pression au sein du liquide atteint le niveau de la tension de vapeur p _va . Il n’est donc pas possible d’établir par le calcul une colline complète de rendement suffisamment précise pour vérifier les garanties de fonctionnement de la turbomachine. 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. Le déroulement des essais sur modèle réduit a fait l’objet de normes établies par une commission électrotechnique internationale (CEI) où la plupart des constructeurs, des laboratoires indépendants et des sociétés nationales sont représentés. Le code CEI 60193:1999 constitue la version la plus récente.

Les figures 1a et 1b représentent schématiquement une vue d’ensemble d’un modèle réduit d’une turbine Francis à axe vertical. L’entrée de la bâche spirale (2) (appelée aussi la volute) est raccordée à un tronçon de conduite (1) où est située la section de mesure amont (indice 1 ). La section de la bâche diminue progressivement au fur et à mesure que le fluide pénètre dans les canaux de l’avant distributeur (3). Les avants directrices (généralement au nombre de 20 ou 24) reprennent les efforts mécaniques qui prennent naissance dans la bâche. Elles jouent également un rôle hydraulique par le biais de leur calage angulaire qui fixe l’angle d’incidence de l’écoulement sur le distributeur (4). Les 20 ou 24 directrices sont mobiles autour d’un axe et règlent le débit de la machine. Ces directrices sont suffisamment longues pour assurer la fermeture du distributeur. Une position particulière des directrices est repérée...