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Auteur(s)
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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 ;
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étude du comportement à la cavitation des aubes de la roue ;
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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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- Version courante de janv. 2009 par Louis Raphaël EREMEEF
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4. Mesure du rendement et de la puissance
4.1 Sur modèle réduit
Pour établir une colline de rendement, les essais sont conduits généralement sous chute constante et hors cavitation c’est-à-dire que le sigma affiché est nettement supérieur au sigma d’installation. Pour cela, il suffit de maintenir la cuve aval à la pression atmosphérique. Cette manière de faire facilite grandement l’automatisation de la mesure sinon il faudrait procéder manuellement point par point pour ajuster le sigma à l’aide de la pompe à vide.
L’influence du sigma est prise en compte uniquement aux points de rendement garantis sous les chutes garanties lors des essais de cavitation.
Comme les pertes mécaniques sont différentes entre modèle et prototype, le rendement hydraulique η h est calculé à partir de la puissance mécanique P mec mesurée sur l’arbre de la turbine et de la puissance hydraulique P hyd disponible entre l’entrée et la sortie du modèle.
Toute mesure physique n’a de sens que si elle est associée avec une incertitude de mesure. Sur les plates-formes les plus récentes, le rendement est déterminé à 0,2 % près. L’étalonnage des appareils de mesure constitue donc un préalable indispensable avant toute procédure d’essai.
La puissance mécanique P mec se calcule à partir de la mesure du couple T mec sur l’arbre de la turbine et de la mesure de la vitesse de rotation n du modèle :
Ici n s’exprime en tours par seconde.
Dans son principe la mesure du couple est assurée par un bras de levier monté en balance sur l’arbre de la turbine à l’extrémité duquel des poids étalonnés sont appliqués.
Parmi les mesures possibles de la vitesse de rotation, citons le comptage des impulsions fournies dans un temps donné par une roue dentée montée sur l’arbre de la turbine.
La puissance hydraulique se détermine à partir de l’énergie massique E et du débit Q qui passe dans la roue.
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