Exemple de problème industriel
Turbines hydrauliques - Essais - Cavitation
BM4406 v2 Article de référence

Exemple de problème industriel
Turbines hydrauliques - Essais - Cavitation

Auteur(s) : Louis Raphaël EREMEEF

Date de publication : 10 janv. 2009 | Read in English

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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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Auteur(s)

  • 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 :

  • 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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-bm4406

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9. Exemple de problème industriel

Dans cet exemple, un problème de fissuration a été rencontré à l'attache des aubes avec le plafond à la sortie de la roue et à l'attache des aubes avec la ceinture à l'entrée sur des roues de grandes vitesses spécifiques (figures  et ). Ces fissurations ont été découvertes à l'occasion des visites périodiques effectuées sur les groupes. De nos jours, les problèmes de ce type sont peu fréquents depuis que l'ingénieur mécanicien est capable de déterminer par le calcul le champ des contraintes statiques exercées sur l'aube de la roue à partir de la carte des pressions fournie par l'hydraulicien. Les contraintes maximales en sortie d'aube côté plafond conduisent généralement à augmenter l'épaisseur du bord de fuite de l'aubage dans cette zone. Le prix à payer se chiffre par un ou deux dixièmes de déficit sur le rendement.

Devant une telle situation, le constructeur se doit de trouver une explication et une solution, pour assurer la pérennité de l'installation. Les caractéristiques hydrauliques des centrales concernées étaient les suivantes.

Pour mémoire, les roues de vitesses spécifiques voisines de 200 sont qualifiées de roue de ns moyen.

Dans les pays émergents, la production d'électricité est issue principalement des centrales électriques qui s'adaptent à la demande d'énergie. C'est ainsi que l'unité 4 de la première centrale a fonctionné 75 % de son temps au-dessous de 60 % de la puissance nominale. De nos jours, les constructeurs ne fixent pas de limitation sur le temps de fonctionnement à charge partielle étant entendu que la machine fonctionne le plus souvent à sa puissance maximale. Sur les roues de grand ns, les vortex de charge partielle apparaissent très vite au-dessous du cœur colline et sont non seulement bruyants mais très fluctuants.

Alstom power hydro décida donc de procéder à des mesures mécaniques et hydrauliques sur les deux roues de chaque centrale tant sur la machine prototype que sur le modèle...

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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

  • Turbines hydrauliques, pompes d'accumulation et pompes-turbines – Essais de réception sur modèle - CEI 60193:1999 - 1999

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