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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 :
-
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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- Version archivée 1 de avr. 2005 par Louis Raphaël EREMEEF
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7. Fluctuations de pression
Les fluctuations de pression sont naturellement présentes dans une machine hydraulique à un degré plus ou moins élevé suivant la charge. Elles sont dues pour l'essentiel à la nature diphasique de l'écoulement. Les torches cavitantes de forte charge et de charge partielle peuvent provoquer une résonance du circuit hydraulique et de l'alternateur si on n'y prend garde. Pour cette raison, on procède à des essais détaillés sur modèle réduit pour connaître la fréquence de la torche et de ses harmoniques. Typiquement, le fondamental se situe entre 0,2 à 0,3 fois la fréquence de rotation de la roue.
Les fluctuations de pression mesurées ne sont pas seulement des caractéristiques du modèle essayé, mais aussi des caractéristiques de la plate-forme comme : la longueur des conduites de la boucle d'essai et leur rugosité, la quantité d'air dissous, le comportement dynamique des parties tournantes, le nombre de Reynolds ou le nombre de Froude, etc. Des essais sont quand même réalisés au sigma d'installation pour obtenir des informations sur :
-
l'amplitude crête à crête des fluctuations de pression du spectre d'enregistrement ;
-
la nature périodique ou non de ces fluctuations de pression ;
-
les fréquences dominantes par analyse harmonique du signal ;
-
l'influence d'une injection d'air sur les fluctuations de pression;
-
le niveau de fluctuations obtenues en comparaison avec d'autres modèles de même vitesse spécifique.
Sur le plan pratique le cône de l'aspirateur du modèle réduit est équipé en général de quatre prises de pression situées côté rive droite, côté rive gauche, côté amont et côté aval. La conduite d'amenée dispose de 1 à 3 capteurs de pression dont un est situé à l'entrée de la bâche. Tous les signaux sont traités dans le domaine de fréquences sur un analyseur de spectre. Les figures et sont des exemples du traitement...
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BIBLIOGRAPHIE
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(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).
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(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
ANNEXES
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