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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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2. Rappels concernant la similitude
Deux turbomachines sont dites « du même type » lorsqu'elles sont géométriquement semblables, c'est-à-dire que toutes les longueurs sont dans le même rapport de similitude géométrique.
L'écoulement en charge à grand nombre de Reynolds à travers la turbine obéit aux mêmes lois de similitude que l'écoulement en fluide parfait, sauf en ce qui concerne les pertes.
La similitude de Combe-Rateau relie les débits aux chutes et deux turbines géométriquement semblables – indice p pour le prototype, indice m pour le modèle – vérifieront :
avec :
- Q :
- débit volumique,
- D :
- diamètre de sortie roue,
- H :
- chute nette.
À rendement égal entre modèle et prototype, les puissances P sont telles que :
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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
ANNEXES
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