Turbines Francis

[PERRET]

Bonjour,

En principe, une turbine Francis "moderne" - moins de 100 ans - a toujours des directrices mobiles dont le rôle principal est contrôler l'admission d'eau dans la turbine, donc la puissance de cette turbine.
Quelques exceptions : pièces de musée, anciennes turbines 'a cloche' ou autres et sur des turbines de très faible puissance, à bas coût.

Dans les anciens moulins, la commande des directrices permettait également d'optimiser la vitesse de rotation de la turbine, sachant que pour toute turbine il existe une vitesse de rotation optimum, sous une chute donnée, où le rendement de la turbine est maximum.

Une autre fonction était de régler le débit turbiné de façon à maintenir un niveau d'eau dans le bief le plus élevé possible afin obtenir la puissance maximum possible en fonction du débit de la rivière.

Le "Meunier" ou l'"Usinier"devait donc jouer avec le nombre de machines à mettre en service, ou sur leur réglage (donc sur la puissance à fournir), pour conserver simultanément un niveau maximum dans le bief et une vitesse de rotation optimum.
Cette vitesse était contrôlée par un avertisseur sonore, basé sur le principe du régulateur de Watt, que l'on retrouvait pratiquement dans tous les moulins.

Régulateur de Watt.JPG

Lorsque la turbine est couplée à une génératrice asynchrone, la vitesse est pratiquement constante dès que le couplage est réalisé et ne dépend plus que du rapport de transmission entre la génératrice et la turbine.

Et de ce fait, le problème se simplifie, il n'y a plus qu'à agir sur les directrices pour contrôler le débit turbiné, le but étant de maintenir dans le bief un niveau d'eau le plus haut possible, en principe celui fixé par le règlement d'eau, souvent appelé " Retenue Légale ".

Et accessoirement les directrices servent, en les refermant complètement, à arrêter la turbine.

[Admin]

Bonjour,

un exemple de régulateur centrifuge dans un ancien moulin voisin de mon site, et très bien conservé :

Photo 015.JPG

Le régulateur centrifuge est entrainé par courroie à partir de l'arbre principal de la turbine, l'écartement variable des masselottes fait coulisser verticalement un manchon, qui commande deux contacts.

Ces contacts actionnaient une sonnette, quand la vitesse était trop faible ou trop forte, et le meunier venait ajuster tout ceci à l'aide du rhéostat d'excitation à plots, pour un moteur électrique en complément de la turbine, et aussi de la commande manuelle de vannage de la turbine.

Quand on voit le nombre de poulies, courroies et machines entraînées, je pense que le meunier avait des journées bien remplies !

dB-)

[Gilles21]

Bonjour Didier, bonjour à tous
Dans le sujet " transmissions à courroies trapèz....." vous écrivez :
d'autre part, environ 1 m plus loin, avec un palier mixte pouvant encaisser en radial la traction des courroies
- et en axial l'aspiration de la roue de la turbine (1 t de traction à la louche)
Si je comprends bien, l'effort axial qu'aura à supporter l'arbre, sera essentiellement orienté dans le sens amont/aval et la butée à billes à double effet montée en bout de cet arbre ne sera sollicitée que dans cette direction.
Pourra-t-elle et dans quelle contexte être sollicitée dans l'autre sens ?
D'autre part, sur cette turbine en question, il existe une prise d'air occultable creusée dans le porte palier, qui aboutit dans le plafond de la turbine, en regard des events de la roue aboutissant dans l'ogive de cette roue. Je ne dois pas être très clair là
A quoi cette prise d'air sert-elle ?
Cordialement
Gilles 21

[PERRET]

Bonsoir,

La butée travaille essentiellement dans le sens amont -> aval.

Lors d'une fermeture brusque des directrices, la colonne d'eau dans l'aspirateur va s'arrêter et sous l'effet de l'inertie de la roue, de la génératrice, etc., la roue va continuer à tourner et la poussée axiale va s'inverser pendant quelques dixièmes de secondes. D'où l'utilité d'une butée à double effet, principalement sur les turbines à axe horizontal. Les turbines à axe vertical peuvent en principe s'en affranchir.

Une prise d'air, réglable, sur le dôme sert théoriquement à équilibrer, ou plutôt à diminuer la poussée axiale sur la roue.
Mais comment déterminer sur site, de façon pratique, le réglage optimum ?
Très souvent le plafond des roues Francis est percé de 2 trous, ou plus, dans le même but.

Sur de grosses turbines de haute chute, il est parfois prévu une injection d'air à travers l'arbre vers la sortie de la roue pour empêcher la formation d'un vortex à certaines ouvertures des directrices. Mais ce ne doit pas être votre cas.

[Gilles21]

OK. Effectivement le plafond est percé de deux trous.
Merci pour cette réponse.
Gilles 21

[norie]

Bonsoir,
merci pour ces explications qui ont le mérite d'être plus claires que mes questions!!!!!!!

[moulino51]

Bonsoir,

Perret a écrit :

Sur de grosses turbines de haute chute, il est parfois prévu une injection d'air à travers l'arbre vers la sortie de la roue pour empêcher la formation d'un vortex à certaines ouvertures des directrices.

Sur ma turbine en trés basse chute (Voit) il y a également un tuyau de 50 mm de diamètre, qui sert a "désiphonner " la turbine.
Aucune utilité, pour un quelquonque risque de cavitation a 50 T/min sous 1,80 m de chute.

Mais bien pratique pour mettre la turbine a "l'air" et supprimer l'a totalité de l'aspiration a l'arrèt.

Car dans bien des cas, une turbine a l'arrèt continue a tourner a faible vitesse, simplement par les petites fuites entre les directrices, et a cause de l'aspirateur en charge. (m'indiquer si vous souhaitez une photo de l'implantation du tube sur le dome ?)

Bien cordialement

Gérard

[djan]

Bonjour
quelqu'un a t'il déjà vu ce type de turbine?
de quelle fabriquant sagit il ?
année approximative de fabrication?

connaissant la chute, le diametre de la poulie turbine, le diametre de la poulie d'alternateur et sa vitesse, et le diametre des aspirateurs, est il possible de connaitre sa puisance en CV?

dans un premier temps sans démonter le carter pour mesurer les caractéristique de la roue...

Merci

turbine francis double.JPG

[norie]

Bonsoir,
lors des redémarrages des groupes consécutifs à ces arrêts et surtout lors du couplage si il se fait à la volée, et non par synchro-couplage, n'y a t'il pas des contraintes mécaniques au niveau de la génératrice ?

[PERRET]

Bonjour,

C'est une Francis double.

Avantages :
- Poussée axiale sur l'arbre limité ou nulle
- Vitesse de rotation plus élevée ; la vitesse est multipliée par 2^0,5 (1,4142) par rapport à une machine simple de même puissance.

Sur certaines machines,(avec deux arrivées d'eau, aspirateur commun) - mais ce ne doit pas être votre cas - possibilité d'utiliser la turbine à mi-puissance, avec un rendement acceptable, en alimentant en eau une seule roue. Utile si la turbine est utilisée sur une rivière ayant de grandes variations de débit.

Avec l'apparition des Kaplan, les turbines doubles ont pratiquement disparues du marché.

Il est possible de retrouver les caractéristiques approchée de la turbine en utilisant les calculs détaillés dans une précédente réponse.
La difficulté est, sans démonter, de connaitre les dimensions de la roue et de là estimer le ns en fonction de la forme des aubages.

Ce n'est pas une pièce de musée. Assez courante entre les deux guerres.