Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

[olivoo]

Merci pour vos remarques dont nous tiendrons compte pour la rénovation (on va notamment creuser l'histoire des poulies). D'ailleurs, n'hésitez pas si vous avez d'autres remarques.

Bien vu Pierre, ce moulin est bien dans l'Aveyron et je vois que vous le connaissez bien car vous soulevez une bonne question sur la hauteur de chute !
En effet, sur le droit d'eau, il est mentionné une chute de 6.20 mètres.
Sur l'étude qui a servie à fabriquer la roue, il a été pris en compte une chute nette de 5.2 mètres.
En regardant sous la turbine (l'aspirateur?), on voit qu'il est scellé au milieu d'un rocher (je joins une photo). Et le vendeur (qui n'était pas vraiment amateur de centrales et ne l'exploitait pas d'ailleurs) nous avait dit qu'on devait pouvoir gagner un mètre de chute en déplaçant un peu la turbine.
Nous allons examiner cet aspect aussi mais là encore, quid du coût d'un tel chantier ?
Pour ce qui est de l'ancienne turbine (qui est restée là parce que personne n'a jamais réussi à l'enlever), il s'agit une francis de 25 Kw (difficilement accessible) qu'il ne nous parait pas très intéressant de rénover.

Pour la petite histoire, après quelques mois de travaux, mes parents ne vont plus tarder à emmenager et nous espérons redémarrer la centrale avant la fin de l'hiver.

Cordialement.

Olivier

[dB-)]

Bonjour,

pour reprendre l'idée de M. Perret d'une transmission à rapport variable, afin de mieux utiliser une petite turbine Kaplan simple réglage (pas de l'hélice variable, et distributeur fixe), ou même une simple hélice (avec distributeur fixe ou réglable) lorsque le débit varie, je reproduis ci-dessous une photo relevée sur l'excellent site FrenchRiverLand ( http://frenchriverland.com/fitting_a_la ... _shaft.htm ) :

delivery of runner shaft and one runner 239.jpg

En dehors de la tension des courroies qui laisse à désirer, l'idée de la boite de vitesses est astucieuse (et tout à fait dans la mentalité pragmatique américaine), mais il ne s'agit ici que d'entrainer de façon ponctuelle une machine outils, pas de tourner 24h/24 à partir d'une turbine.

J'en profite pour recoller en partie une ancienne réponse que j'avais retirée du forum suite à polémique !

Au débit nominal, une Kaplan n'a pas un meilleur rendement qu'une turbine hélice, ce sont les deux mêmes. Où la Kaplan surpasse (de loin) l'hélice, c'est à charge partielle.

De là je tire deux conclusions (je parle de petites installations, de quelques dizaines de kW) :

a) si vous avez un site avec un débit relativement constant (canal d'approvisionnement, utilisation d'une petite partie d'un cours d'eau), il est inutile d'investir dans une coûteuse Kaplan, dont les pales resteront réglées toute l'année à la même incidence, une simple turbine hélice suffit.

b) si le débit varie : de même que les variateurs mécaniques de vitesse (type plateau, poulies à diamètre variable, engrenages, convertisseurs de couple) laissent de plus en plus la place à des variateurs électroniques, de même il est possible de remplacer en partie la variation d'incidence des pales d'une Kaplan par la variation de vitesse d'une simple turbine hélice, à l'aide d'un variateur de vitesse électronique 4 quadrants, qui va restituer sur le réseau un courant de fréquence fixe, tout en étant alimenté par une génératrice asynchrone tournant à vitesse variable : on peut ainsi faire travailler une turbine hélice (ou une Kaplan simple réglage) à vitesse variable, et améliorer beaucoup son rendement à débit partiel. L'électronique actuelle étant de moins en moins coûteuse, de plus en plus performante et fiable, cette solution est à mon avis intéressante, et j'ai deux projets à court terme en ce sens (2011, moins de 100 kW), avec le synoptique suivant :

Variation.JPG

Avantages :

• - utilisation d'une turbine hélice simple, beaucoup moins coûteuse qu'une Kaplan
  - partie mécanique ultra simple : pas de réglage d'incidence, pas de groupe hydraulique, transmission directe
  - moteur asynchrone industriel standard
  - variateur 4 quadrants industriel (mais l'énergie récupérée doit être réinjectée sur le secteur, et non dissipée dans des résistances)
  - un simple nano automate peut, à l'aide d'une image de la puissance électrique produite, modifier le point de consigne du variateur (et donc la vitesse de la turbine), et chercher ainsi à tout instant le meilleur point de fonctionnement : système "auto-adaptatif", cherchant en permanence par tâtonnement le meilleur point de fonctionnement, en dépit des variations de chute, débit, présence de feuilles, etc...)

Quelques heures intéressantes en vue, à réfléchir au coin du poêle !

Cordialement

dB-)

[PERRET]

Bonsoir dB-)

Utilisation d'un variateur

L'idée semble séduisante, mais je me pose, à prime abord, quelques questions :

- Quel rendement peut-on espérer du variateur ?,
- Quel peut être le prix de ce variateur pour cette puissance ? Uniquement le matériel, sans l'automate, les capteurs et sans programmation.
- La génératrice travaillant à vitesse variable, donc à fréquence variable, quelle va être l'incidence sur son rendement ?
- Est-ce qu'il ne faudra pas sur-dimensionner la génératrice pour conserver une induction acceptable à 40 Hz par exemple.

Merci.

[pierre]

Bonsoir
La variation électronique de vitesse est assez répandue pour des ventilateurs ou pompes.
Pour un 4 quadrants, siemens (http://www.cncdesign.com/download/AFE1.pdf : active front end simovert) et autres font cela. Notamment avec un pont redresseur IGBT qui permet de baisser les harmoniques réseau + cos phi reseau =1.
La dernière grosse application est le convertisseur 4Q pour eolienne avec machine asynchrone rotor bobiné (convertisseur au rotor dimensionné à 30% de la puissance de la MAS qui dispose ainsi d'une vitesse variable de 1000 à 2000 Tr/min)

-rendement 97% pour les petites puissances.
-Avec 2 ponts IGBT (+cher qu'un pont diode ou thyristor) et en achetant 1 seul convertisseur à la fois, je crains fort qu'il coute assez cher. M Beaume pourra nous dire cela. Je sais qu'en forte puissance (MW), on tourne à 150 euros le KW.

-Sinon , les convertisseurs font marcher les moteurs asynchrones à U/F constant, pour un B optimal. Je ne parlerai pas ici de controle vectoriel pour des applications sensibles : laminoir.
-Enfin, à pleine charge, les pertes supplémentaires d'une MAS sont augmentées avec la fréquence (2 kHz) de la MLI. Cela vaut il le coup de prévoir un bypass pour la pleine charge et la maintenance ? (pour moi, oui).
Mais à plus petite vitesse, les pertes mécaniques et fer diminuent un peu. Et l rendement de la turbine sera optimal.

M Beaume, faites attention aux vitesses critiques où il faudra interdire certaines vitesses.
Enfin, penser à acheter une MAS avec isolement bobinage renforcé.
Normalement, il faut aussi verifier que le moteur est bien refroidi à basse vitesse : mais la puissance est tres faible dans nos cas (couple variant avec le carre de la vitesse).
Pierre

[FABIEN 81]

Bonsoir,
Il existe déjà des turbines qui fonctionnent avec des variateurs de fréquence :
Turbine basse chute pales mobile et distributeur fixe :
La VLH avec un variateur ABB : http://www.vlh-turbine.com/FR/html/PMG.htm vitesse de rotation 37 tr /min
Turbine basse chute pales fixe et distributeur mobile :
La dive-turbine. http://www.dive-turbine.de/pages/en/tec ... oncept.php
Ces deux groupes turbine sont immergées tourne très lentement et utilise des générateurs a aiment permanent refroidis par eau .
Attention dans le cas d’un générateur asynchrone prévoir un ventilateur indépendant de la vitesse du générateur.
J’ai lu sur internet que on peu agrandir la plage de fonctionnement de la turbine de 10 a 120% du débit tout en ayant un rendement correct, voir meilleur dans le cas d’un générateur PMG tout simplement en supprimant le multiplicateur. Autre avantage diminution du bruit et de l’usure (génératrice et turbine).
Inconvénient durée de vie du variateur environ 10 a 15 ans.
Pour info j’avais trouvé un variateur quadratique de 160 kW sur eBay 10 heures de fonctionnement pour moins 6000 euros.

[Admin]

Bonsoir,

il y a beaucoup de paramètres à prendre en compte :

- les rendements des systèmes mécaniques n'évoluent quasiment plus, ceux des ensembles électroniques augmentent sans cesse
- la taille des radiateurs aluminium fond comme neige au soleil : ci-dessous une ancienne carte de variateur de fréquence Fanuc :

060820103564.JPG

- poids de la carte environ 45 kg , poids d'un transistor environ 1 kg ..., conception il y a une vingtaine d'années
- les cartes actuelles pèsent entre 2 et 3 fois moins, ne chauffent presque plus, les pannes sont rares
- les prix de l'électronique baissent : le prix d'un variateur 30 kW se situe entre 5 k€ et 15 k€ selon les marques et performances
- il faut trouver un variateur qui peut réinjecter sur le secteur, tous les modèles à contrôle vectoriel ne font pas cela
- la plupart se contentent de dissiper l'énergie dans des résistances, certains réinjectent, par exemple les variateurs KEB, ou Harvest

Convertisseur KEB Combivert R6.jpg

Convertisseur Harvest.jpg

- une turbine hélice simple 40 kW avec distributeur réglable coûte environ 20 k€
- une Kaplan double réglage environ 50 k€, plus le système de commande de pales
- la mesure de puissance sur une phase coûte environ 200 €, un nano automate moins de 200 €
- l'ensemble turbine hélice + variateur est donc plus avantageux qu'une Kaplan
- l'idée est d'utiliser un moteur asynchrone entre par exemple 80 et 140 % de sa vitesse nominale
- les 140% du moteur correspondent à 100% de la turbine. La turbine tournant à 60%, le moteur est encore à 80% (40 Hz)
- la plage de vitesse de la turbine irait donc presque 1 à 2
- il est possible de détecter les vitesses critiques lors des essais, et ensuite d'interdire un fonctionnement prolongé à ces vitesses

Cordialement

dB-)

[Ticapix]

Bonjour,

Je recherche un document à priori issu du constructeur Echerwyss qui détaille toutes les proportions d'une turbine kaplan en fonction du diamètre de la roue.
On y trouverait toutes les dimensions d'une Kaplan ainsi libellées: par ex moyeu = 0.36 à 0.4 D, ou encore hauteur directrice = 0.x D...........

Par avance Merci

TG

[PERRET]

Je ne connais pas de tableau donnant les proportions d'une Kaplan.
Cela ne veux pas dire qu'il n'existe pas.
Se référer utilement au tableau publié dans le forum donnant les proportions d'une turbine en fonction du ns
Il est facile de retrouver ces renseignements en consultant le "Vivier" où il suffit de reprendre les dimensions de nombreuses turbines Kaplan y figurant et d'en faire un tableau en fonction du ns
Remarquez la différence entre les turbines pour chute élevée, avec un gros moyeu et un nombre élevé de pales (8) et celles, plus classiques, pour basse chute, avec ns élevé.

[MDT]

Bonjour

Ma turbine Kaplan double réglage n'est plus qu'une turbine avec simple réglage.
Je me suis rendu compte que l'inclinaison de l’hélice est bloquée.

Turbine_Kaplan.JPG

Elle doit l’être proche de l'ouverture maximale puisque elle fonctionne encore
avec des directrices ouvert à presque sa puissance nominale de 60kW.
Des que la chute diminue ou l'ouverture des directrices est réduit elle part
en retour d’énergie.

Turbine_Kaplan_couroie.JPG

Est-ce quelqu'un connais cette type de machine?
Elle date probablement de 1943, mais je n'ai pas de documentation,
même pas un nom de fabricant.

Pour la débloquer il faudrait certainement la démonter ce qui va être
très sportive car l'espace est vraiment limité. Je suppose que pour démonter l’hélice
il faut carrément passer par le tube d'aspiration.

Je suis en train de réfléchir à installer un variateur de fréquence pour pouvoir remplacer
le double réglage mécanique par un double réglage par vitesse de rotation.
Que-ce que vous en pensez?

Merci pour vos suggestions

[moulino51]

Bonsoir MDT,

Une tite question bête, avez vous regardé s'il n'y a pas par exemple un corps étranger coincé entre deux pales et qui en empècherait la fermeture ?
Vive les appareils photos numérique :P
Sinon, je ne vois pas trop un grippage des pales, voir plutôt du coté du vérin de pales (interne ?)

Bonne soirée

Gérard