Turbines Kaplan, semi Kaplan, hélice

[CF21]

Ah merci. Donc si j'ai bien compris, vu du côté du besoin concret, on part plutôt avec une Ns connue pour une turbine, et là on cherche sa future vitesse de rotation (pour Q et H donnés) afin de voir si ladite turbine sera dans un diviseur correct de 3000 (la fréquence de synchronisme requise par le réseau). C'est le sens pratique de tous ces calculs qui me manquait un peu...

[djan]

dans le gourieres
page69, l'auteur ecrit "prenons ns 30" pour essayer...

peut être que pour synchroniser, cela sera Ns 28 au finale
oui car sur une pelton le rendement reste bon jusqu'a Ns 30 par jet, (autant prendrela turbine la plus rapide possible)
j'ai déjà vu Ns 35.

pour une francis, voir page 97.
il préconise ns 350 max pour une roue simple
des profils en ns 550 existent ( singrun )
pour les kaplans
cela dépend de l'aspirateur ( horizontale verticale) et des conditions de cavitation
page 113 l'auteur sait déjà que ce sera une kaplan, puisque il devine ( par itération préalable...) que cela tournera à 200tr.
pour les kaplans
en dessous de 100tr
on s'en fout de synchroniser puisqu'il n'y a plus de techno courante possible en direct, donc multi obligé. donc là c'est le Ns maxi/cavitation qui dicte sa loi

par ailleurs, multiple de 3000tr
c'est plus compliqué que cela
si alternateur bobiné ou pmg synchrone: oui
si géné asynchrone: non, c'est (multiple de 3000)+2% environ. chacun fait comme il veut, moi, je ne néglige pas les 2% dans le calcul
exemple: 333tr ou 338tr me change la hauteur d'aspiration de 50cm (sur un cas concret que je traite en ce moment.)

[le montagnard]

pour les pelton je confirme chez nous sur les deux machines le ns est de 16

[djan]

Bonjour
sans être devin
cela doit être une très vieille instalation, à une époque ou l'on connaissait mal l'axe veticale multi jet montant jusqu'a Ns 60!!
avec pas mal de chute ou (pas beaucoup d'eau) pour arriver descendre jusqu'a 16.

ce sont des roues avec des super rendement, on est pile au milieu de la gamme de la pelton en simple jet
là ou l'évacuation de l'eau ne pose aucun problème.

aujourd'hui, les projets neuf sous ces Ns sont rares, sauf cas de rénovation,
sur les projets neuf, la tendance est d'augmenter le Ns au max de max sur les peltons, axe verticale 5,6 jets
quitte à fonctionner en rendement dégradé.
. 83-86% de rendement

afin de fonctionner sous 60m de chute ( en remplacement d'une francis) pour profiter du rendement sur toute la plage de débit...

[le montagnard]

non elles ne sont pas vielle (1985) a axe horzontal a 750 tr/ min et 130m de chute et 80 l sec
a 1500tr/min et 20 l

un vrai bonheur

[moulino51]

non elles ne sont pas vielle (1985) a axe horzontal a 750 tr/ min et 130m de chute et 80 l sec a 1500tr/min et 20 l

un vrai bonheur

Quand même 100 k brute, j'en ferais bien mon ordinaire, moi qui galère avec mes 2,5 m3/s sous 1,85 m


Gé

[djan]

quand je dis vieille, pour une pelton, moi je préfere, rien de telle qu'un carter de pelton en fonte de 1910....

pour votre chute, en effet, 20l et 80l, ce sont des débits que personne n'aurait imaginer turbiner au début du siècle... et pourtant en 1985 cela a motivé certains

10l sous 1000m cela fait 80Kw... au reseau...
Ns=5 à 3000tr simple jet

[le montagnard]

me voila battu

mais ces deux machines c'est un bonheur pas de degrilleur pas de remontés aval

en somme pas de souci

[dB-)]

Bonjour,

la régulation des turbines Kaplan se faisait à l’origine par une commande mécanique liant la position du distributeur et celle du réglage d’incidence de pales, par exemple une came tournant avec le distributeur déplace un galet réglant l'incidence des pales.

Elle se fait actuellement le plus souvent par un automate programmable, avec un capteur de course sur le vérin de distributeur, et un capteur de course sur le vérin d’incidence de pales. Le programmeur asservi la position des pales à celle du distributeur, à l’aide d’une table ou d’un algorithme :

- soit d’après les relevés de puissance lors des essais, pour toute une série de combinaisons d’angles d’ouverture et d’incidence.

- soit directement d’après les courbes topographiques de la turbine (collines de fonctionnement) obtenues en CAO ou CFD.

J’utilise déjà depuis quelques années la régulation MPPT (voulant dire Maximum Power Point Tracking ou recherche permanente du point de fonctionnement à puissance maximale) sur des petites turbines simples, du type hélice ou Pelton, avec une production indépendante du secteur.

La régulation MPPT commande alors simplement un gradateur, qui gère la puissance injectée sur la charge (le plus souvent une résistance de chauffage), de sorte que la puissance injectée soit maximale, ce qui correspond indirectement à la vitesse optimale de la turbine.

Récemment, j’ai essayé de passer à plus sérieux, avec la régulation MPPT d’une turbine Kaplan double réglage de 75 kW !

La régulation se fait ici « simplement » par :

- la mesure de l’intensité du courant injecté par la génératrice
- la mesure de la hauteur d’eau à la prise d’eau
- des actions sur le vérin du distributeur de la turbine
- et des actions sur le vérin de commande d’incidence des pales de la roue

=> Il n’y a pas de capteurs de position, ni sur le vérin du distributeur, ni sur celui d’incidence de pales !

On part du principe qu'un humain, qui disposerait simplement de deux manettes (le réglage d'ouverture du distributeur et le réglage d'incidence des pales), et qui surveillerait juste deux paramètres (l'intensité du courant produit et le niveau d'eau de la retenue), trouverait à tout instant le point de fonctionnement optimal (à savoir ici la plus grande puissance produite). Il suffit de décortiquer son raisonnement, et de le reproduire dans un petit automate programmable.

=> La sécurité de la turbine est indépendante de cette régulation, et se fait par une boucle logicielle séparée simple, qui contrôle :

- la température des paliers
- la température des bobinages
- la pression du groupe hydraulique
- la vitesse de la turbine.

=> De même le démarrage, la synchronisation, et l’arrêt de la turbine sont indépendants de cette régulation, et sont gérés par un algorithme séparé qui surveille la vitesse et contrôle le distributeur et le contacteur, de façon à minimiser l’intensité qui traverse le contacteur à l’enclenchement, et la surtension à la coupure (par prudence, le contacteur a quand même été calculé en catégorie AC3).

Les paramètres de régulation MPPT sont :

PDBM1 : demi bande morte pour le réglage du distributeur
PDBM2 : demi bande morte pour le réglage des pales
PIMAX : limite de courant, pour rodage turbine et protection génératrice
PNIVO : consigne de niveau d’eau
TEMP1 : temporisation pour stabilisation après un changement

Les variables de régulation sont :

BM1 : bande morte dans laquelle il est inutile d’agir sur le distributeur
BM2 : bande morte dans laquelle il est inutile d’agir sur l’incidence des pales
CHANGE : drapeau indiquant si la puissance a changé ou non après une action
COMPT : compteur de boucles d’action sur les pales
OUFE : drapeau basculant en mode ouverture ou fermeture des pales
VCOUR : consigne de courant calculée, voir plus bas

Les mesures sont les suivantes :

MNIVO : mesure de niveau d’eau
MCOU1 : mesure de courant à un instant
MCOU2 : mesure de courant à un autre instant

Calcul de variables intermédiaires :

VCOUR = PIMAX * [(MNIVO + PDBM3 – PNIVO) / PDBM3]
VCOUR est ensuite borné à [0, PIMAX]

BM1 = [VCOUR – DBM1, VCOUR + DBM1]

BM2 = [MCOU1 – DBM2, MCOU1 + DBM2]

Exemples de valeurs pour une puissance de 75 kW

Limiteur de débit du vérin de distributeur (limite les coups de bélier dans la conduite) :

- temps d’ouverture : 20 s
- temps de fermeture : 20 s

Limiteur de débit du vérin d’incidence de pales :

- temps d’ouverture : 20 s
- temps de fermeture : 20 s

Réglage des impulsions du distributeur à 5 % du temps total, soit :

- impulsion d’ouverture : 1 s
- impulsion de fermeture : 1 s

Réglage des impulsions du vérin d’incidence à 5 % du temps total, soit :

- impulsion d’ouverture : 1 s
- impulsion de fermeture : 1 s

PDBM1 : 10 A
PDBM2 : 5 A
PDBM3 : 2 cm
PIMAX : 100 A (rodage)
PNIVO : 60 cm
TEMP1 : 30 secondes

Régulation du distributeur

MPPT 4.jpg

Régulation des pales

MPPT 5.jpg

Exemple de programme :

MPPT 6.jpg

- ça tient sur un petit automate Crouzet (bien rempli quand même)
- image « floutée » exprès, je vous laisse quand même travailler un peu si vous voulez réaliser un programme utilisant un algorithme MPPT !

Tous premiers essais de fonctionnement, avec l'enregistrement de la production électrique de la génératrice

Premiers essais.JPG

On voit que :

- la régulation se cherche un peu (les différentes variables ne sont en effet pas ajustées)
- mais globalement la régulation va progressivement vers le maxi de puissance
- avec ensuite bridage à la valeur de rodage
- le relevé est perturbé par plusieurs essais simultanés sur la boucle de sécurité

Remarques :

- le réglage des différents paramètres est primordial
- avec un même algorithme, la régulation peut être stable ou instable, selon la valeur des paramètres
- les algorithmes publiés ici sont ceux de la version préliminaire
- ils ne comprennent pas les dernières modifications réalisées pour optimiser le tout
- notamment calmer la régulation pour solliciter moins le groupe hydraulique.

L’avantage du système MPPT, outre sa simplicité matérielle (absence de capteurs), est que la turbine s’adapte automatiquement aux conditions environnantes, essentiellement :

- les variations du débit d’eau disponible
- la présence de feuilles ou sac plastique ou autre sur les pales

La MPPT (recherche constante de la puissance maximale) est un bon exercice de réflexion, et suffit pour obtenir le maximum de kW de votre turbine !

L'étape suivante est la MEPT (Maximum Efficiency Point Tracking, ou recherche constante du point d'efficacité maximale), c'est à dire comment produire le plus possible de kW, tout en consommant le moins possible d'eau ! C'est juste une légère variation des algorithmes utilisés, et ce n'est pas forcément ce que veut le producteur, car le point d'efficacité maximale n'est pas le point de puissance maximale, qui lui est intéressant financièrement !

A suivre, et bonnes fêtes à tous

dB-)

[Gaël1]

bonjour didier,

j'ai trouvé un crouzet millenium MAS 10 RCD dans mon matos (24V).
Est ce qu'il sufira pour cet utilisation car avant de commencer et d'aller jusqu'au bout il faut que j'achète le cable de programmation et le logiciel.
merci d'avance pour votre réponse.
cordialement.
Gaël