Forum de la petite hydroélectricité

Bonjour, pour mon tipe, on a voulu étudier les turbines Pelton. On a donc créer un modèle mais voilà on a un souci.
Lorsque l'on met un injecteur, la roue tourne beaucoup plus vite que lorsque l'on met 4 injecteurs. Or lorsque l'on est allé visité la centrale hydroélectrique de Laruns, l'ingénieur nous a bien expliqué que la vitesse était constante avec 1 ou 4 injecteurs. Mais si d'après notre expérience elle est plus rapide avec 1 injecteurs, alors elle tourne plus vite et donc produit plus d'électricité. Alors pourquoi faudrait il mettre plusieurs injecteurs?

Bonjour ludwig64,

Oui, la vitesse doit être la même.
Et la vitesse en charge est a 50 % de la vitesse libre a l'emballement.

Il faudrait contrôler les pressions avec 1 ou 4 injecteurs, car visiblement si elle tourne moins vite a 4, c'est qu'il y a une grosse perte de charge.

1 injecteur = débit "n"
4 injecteurs = débit "n*4"



Gé

Bonjour,

Pourriez vous nous en dire un peu plus sur votre modèle ? Peut être quelques photos

La vitesse d'un Turbine peloton est fonction de la vitesse de l'eau à la sortie de l'injecteur.
Donc de la hauteur de chute.

Votre constat est bizarre et je pense qu'il y a une erreur quelque part.

Si on met plusieurs injecteur, c'est pour passer plus d'eau et monter en puissance.

Eric

Bonjour,

Dans la centrale visitée, c'est normal que la vitesse ne change pas puisque le générateur est "accroché" au réseau, qui lui impose sa vitesse de synchronisme, quelle que soit la puissance motrice ( dans la limite de la puissance max du générateur, bien entendu).

Si vous essayez votre turbine à vide et que vous ouvrez 4 injecteurs au lieu d'un, sans réduire le débit de chaque injecteur au 1/4 du débit de l'injecteur seul, le débit total dans la conduite augmente et donc la perte de charge dans la conduite augmente avec le carré de la vitesse, ce qui fait que la pression d'alimentation des injecteurs diminue et donc la vitesse en sortie d'injecteur diminue et par conséquent la vitesse de rotation de la roue diminue aussi.

Bonne journée

Gilledevilley.

Bonsoir, merci pour vos réponses,
voici différentes photos de notre montage expérimental:



Tout d'abord, les 4 injecteurs sont reliés au même tuyau, comme c'est le cas dans les centrales hydroélectriques où c'est une même conduite forcée.

Après avoir lu vos réponses, il y a quelque chose que je ne comprends pas.
Le débit total de notre modèle est quasiment identique avec 1 ou 4 injecteurs (un peu plus important avec 4 injecteurs). Donc d'après moulino51, c'est de là que vient le problème.
Mais alors dans les centrales grandeur nature, l'eau passe dans une unique canalisation avec une pression constante, or si on bloque un injecteurs, le même débit doit s'écouler et donc la pression sur les autres injecteurs doit augmenter. Et alors la vitesse de sortie de l'eau augmente aussi. Non?

Mais comme le débit de notre modèle est quasiment identique avec 1 ou 4 injecteurs alors lorsqu'on ouvre les 4 injecteurs, le débit dans chaque injecteur est seulement 1/4 du débit de l'injecteur seul.

La, c'est sur il y a une belle perte de charge avec tout ces tuyaux du même diamètre.

Dans une vraie centrale, la conduite d'amenée est dimensionnée pour éviter les pertes de charges.
Et la division vers chaque injecteurs est beaucoup plus courte.


Gé

Bonjour,

Très beau montage expérimental !
Merci pour les photos.

Vous allez pouvoir vous rendre compte de la complexité du problème.

Je vois que votre mesure de vitesse est apparemment la vitesse à vide seulement.

Donc uniquement liée à la vitesse de l'eau et aux frottements.

Votre montage hydraulique est déplorable (mais c'est normal)

Dans une centrale hydroélectrique bien calculée (ce n'est pas toujours le cas!) La section de la conduite forcée diminue progressivement à chaque alimentation d'injecteur afin d'avoir une vitesse de l'eau constante dans la conduite.

Cela amène à une pression dynamique identique sur chaque injecteur.

Dans votre montage, la pression doit être fortement réduite sur certains injecteurs.
De plus l'écoulement de l'eau une fois passée par la roue pelton doit freiner la roue en retombant dessus.

C'est le soucis des peltons multi injecteur. Le montage en multi injecteur est souvent avec l'axe de rotation vertical. Et le "plafond" à une forme calculée pour évacuer en douceur le flux d'eau.

Pour affiner votre expérience, il faudrait rajouter une charge et voir quelle est la vitesse de rotation à laquelle vous avez le plus de puissance.

Un petit moteur DC à balai style vieux jouets d'enfants (trotinette ou moto électrique) peut faire l'affaire.
Avec quelques résistances (ampoules 12v) comme charge.

Concernant votre conclusion sur la vitesse de rotation et la puissance, il vous faudrait trouver la formule qui lie tous cela. C'est la clé de l'énigme !

Tenez nous au courant de vos découvertes.

Eric

Ah oui les tuyaux jouent un rôle aussi important?!!
Je m'étais posé la question mais je pensais que c'était négligeable.
Donc pour résoudre se problème, il faudrait faire un gros tuyau, puis quand un injecteur sort de ce tuyau, on diminue le diamètre du gros tuyau de 1/4 et ainsi de suite je présume?

On a fait les mesures à vide pour l'instant justement car on ne savait pas d'où venait ce "paradoxe".
Mais on a l'intention de rajouter un moteur, qui serait utilisé comme alternateur afin d'imposer un couple sur l'arbre de la Pelton.
Néanmoins là aussi on a un soucis.
Voici le moteur qu'on a choisit (moteur de la pompe d'un vieux lave vaisselle):

Démonté:



Assemblé:



Et on ne sait pas comment faire pour raccorder le moteur avec l'axe de la Pelton.
On a pensé à la courroie, mais vu l'énergie qu'il faut pour faire tourner le moteur, je ne pense pas que soit possible d'autant plus que cela rajouterai une force normale sur la turbine et sur le moteur?
On pensait aussi à faire un trou vertical dans l'axe de la Pelton pour y insérer l'axe du moteur mais d'une part il est peu probable qu'on le fasse bien droit et bien au centre de l'axe et ensuite perforer du métal prend beaucoup de temps avec une perceuse ^^

Ensuite j'ai une autre question. Dans les centrales, comme vous l'avez spécifié plusieurs fois, la vitesse de la Pelton est régulée par le réseau, Je me demandais donc si il serait possible d'imposer une fréquence au moteur à l'aide d'un montage électrique (résistance, bobine, condensateur, diode,....) afin de rendre constante la vitesse de notre Pelton.

Concernant les multi injecteurs, ericnoharet dit que souvent l'axe est vertical. Notre professeur avait demandé à un de ses collègues qui s'y connait sur le sujet et nous a dit que l'axe devait être horizontal. Mais est-ce que ça à vraiment beaucoup d'importance ici? Car la force de l'eau qui retombe dessus à peu de poids si on peut dire ici.

Bonsoir,

les tuyaux jouent un rôle aussi important?

Chaque élément est important, les conduites sont dimensionnées pour créer le moins de pertes de charges possible, de même le corps de l'injecteur a un diamètre supérieur à celui du jet.

Sur la turbine ci-dessous prenant environ 135 l/s, l'arrivée se fait par une "culotte" avec diamètre d'entrée DN250 (ce qui donne une vitesse d'eau V = Q / S de 0.135 / (0.25*0.25*3.14/4) = 2.7 m/s) puis l'eau est répartie par cette "culotte" vers les deux injecteurs par deux conduite de diamètre moins important, enfin les buses des injecteurs ont un diamètre encore plus faible. Cette turbine travaille sous environ 120 m de chute, ce qui donne une vitesse d'eau en sortie d'injecteur égale à racine(2 * g * H) soit racine(2*9.81*120) = 48 m/s!

La vitesse d'eau en sortie de l'injecteur est donc beaucoup plus importante que la vitesse d'eau dans les conduites !
Chaque injecteur débite 135 / 2 = environ 67 l/s, la section d'une buse (sans considérer l'aiguille) est donc de S = Q/V = 0.067 / 48 = 0.00139 m² ou 13.9 cm² soit encore un diamètre de buse D = racine ( 4 * 13.9 / pi) = 4.2 cm

On part donc d'un diamètre de 25 cm à l'entrée de la turbine pour finir par deux injecteurs de diamètre 4.2 cm

Bonne soirée

dB-)

Bonjour,

Pour l'accouplement mécanique, le mieux est un accouplement flexible en bout d'arbre.
On en trouve plein de sortes et avec tout les diamètres. On peut d'ailleurs mixer certaines références pour avoir des diamètres différents en entrée et en sortie.

Pour le moteur, je ne sais pas quel est le type de moteur que vous avez, mais je pense que vous avez le cas le plus difficile à travailler avec ce moteur.
Essayez de trouver un moteur DC à aimants permanents pour vous faire la main.

Eric