Etude paramétrique de la turbine Pelton

TP1 : étude paramétrique de la turbine Pelton[pic 1]

Groupe 3 : Mathilde Wojciechowski, Amandine Suhr, Henri Cuny

TP1 : Etude paramétrique de la turbine Pelton

Groupe 3 vendredi semaine A

Mathilde Wojciechowski, Amandine Suhr, Henri Cuny

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Responsable de TP : Elias Daouk

Table des matières

TP1 : Etude paramétrique de la turbine Pelton        1

Introduction        3

Description de l’installation        4

Mesures et obtention des valeurs :        5

1 – Etude de la variation de la puissance mécanique de la turbine en fonction de la pression        6

Analyse des courbes du couple :        7

Puissance mécanique:        8

Analyse des courbes des puissances :        9

Puissance hydraulique :        9

2- Étude de la variation de la puissance mécanique en fonction de la position du pointeau        11

3 – Détermination de la puissance maximale Pmax pouvant être fournie par l’installation        13

4 - Régulation de la puissance mécanique        14

Conclusion        15

Table des figures :

Figure 1 : Photo de l'arrière de l'installation        4

Figure 2 : Image de l'installation        5

Figure 3 : Exemple de courbe attendue        6

Figure 4 : Variation du couple en fonction de la vitesse de rotation à pression variable et pointeau constant        7

Figure 5 : Exemple de courbe attendue        8

Figure 6 : Evolution du rendement en fonction de la vitesse de rotation à pression variable et pointeau constant (2 tours)        10

Figure 7 : Variation du couple en fonction de la vitesse de rotation à pression constante et pointeau variable        11

Figure 8 :  Variation de la puissance mécanique en fonction de la position du pointeau        11

Figure 9 : Puissance mécanique maximale en fonction de la position du pointeau        12

Figure 10 : Valeurs de puissance maximae        13

Figure 11 : Régulation de la puissance mécanique        14

Tables des tableaux :

Tableau 1 : Valeurs afin de déterminer la vitesse        7

Tableau 2 : Valeurs afin de déterminer les erreurs relatives        9

Tableau 3 : Valeurs pour la puissance hydraulique        10

Tableau 4 : Synthèse des résultats pour la variation de la puissance mécanique en fonction de la position du pointeau        12

Tableau 5 : Valeurs de puissance maximale        13

Introduction

Une turbine est un dispositif mécanique rotatif transformant la puissance hydraulique d'un fluide en une autre forme d’énergie disponible sur l'arbre. Les turbines comportent généralement les trois organes caractéristiques des turbomachines : un distributeur (composé d’un ou de plusieurs injecteurs), un rotor et éventuellement, un diffuseur pour les turbines à réaction. Elles sont classées, selon leur mode de fonctionnement, en turbines à action et en turbines à réaction.

Pour les turbines à action, comme la turbine Pelton, les pressions statiques à l’entrée et à la sortie du rotor sont égales, la totalité de la pression disponible dans le distributeur est convertie en vitesse. Dans ce cas, la puissance peut être réglée à l’aide d’un pointeau (ouverture variable).

Pour les turbines à réaction, la conversion d’énergie se répartit entre le distributeur et le rotor. La pression à l’entrée du rotor est plus grande qu’à la sortie. Dans ce cas, la puissance peut être réglée via une modification des aubes directrices.

L’objectif de ce TP est d’étudier le fonctionnement d’une turbine Pelton en réglant différentes positions du pointeau incident de l’installation, pour obtenir une puissance mécanique donnée lorsque la pression motrice varie. Pour ce faire, nous avons procédé en quatre étapes :

• L’étude de la variation de la puissance mécanique sur l’arbre de la turbine en fonction de la pression. Cette première série de mesures nous a permis de démontrer l’influence des variations de pression sur la puissance mécanique, elle a donc été effectuée à position de pointeau fixe ;

• L’étude de la variation de la puissance mécanique en fonction de la position du pointeau.

Cette seconde série de mesures nous a permis de déterminer l’influence de la section d’entrée de l’injecteur sur la puissance mécanique, elle a été effectuée à pression constante

• La détermination de la puissance maximale pouvant être fournie par l’installation. Cette mesure nous a donné la gamme de puissance pouvant être délivrée par l’installation (turbine + pompe centrifuge) ;

• La régulation de la puissance mécanique. Pour une pression d’entrée imposée, nous avons déterminé la position du pointeau permettant à l’installation de fournir 30% de la puissance maximale disponible.

Description de l’installation

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Figure 1 : Photo de l'arrière de l'installation

La turbine de Pelton est une turbine hydraulique censée fonctionner avec des chutes d’eau supérieures à 400m. Ici nous simulons cette chute par une pompe centrifuge qui enverra de l’eau sous pression dans l’injecteur.

Pour réaliser nos mesures nous allons pouvoir jouer sur deux paramètres : la pression, réglée par la soupape d’étranglement et le débit réglé par un pointeau qui gère l’ouverture de l’injecteur. L’eau sortante de cet injecteur viendra frapper les augets et entraînera la rotation de l’arbre, relié à un alternateur et générant donc de l’énergie.

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