Etude théorique et expérimentale des turbines hydrauliques axiales de grande puissance spécifique

Dimensioning and performance analysis of an axial hydraulic turbine of high power/weight ratio

• Auteur / Autrice : Frank Kenyery
• Direction : Robert Rey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées, génie mécanique, construction mécanique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM

Résumé

Le but de cette recherche est le développement d'une méthodologie de dimensionnement et d'analyse des performances des turbines hydrauliques axiales de grande puissance spécifique (THAGPS). Ce type de machine est utilisé lorsqu'on a besoin en même temps d'une grande puissance, d'un encombrement réduit et d'une grande capacité de régulation. La THAGPS nécessite un nouveau tracé du rotor constitué d'aubes courtes (envergure radiale petite) et sans vrillage (l'angle de calage du profil est constant sur toute la hauteur d'aube). D'autre part, le choix d'un degré de réaction nul pour les étages de turbine à l'avantage principale de conduire à une machine pour laquelle la poussée axiale du rotor est pratiquement nulle. La turbine axiale de plus grand puissance spécifique est une turbine ayant un degré de réaction proche de zéro. Les résultats expérimentaux de la maquette essayée (mono-étage à 50% de réaction) ont mis en évidence la grande influence du nombre de Reynolds sur les performances. La puissance spécifique, le rendement maximal et la zone d'opération à rendement maximal varient fortement avec la vitesse de rotation. L'anlayse des performances de la THAGPS exige l'évaluation précise de l'influence du nombre de Reynolds sur la déflexion et les pertes hydrauliques. Dû à la complexité de l'écoulement, cette évaluation est basée sur une simulation numérique tridimensionnelle, de manière à calculer directement les différentes pertes hydrauliques qui se produisent dans un étage.