Roue de turbine Kaplan : régime, moyeu, pales et recouvrement

La roue est calculée par Heliciel, par la théorie de l'élément de pale en mode conduite forcée. L'onglet Roue en fixe les données d'entrée : régime, moyeu, nombre de pales et recouvrement, puis l'envoie au projet du concepteur.

Au sommaire :

• Régime de la roue
• Diamètre de moyeu de la roue
• Nombre de pales et recouvrement
• Envoyer la turbine au projet Heliciel et contrôler la cavitation

Régime de la roue

• Régime de similitude : reprend le régime réglé dans l'onglet Type de turbine ;
• Saisie (tr/min).

Angle de flux aux pales = Atan(vitesse axiale / vitesse en bout de pale), affiché sous la saisie.

Le régime est imposé en pratique par la génératrice, son nombre de pôles et un éventuel multiplicateur : choisissez-le d'abord, puis faites varier la géométrie.

Exemple

La roue en rotation (ralentie à l'écran) et les trajectoires de l'eau qui la traversent.

Diamètre de moyeu de la roue

• ESHA (Lugaresi et Massa) : d = (0,25 + 0,0951 / NQe)·D ;
• Statistique Kaplan : rapport d/D1 de la courbe de similitude ;
• Curseur : rayon de pied de pale en pourcentage du rayon.

Le moyeu loge le mécanisme de variation de pas : trop petit, il ne le contient plus ; trop gros, il réduit l'anneau de passage et accélère l'eau.

Exemple

La roue en coupe cotée : diamètre de roue et diamètre de moyeu.

Nombre de pales et recouvrement

• Nombre de pales : saisie, ou statistique, la valeur proposée pour la vitesse spécifique courante étant affichée entre parenthèses. L'image montre la roue correspondante.
• Recouvrement (%) : chevauchement des pales vues de face. Il change la chute absorbée par la roue sans changer ni son régime ni ses diamètres : c'est la variable que les solveurs ajustent.

Exemple

La roue vue de dessus : nombre de pales et recouvrement des cordes.

Envoyer la turbine au projet Heliciel et contrôler la cavitation

Le bouton Envoyer la turbine au projet Heliciel reconstruit l'hélice dans le concepteur, en conduite forcée, avec :

• la pression disponible ΔP = ρ·g·(Hb − pertes de la veine), qui sert de dénominateur au rendement en conduite forcée ;
• le tourbillon produit par le distributeur, transmis comme une rotation d'ensemble qui porte le même moment cinétique.

Ce bouton n'équilibre pas : si la roue et le parcours absorbent plus que la chute, le projet le signale. L'aspirateur n'est pas transmis.

La case Contrôle de cavitation sur les pales transmet une hauteur d'immersion égale à la pression manométrique à l'entrée de roue divisée par ρ·g, qui permet au calcul des pales de détecter la cavitation. Elle est désactivée pendant l'équilibrage et la cavitation est jugée après.

Dans le projet, le « ratio de chute exploitée » compare le seul Δp statique de la roue à Hn ; la part de chute prise sous forme de tourbillon n'y figure pas, mais elle est bien convertie en couple. L'onglet Méthode détaille ce bilan.

Exemple

Le concepteur d'Heliciel après l'envoi : le projet porte la roue de la turbine, en conduite forcée, avec ses résultats. Sa vue 3D montre la roue seule.

Pour aller plus loin

La page de référence Hydro Turbine design présente la méthode complète et un cas d'étude chiffré. Les autres pages d'aide de la fenêtre :

• Panneau de commandes
• Implantation
• Bâche spirale
• Distributeur
• Roue
• Aspirateur
• Vitesse spécifique
• Statistiques
• Vues et graphe piézométrique
• Kit de fabrication
• Résultats, méthode, erreurs