À chute et débit donnés, la vitesse spécifique dit si la machine sera une Pelton, une Francis ou une hélice Kaplan.
Vitesse spécifique d'une turbine hydraulique : Ns, NQe et NQh
La vitesse spécifique classe les turbines : à chute et puissance données, elle dit si la machine sera lente et large, comme une Pelton, ou rapide et compacte, comme une hélice ou une Kaplan. L'onglet « Type de turbine : vitesse spécifique » la calcule sous ses trois formes, à partir d'une hauteur nette estimée et d'un régime d'essai.
Onglet Similitude des turbines, sous-onglet Type de turbine : vitesse spécifique, dans la partie droite de la fenêtre. Chaque bloc expliqué ici porte dans la fenêtre un picto ? : un clic sur ce picto ouvre directement la section correspondante de cette page.
Au sommaire :
- Hauteur nette estimée : Hn = Hb − Dp
- Régime d'essai de similitude
- Vitesse spécifique Ns
- Vitesse spécifique NQe
- Vitesse spécifique NQh
Hauteur nette estimée : Hn = Hb − Dp
- Cocher 10 % de Hb pour une première estimation.
- Après un équilibrage, décocher et saisir la perte réellement calculée.
La vitesse spécifique se calcule avec la hauteur nette, Hn = Hb − Dp, Dp étant la perte du parcours hors roue au débit maximal, distributeur ouvert au maximum. Avant tout calcul, on ne la connaît pas : on l'estime, soit à 10 % de Hb par la case à cocher, soit par une saisie. Après le premier équilibrage, reportez la perte réellement calculée.
Régime d'essai de similitude
- Ajuster le régime avec + et −.
- Regarder les pictogrammes de validation : celui de la turbine Kaplan doit s'allumer.
- Reporter ce régime sur la roue.
Ce régime (tr/min, avec son équivalent en tr/s) sert à calculer les trois vitesses spécifiques. Ajustez-le avec + et − jusqu'à ce que Ns tombe dans la plage statistique du type voulu : les pictogrammes de validation s'allument pour Kaplan, Francis lente, Francis rapide ou Pelton. La roue peut ensuite reprendre ce régime.
Cette fenêtre ne dimensionne que les turbines hélice et Kaplan ; les Francis et Pelton sont données à titre d'information.
Exemple
L'onglet Type de turbine : régime d'essai, vitesses spécifiques et abaque de choix entre Pelton, Francis et Kaplan.
Vitesse spécifique Ns
Ns = N·√P / H5/4, avec N en tr/min, H la hauteur nette (m), P la puissance en chevaux = ρ·g·Q·H·rendement / 736, le rendement étant pris à 82,5 %.
C'est l'indice historique des abaques de turbines, et celui des courbes statistiques des onglets de statistiques.
Vitesse spécifique NQe
NQe = N·√Q / E3/4, N en tr/s, Q en m³/s, E = 9,81·H l'énergie massique (J/kg), H la hauteur nette.
Sans dimension, elle ne dépend pas du système d'unités. C'est elle qu'emploient les formules ESHA du diamètre de roue et du moyeu.
Vitesse spécifique NQh
NQh = N·√Q / H3/4, N en tr/min, Q en m³/s, H la hauteur nette (m).
Construite sur le débit plutôt que sur la puissance, elle ne suppose aucun rendement. Elle sert à comparer avec les catalogues qui l'emploient.
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 :







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