Mesures et calculs relatifs au couple de pivotement agissant sur les aubes de turbines Kaplan

Résumé

Dans la présente étude, nous donnons tout d'abord un aperçu des couples de pivotement tels qu'ils ressortent de mesures typiques sur différentes installations. Puis nous intercalons un complément pour le calcul du couple d'origine centrifuge. Le rapport entre ce couple et celui d'origine hydraulique est ensuite discuté, et illustré par les valeurs établies pour une gamme d'installations.

Des essais faits dans le laboratoire de mécanique des fluides des Ateliers des Charmilles sont présentés, en particulier la technique employée pour mesurer les couples de pivotement. Les résultats de mesures de couple sur une turbine dont on a varié le nombre de pales sont présentés sous la forme habituelle aux constructeurs. Le dépouillement est poursuivi pour permettre une comparaison avec les coefficients de l'aérodynamique.

Des calculs schématiques des deux cas limites du profil isolé et de la grille très serrée montrent les caractères des forces hydrauliques dans les cas extrémes de la faible chute et de la haute chute, respectivement d'une vitesse spécifique élevée et faible. Entre ces limites, l'effet de grille sur le couple de pivotement est illustré par un dépouillement des diagrammes qu'a publiés le professeurSchlichting. Un calcul typique de profil Kaplan, faisant aussi ressortir l'influence du pas relatif et de l'épaisseur sur le couple de pivotement, est effectué au moyen de la méthode du professeurAckeret.

Summary

The knowledge of the twisting moment acting on the blades of turbines is particularly important for the construction of Kaplan water turbines. The moment due to the centrifugal forces is shown to amount to as much as 30% of the maximum hydraulic moment. Moments of rotation were measured at the Charmilles Engineering Works on a model runner with various numbers of blades. Measurements on radii upstream allow a computation similar to the one used in aerodynamics for isolated aerofoils. The character of governing forces measured in various plants can easily be explained by the behaviour of cascades in both limit cases of a very rapid and very slow runner, i. e., cord/pitch=0 and ∞. Pressure distributions calculated bySchlichting on actual cascades show an intermediate tendency of the pitching moment in function of the stagger angle. Calculations made with the Ackeret method show the influence of thickness when the distribution of the vortices is unchanged.