Transparents du Cours Magistral

07/04/2014
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Machines Hydrauliques
J. Albagnac, L. Cassan, V. Roig
1H
avril-mai 2014
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Plan
• Introduction générale
• Chapitre 1 : Connaissances de base sur les turbo-machines
• Chapitre 2 : Courbes caractéristiques des Pompes & Turbines (présentation du BE 1)
• Chapitre 3 : Analyse adimensionnelle
Turbo-Machines Hydrauliques : pompes centrifuges, turbines hydrauliques

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• Introduction générale
Diverses technologies de convertisseurs en mécanique des fluides :
* « Machines Hydrauliques » :
-capsulismes : pompes volumétriques alternatives ou rotatives
- Dans le cadre de ce cours :
turbo-machines : transfert entre un rotor (partie mobile) et le fluide
* pompes magnétohydrodynamiques (MHD), génératrices MHD
* éjecteurs pour le pompage etc ...
( Pompes & Turbines )
A quoi servent ces machines hydrauliques ?
(1) production hydroélectrique : turbines (machines motrices) extraient l’énergie du fluide
(2) stations de pompage : pompes (machines génératrices) fournissent de l’énergie au fluide
Turbo-machines hydrauliques : hypothèse : écoulement incompressible !
(compresseurs & turbines à gaz ou vapeur vus en 2H et 3H)
• Introduction générale
Ex. d’enjeu avec la
centrale de Gezhouba :
lieu : Chine, fleuve Yangtse
21 turbines
eau très chargée
H très variable : 6 à 27 m
Q de l ’ordre de 1000 m3/s par turbine
ex : masse d ’une roue = 420 t
Roue de turbine Kaplan 176 MW
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Quelques noms de groupes industriels : Alstom Power, VA Tech, ITT Flygt, Sulzer , Coyne & Bellier

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Il existe de nombreuses technologies de machines hydrauliques !
Et de nombreux modes d ’utilisation !
Problèmes pour l ’ingénieur :
Choix d ’une technologie optimale, adaptée au cahier des charges d ’une installation
⇒Comprendre
(1) les principes de fonctionnement interne, les spécificités des diverses machines,
leurs classifications
(2) les contraintes d ’une mise en fonctionnement sur réseau
& mettre en œuvre des calculs pratiques, savoir dimensionner des installations
• Introduction générale
H
Q
Relat°entre
(H, Q, vitesse ω,dimens° R, angles αi) ?
R
ω
αi
Ex. pour une pompe :
(3) Savoir choisir une machine ! (ex. grandes classes de turbines)
Turbines à action
Turbines à réaction
(fonctionnement à P cste, utilisation de l ’énergie cinétique (impact d ’un jet))
(machine fermée, utilisation de l ’énergie cinétique et des variations de pression, Equation d ’Euler)
Exercice
• Introduction générale

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Bibliographie
Ouvrages édités :
Lire l’une de ces 2 premières références (1) ou (2)
(1) White F. M., 1998, Fluid Mechanics, Mc Graw Hill : chapitre 11
(2) Munson B. R., Young D. F. & Okiishi T. H., 2002
, Fundamental of Fluid Mechanics, John Wiley & Sons :
chapitre 12
(3) Spurk J. H., Aksel N., 2008, Fluid Mechanics, Springer (référence intéressante en mécanique des
fluides)
(4) D. J. Tritton, Physical Fluid Dynamics, 2d Edition, Oxford University Press, 1988 (Pour la partie
N.S. en référentiel relatif)
(5) M. Sedille, Turbo-Machines hydrauliques et thermiques, tome II, pompes centrifuges et axiales,
turbines hydrauliques, 1967, Masson (référence complète, un peu ancienne)
(6) R. Bidard, J. Bonnin, Energétique et turbomachines, 1979, Eyrolles (avec machines compressibles)
(7) P. Henry, Turbomachines hydrauliques, choix illustré de réalisations marquantes, 1992, Presses
Polytechniques et Universitaires Romandes. (belles illustrations)
Téléchargeables :
(8) sous la direction de Chapallaz J. M. et Graf J., Petites centrales hydrauliques, Turbines
hydrauliques, 1995, programme d’action PACER, Office fédéral des questions conjoncturelles, Berne
(9) Techniques de l’ingénieur
• Introduction générale
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Chapitre 1 : Connaissances de base sur les turbo-machines
incompressibles
• Connaissances de base

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• Plan du chapitre :
– section 1 : Les deux problèmes de base de ce cours
– section 2 : Fonctionnement général des turbo-machines :
. Description du mouvement du fluide dans différents aubages (Triangle des vitesses)
. Outils de la mécanique des fluides (bilan de masse, relation d’Euler des turbomachines,
Th de Bernoulli en référentiel tournant)
• Connaissances de base
(1) Assurer la mise en fonctionnement sur réseau => Calculer la contrainte énergétique imposée
par le réseau externe à la turbomachine
• Les savoirs recherchés dans cet enseignement :
• Théorème de l ’énergie mécanique
(2) Comprendre le fonctionnement interne d ’une turbomachine = comprendre comment avec
différents aubages on génère des variations d ’énergie cinétique, potentielle ou des variations de
pression entre l ’entrée et la sortie
+ Théorème du moment cinétique (ou équation d’Euler des turbomachines)
& / ou
Théorème de Bernoulli en repère tournant
• Théorème de l ’énergie mécanique
section 1 : Les deux problèmes de base de ce cours