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Systématisation hydraulique et

standardisation mécanique, les bases d’une

turbine réussie

Atelier technologies et services

Mhylab

10èmes Rencontres France Hydro Electricité

31 mai et 1er juin 2018 - Arles

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Contenu de l’atelier

• Quelques mots sur Mhylab

• Les programmes de développement

• La systématisation hydraulique

• La standardisation mécanique

• Conclusion

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MHYLAB

EN QUELQUES MOTS

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Mhylab: centre de compétences en petite

hydro-électricité

3 pôles d’activité:

Ingénierie Conception de turbines

Laboratoire d’essais indépendant

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Analyse sommaire

Etude de faisabilité

Avant-projet

Réalisation

spécifications techniques

rédaction du cahier des charges

analyses des offres

négociation de contrats

revue de conception

suivi de fabrication

suivi de mise en service

Etudes de potentiel

Expertises

L’ingénierie

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La conception hydraulique de turbines

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Mhylab en résumé

• Mhylab: 100% petite hydraulique

• Plus de 20 ans d’expérience nationale et internationale

• Projets sur l’eau potable, les eaux usées, en rivière,

réhabilitations et nouveaux sites

• Des études de potentiel à la mise en service

• Plus de 220 turbines conçues pour une dizaine de constructeurs

• Des essais de qualification et développement en laboratoire

pour tiers

• Synergies stand d’essais / ingénierie / terrain

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LES DOMAINES DE

DÉVELOPPEMENT

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Les domaines

développés

1. Pelton 1 à 5 injecteurs

(Hn ≥ 60 m)

2. Diagonale/Dériaz

(20 ≤ Hn ≤ 80 m)

3. Kaplan et axiales

(3 ≤ Hn ≤ 30 m)

4. Siphon et très basse chute

(Hn ≤ 5 m)

5. Pico

(Hn ≤ 6 m)

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LA SYSTÉMATISATION

HYDRAULIQUE

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Quels besoins et critères ?

• Simplicité

Impact sur:

Facilité de fabrication => coût

Facilité de maintenance => rentabilité

Fiabilité => rentabilité

• Comportement hydrodynamique garanti

Impact sur:

Production => rentabilité

Fiabilité => rentabilité

Durabilité => rentabilité

=> Nécessité de développements sur banc d’essais

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Les développements en laboratoire

Développement et essais sur des turbines

géométriquement semblables aux prototypes

(modèles réduits)

Résultats obtenus transposables selon les

normes internationales

Possibilité de corriger les éventuels défauts

avant de construire la machine industrielle

Possibilité de concevoir une machine optimale

offrant toute les garanties (performances,

cavitation, etc.)

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Problématique des développements en

laboratoire pour la petite hydro

Coûts de développement sur modèle réduit du même

ordre de grandeur que celui du coût de construction

de la turbine.

=>

Nécessité de ne pas avoir à répéter les essais pour

chaque projet.

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• Conception initiale: théorique, numérique (CFD), adaptation / simplification de

solutions existantes aux spécificités de la petite hydraulique,

• Développements itératifs

Analyse expérimentale & numérique du comportement hydraulique

Optimisations

Evaluation des performances du modèle réduit

• Caractérisation complète en laboratoire paramétrisation complète et lois

d’évolution

• Lien direct entre évolution des paramètres constructifs et comportement

hydrodynamique

La systématisation

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• Conception optimale pour chaque site correspondant

exactement aux caractéristiques de chute et débit

• Ne renchérit pas la turbine

• Permet de donner des garanties fermes de

fonctionnement hydrodynamique

• Offre une assurance sur la pérennité de l’investissement

• Offre une assurance sur les recettes futures

La systématisation

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Risques évitables par la systématisation

0.74

0.75

0.76

0.77

0.78

0.79

0.80

0.81

0.82

0.83

0.84

0.85

0.86

0.87

0.88

0.89

0.90

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000

Q/Qn

h

Développement enlaboratoire

Développementempirique

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LA STANDARDISATION

MECANIQUE

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Conception mécanique / fabrication [constructeur]

R&Dconception/développements

Site[réhabilitation, potentiel hydroélectrique, réseau]

Collecte des données / études

Caractéristiques / données

Transpositionmodèle réduit prototype

Modèle réduitessais/mesures/

développements/caractérisations

Collines [rendement/cavitation]

Dimensionnement - optimisation

Garanties de fonctionnement [rendements – cavitation - mécanique]

Performance - Fiabilité – Durée de vie – Maintenance réduite

Une chaîne de valeur complexe

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Mhylab, laboratoire d’hydraulique…

Alors pourquoi une standardisation mécanique?

• Constat de la complexité mécanique de la turbine Dériaz

• Similaire à une Kaplan, mais…

Vitesses de rotation plus rapides

Chutes plus élevées

Efforts plus importants

Inclinaison des pales de la roue

• Nouveau produit => pas de retour d’expérience chez la majorité des

constructeurs

• Nécessité de réduire les coûts sans augmenter le risque technique !

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Buts de la standardisation mécanique

• Proposer un ensemble de bonnes pratiques

• Offrir un guide de conception permettant de limiter les coûts de

développement

• Mutualiser les retours d’expérience

• Réduire les coûts du design mécanique => augmenter la

compétitivité

Le tout sans se substituer aux constructeurs de turbines !

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La démarche appliquée à la turbine Dériaz

• Choix d’un point de

calcul correspondant

à un point extrême du

domaine de chute et

de taille de roue

motrice:

DZ = 77 m

Hn = 76 m

Qn = 1.4 m3/s

n = 1000 t/min

12 pales

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La démarche appliquée à la turbine Dériaz

• Définition du profil

hydraulique (y.c.

efforts, cavitation,

rendement,

emballement, etc.)

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La démarche appliquée à la turbine Dériaz

• Conception mécanique générale

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La démarche appliquée à la turbine Dériaz

• Vérification de la

standardisation

• Définition des notes de

calcul et du guide de

conception.

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Bilan de la standardisation mécanique

• Les résultats obtenus sont applicables sur toute la gamme de

turbines Dériaz en utilisant un facteur d’échelle.

• Des possibilités d’optimisation peuvent être envisagées pour les

variantes à 10 et 8 pales, mais la technique développée pour la

12 pales peut également être reprise telle quelle.

• Les clients constructeurs de Mhylab disposent d’un guide de

conception pour ce type de machine.

• Le risque technique est très fortement limité, la conception finale

étant toutefois du ressort du constructeur.

• Cette méthode est applicable aux autres types de turbines

développés par Mhylab

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CONCLUSIONS

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Les clés de la réussite d’un projet

• Qualité de l’ingénierie globale du site et des études

• Connaissance des données de base

• Choix optimal du débit d’équipement et du débit unitaire

• Systématisation hydraulique

• Conception de la turbine optimale pour le site

• Garanties de performances et de comportement

hydrodynamique

• Standardisation mécanique

• Rapport qualité/prix élevé

• Réduction drastique du risque technique

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Un seul objectif

Assurer la pérennité de

l’investissement et sa rentabilité

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Stand d’exposition n°5

Pour en savoir plus