LA H O U I L L E B L A N C H E
L'utilisation des eaux en excès pour renforcer les chutes
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P a r A . E O C H , Chargé de cours à la F acuité des Sciences de Bordeaux.
L'article ci-dessous est une analyse d'un travail paru dans le « General Electric Review » en octobre 1 9 2 2 (p. 598). Le procédé préconisé consiste à créer un ressaut dans le lit aval en diminuant brusquement la vitesse d'écoulement des eaux. Si le tube d'aspiration d'une turbine débouche immédiatement avant le ressaut, on gagne une charge égale à la hauteur du ressaut.
Si on utilise les eaux en excès au moment des crues à créer ce ressaut, on peut améliorer notablement le régime d'une usine de basse chute.
O n sait q u e les usines d e basse c h u t e sont affectées p a r les crues plus encore peut-être, q u e par les étiages. L e niveau aval s'élève e n effet d a v a n t a g e q u e le niveau a m o n t ; c o m m e le débit d'eau à Ira vers u n e turbine est limité p a r les d i m e n s i o n s d e celle-ci, la puissance débitée d i m i n u e r a a v e c la charge ; m a i s d'autre part, la diminution d e charge influe sur le r e n d e m e n t hydraulique — cl dans le m a u v a i s sens. — Il n'est p a s rare d e voir des groupes électrogènes qui, e n hautes e a u x , sont tout juste capables d e tourner à vide.
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sur la face aval d e ce dernier façonnée e n doucine. Elles y acquiè- rent u n e g r a n d e vitesse, d'où formation d'un ressaut a u d é b o u c h é d a n s le canal d e fuite. Si le t u b e d'aspiration a son orifice aval u n p e u a v a n t le ressaut, il est évident q u e l'on g a g n e r a la h a u t e u r J représentant la h a u t e u r d e ce dernier.
L e s expériences ont été effectuées sur des m o d è l e s à échelle réduite. D a n s u n essai p a r e x e m p l e o ù la chute H eut été sans l'emploi d u ressaut 0m7 2 , le ressaut a p e r m i s d e g a g n e r 3 1 c/m.
L a turbine débitait 0,085 m 3 sec. et il passait p a r dessus le déver- soir 0,61 m 3 sec. L e gain d e charge est d o n c fort intéressant et il a p u être encore amélioré e n m u n i s s a n t le talus aval d e nervures g u i d a n t l'écoulement et a u g m e n t a n t la vitesse à la base d u dé- versoir.
R e s t e à passer à l'exécution. D e s théories d e la similitude h y - draulique, il résulte q u e si o n multiplie les dimensions linéaires d e l'ouvrage p a r m, le débit d e v r a être multiplié p a r vec tant d a n s la turbine q u e d a n s le déversoir. P a r e x e m p l e d a n s le cas précédent o n aurait p u g a g n e r J = 3,1 m sur u n e chute H = 7 , 2 m p o u r u n débit d a n s la turbine d e 0,085 X 101 = 2 7 m 3 sec:
en faisant passer sur le déversoir 0,61 x 1 0 - = 1 9 3 m 3 sec.
L a fig. 2 indique le gain d e charge J q u e l'on obtiendrait a v e c des turbines débitant 1 9 m 3 sec. q u a n d o n fait passer sur le dé- Le. p r o b l è m e s'est depuis l o n g t e m p s p o s é
d'utiliser les e a u x e n e x c é d e n t a u m o m e n t des crues p o u r «renforcer» les chûtes, c'est-à-dire en fait, p o u r obtenir sur la turbine u n e charge égale à la charge n o r m a l e . O n connaît depuis 1907, le renforceur Herschell (1), d a n s lequel les e a u x e n excès passent à travers u n e gigantesque t r o m p e à e a u . A u droit d e l'étranglement d e cette dernière d é b o u c h e le tube d'aspiration d e la turbine d o n t l'eau s'échappe ainsi d a n s u n e a t m o s p h è r e raréfiée.
O n peut t h é o r i q u e m e n t g a g n e r ainsi 10,33 m . d'eau. Il est évident q u e p r a t i q u e m e n t le gain doit être n e t t e m e n t m o i n d r e .
L e renforceur Herschell exige d ' é n o r m e s trompes, c'est-à-dire e n dernière analyse d e s cubes d e m a ç o n n e r i e prohibitifs. C'est la raison, semble-t-il, p o u r laquelle il n'a p a s été appliqué de façon v r a i m e n t industrielle. Aussi convient-il de signaler le procédé essayé a u laboratoire hydraulique d e l'Université d'Iowa, à la d e - m a n d e d e la « I o w a R a i l w a y a n d L i g h t C o m p a n y of C e d a r R a p i d s ».
D a n s ce procédé, o n d o n n e s i m p l e m e n t a u barrage-déversoir qui définit la c h u t e u n e section d e f o r m e convenable. Il n'y a d o n c a u c u n e d é p e n s e s u p p l é m e n t a i r e p o u r établir le renforceur.
L e f o n c t i o n n e m e n t d u s y s t è m e résulte i m m é d i a t e m e n t d e la fig. 1. L e s e a u x e n excès glissent p a r dessus la crête d u déversoir,
Ch&rtjie effective M en m. c/'e&u
1
12 'P Fig. 2
(!) H E R S C H E L L ( C ) , Engineering News, 5 9 (1907), p. 635.
versoir 1 6 2 m 3 sec. O n a porté e n o r d o n n é e s la différence d e n i v e a u H entre l'amont et l'aval et e n abscisses la charge effective sur les turbines. P o u r établir cette figure o n est parti d e d o n n é e s recueillies sur u n déversoir étudié à l'Université d ' I o w a ; les d i m e n s i o n s linéaires o n t été ensuite multipliées p a r 9,4 (d'où les
5 abscisses et les o r d o n n é e s d e la figure) et les débits p a r ( 9 , 4 )2.
U n point intéressant à signaler est le suivant : Il n'y a p a s Article published by SHF and available athttp://www.shf-lhb.orgorhttp://dx.doi.org/10.1051/lhb/1923009
58 L A H O U I L L E B L A N C H E intérêt à a u g m e n t e r indéfiniment le débit d e l'eau sur le déversoir :
P a r e x e m p l e , soit u n e installation h y d r a u l i q u e o ù presque toute l'eau passe p a r les turbines ; l'eau e n excès passant p a r dessus le barrage étant négligeable, la h a u t e u r d e c h u t e est alors d e 1 0 m . Faisons arriver d e s quantités d'eau croissantes, les n i v e a u x v o n t s'élever à l'aval plus qu'à l'amont, la c h u t e n o r m a l e baisse. T a n t q u e le débit par dessus le déversoir est inférieur à 4 6 0 m 3 s e c , le gain de chute par utilisation du ressaut compense à peu près exactement la baisse de chute normale. E n d'autres
termes, la turbine avale à p e u près a u t a n t d'eau et conserve u n e puissance à p e u près constante. A u delà, la charge effective II + J d i m i n u e .
D e s détails sont p r o m i s p o u r u n e publication ultérieure. Il n o u s a p a r u intéressant d e signaler dès m a i n t e n a n t les premiers résul- tats acquis. P o u v o n s - n o u s e x p r i m e r le v œ u q u e ces résultats soient bientôt contrôlés en F r a n c e ? L e u r confirmation apporterait u n e sérieuse contribution a u p r o b l è m e d e l'utilisation d e s basses chutes, d o n t l'importance croît d e jour en jour.
Quelques Considérations sur les Tôles de Conduites forcées d'Usines hydrauliques, et sur les Tôles des Chaudières.
P a r P. D E J E A N , Docteur ès-sciences
Directeur du Laboratoire des essais mécaniques et métallurgiques de l'Institut Polytechnique de Grenoble
Dans une récente séance, la Société scientifique de l'Isère, après avoir entendu la conférence de M.Dejcun, dont nous publions le texte ci-après a émis le vœu suivant :
« Etant donné l'importance qu'il y aurait, tant pour les constructeurs que pour les métallurgistes, de
« connaître très exactement les conditions indispensables pour obtenir de bonnes tôles pour conduites forcées
« et pour chaudières, la Société Scientifique d e l'Isère invite les intéressés à lui faire part de toutes les obser-
« votions que leur expérience ou leurs études systématiques ont pu leur fournir sur celle question. Elle tâchera
« tout particulièrement de tirer de ces renseignements les données susceptibles d'aider à la meilleure utilisation
« de ces produits et à leurs conditions de réception. »
Le Comité de Rédaction de la Houille B l a n c h e s'associe ci l'heureuse initiative prise par la Société Scientifique de l'Isère et informe les lecteurs de la Houille B l a n c h e qu'elle ouvre largement les colonnes de la revue à toutes les suggestions qui pourraient lui être communiquées sur cette importante question.
C O N D U I T E S RIVÉES. — C O N D U I T E S S O U D É E S
O n sait le rôle i m p o r t a n t q u e joue d a n s l'installation d'une usine h y d r a u l i q u e à h a u t e chute, la conduite forcée. Cette conduite d a n s laquelle circule l'eau d'alimentation des t u r b m c s , à des pressions qui p e u v e n t atteindre 1 2 a t m o s p h è r e s et plus est constituée p a r u n e série d e tronçons f o r m é s d e tôles assemblées soit p a r s o u d u r e soit p a r rivure.
A N A L O G I E E N T R E U N T R O N Ç O N D E C O N D U I T E RIVÉE E T U N CORPS CYLINDRIQUE D E C H A U D I È R E
P o u r des raisons d'ordre t e c h n i q u e : nécessité d e résister à d e b r u s q u e s efforts (coups d e béliers), à la dilatation et a u x divers à-coups qui se produisent lorsqu'on emplit o u lorsqu'on vide les conduites , o n a été a m e n é à a d o p t e r p o u r la constitution des conduites métalliques u n acier très p e u fragile. O n a choisi d e l'acier extra d o u x d o n t la résistance à la r u p t u r e est comprise entre 3 5 et 4 0 k g s p a r millimètre carré. L a construction des tronçons rivés, tant p a r la n a t u r e d u m é t a l q u e p a r le m o d e d e travail utilisé se r a p p r o c h e b e a u c o u p d e celle des corps d e c h a u - dières. Il n'est d o n c p a s illogique d'étudier s i m u l t a n é m e n t ces d e u x genres d'appareils, si dissemblables e n a p p a r e n c e : conduites rivées et corps d e chaudière. C e r a p p r o c h e m e n t n e sera p a s p o u r surprendre d u reste les c o n s o m m a t e u r s d'énergie qui rencontrent à c h a q u e instant des points d e contact bien plus inattendus entre la Houille B l a n c h e et la Houille Noire.
CONDITIONS A EXIGER D U M É T A L P O U R Conduites soudées
P o u r les conduites soudées, les conditions auxquelles doit r é p o n d r e le m é t a l sont u n p e u spéciales. C e sont ces conditions
q u e je vais étudier tout d'abord.
E n d e h o r s d e leur résistance, élasticité et n o n fragilité, les tôles destinées à cette fabrication doivent a v a n t tout être sou-
dables. C'est-à-dire q u e les d e u x parties à réunir d o i v e n t après avoir été portées à u n e t e m p é r a t u r e c o n v e n a b l e (qui est voisine d e 1.300° et q u e l'on n o m m e t e m p é r a t u r e d u b l a n c s o u d a n t ) se s o u d e r o u si l'on a i m e m i e u x a d h é r e r p a r f a i t e m e n t après avoir été écrasées l'une contre l'autre soit p a r m a r t e l a g e a u m a r t e a u , soit a u m o y e n d e presses o u d e m a c h i n e s spéciales, et cela sans interposition d e matières étrangères.
J e n'entrerai d a n s a u c u n détail a u sujet d e cette soudure, je dirai s i m p l e m e n t q u e d e u x parties bien s o u d é e s doivent d o n n e r à l'essai d e traction u n e résistance à p e u près égale (à 1 0 % près) à celle d u m é t a l qui n'a p a s été s o u d é .
I M P O R T A N C E D E L A Q U E S T I O N
L e s t o n n a g e s d'une fourniture d e conduite forcée i m p o r t a n t e se chiffrent p a r des centaines d e t o n n e s d e tôles. Si ces tôles sont défectueuses à la s o u d u r e , o n voit la gravité des rebuis et les ennuis qui p e u v e n t e n résulter t a n t p o u r l'industriel qui doit fabriquer la conduite q u e p o u r le métallurgiste qui a élaboré les tôles. Il serait d o n c u r g e n t d'arriver p a r des études s y s t é m a t i q u e s à trouver les conditions nécessaires et suffisantes p o u r obtenir la soudabilité des tôles et p o u r e n déduire les condi-
tions indispensables à leur b o n n e fabrication.
Soudabilité de l'Acier
Q u a n d o n travaillait le fer fabriqué a u four à p u d d l e r , celte s o u d u r e était très facile. M a i s , le four à p u d d l e r avait d'autres inconvénients, et, p o u r des raisons d e m a i n d'oeuvre et d e prix d e revient, il n e se fabrique p o u r ainsi dire plus. A v e c l'acier extra d o u x o b t e n u a u four M a r t i n o u a u convertisseur, bien que d e c o m p o s i t i o n très voisine d e l'ancien fer, cette condition n'est p a s toujours réalisée. Certaines fournitures se s o u d e n t bien
