Dimensionarea unui șurub Arhimede pentru hidroelectricitate - INSA Strasbourg. Optimizarea unui șurub arhimedean pentru producerea de energie în microhidrocentrale.

de Guilhem DELLINGER, Abdelali TERFOUS, Abdellah GHENAIM, Pierre-André Garambois

CUVINTE CHEIE: Mecanica fluidelor, energie regenerabilă, microcentrala hidroelectrică, șurubul Archimedes, experimentare

Rezumat

Utilizarea șurubului lui Arhimede în centralele microhidroelectrice este un mijloc recent și în curs de dezvoltare de producere a energiei regenerabile. Este utilizat în principal pentru exploatarea cascadelor cu debite și înălțimi mici. În acest articol, ne propunem să studiem experimental performanțele acestui tip de turbină în funcție de parametrii hidraulici și geometrici. Prima parte arată influența nivelului apei în aval de șurub asupra performanței turbinei. Randamentele și cuplurile sunt apoi măsurate experimental în funcție de viteza de rotație a șurubului cu debit fix și apoi, în funcție de debitul cu viteza de rotație fixă. Rezultatele obținute oferă informații esențiale despre proiectarea acestui tip de microcentrală.

Introducere

Principiul șurubului Arhimede este cunoscut de mai bine de 2000 de ani. Deși acest lucru este contestat de mulți istorici, invenția acestui șurub este în general atribuită lui Arhimede din Siracusa (287-212 î.Hr.). Din secolul al XIV-lea am început să folosim șurubul Arhimede pentru a ridica cantități mari de apă la înălțimi mici. Astăzi, este încă utilizat frecvent pentru creșterea apelor uzate în stațiile de epurare, de exemplu. Abia în 14, Karl-August Radlik a propus pentru prima dată utilizarea șurubului Archimedes sau șurubul hidrodinamic, ca turbină pentru a produce energie [RAD 1992]. Primul șurub micro-central cu Arhimede într-un mediu natural a fost apoi instalat în 97
pe râul Eger din Aufhausen (Germania) și dezvoltă o putere de 4 kW . Există acum peste 180 de astfel de instalații în Europa și peste 400 la nivel mondial [LAS 11]. Potrivit Williamson și colab. [WIL 14] aceste microcentrale au un potențial ridicat pe cascade cu înălțimi mici și cu debit scăzut. Înălțimea maximă este în jur de 10 m iar debitul poate ajunge la 10 m3 .s-1. Cea mai puternică instalație instalată până în prezent se află pe Canalul Albert (Belgia) și dezvoltă o putere de 400 kW . Unul dintre avantajele principale ale acestui tip de centrală este, în primul rând, capacitatea sa de a menține o eficiență ridicată, în ciuda fluctuațiilor de debit. Astfel, debitul poate varia cu plus sau minus 20% în jurul debitului nominal, fără ca acest lucru să aibă vreun impact asupra randamentului [BRA 93]. Un studiu recent realizat pe 70 de microcentrale din Europa a arătat că eficiența medie a tuturor acestor instalații a fost de 69%, cu maxim 75% [LAS 12]. Alte două calități importante sunt rezistența sa și faptul că este o așa-numită instalație ictiofilă. Într-adevăr, potrivit unui studiu realizat de Kiebel și colab. [KIE 09], pentru vitezele de rotație utilizate în general și pentru peștii cu dimensiuni mai mici de 1 m, pot trece prin micro central fără să fie răniți.
Utilizarea șurubului hidrodinamic pentru producția de energie este o tehnologie recentă care se dezvoltă constant. În ciuda acestui fapt, literatura de specialitate pe șurubul Archimedes utilizat pentru producerea de energie este încă insuficientă pentru proiectarea cu adevărat optimizată a unei microcentrale. În acest context, ne propunem aici să studiem experimental performanța hidraulică a șurubului Archimedes pentru diferiți parametri geometrici și condiții hidraulice de funcționare. Aceste rezultate experimentale sunt obținute cu ajutorul unui dispozitiv experimental instalat la INSA Strasbourg. Rezultatele obținute vor face posibilă înțelegerea influenței fiecărui parametru și, prin urmare, pentru a putea optimiza performanța șurubului Archimedes.

Descărcați: VIS D'ARCHIMEDE TURBINE INSA STRASBOURG

Citește mai mult: utilizarea șuruburilor Arhimede în hidroelectricitate pe forums