Article de rechercheconception et mise en œuvre d’une turbine à flux croisé pour la production d’électricité d’hydroélectricité de Pico

Cette étude portait sur la conception, la mise en œuvre et l’évaluation des performances d’une turbine à flux croisé à différentes positions de tuyères. Le matériau de pale choisi a été analysé à l’aide d’ANSYS pour déterminer le degré de contrainte et de déformation sous l’impact de jets hydrauliques afin de déterminer son adéquation pendant le fonctionnement. L’arbre a été analysé dans des conditions statiques et dynamiques à l’aide d’ANSYS afin d’assurer une déformation non plastique de l’arbre dans les deux conditions. Le résultat de cette analyse a été utilisé dans l’analyse de la réponse harmonique de l’arbre de roulement. Des tests convergents ont été effectués pour l’analyse de la lame et de l’arbre de la roue. Une expérience a été conçue pour l’évaluation de la performance de la turbine à flux transversal à l’aide d’un outil de conception optimal (personnalisé) de la méthodologie de la surface de réponse et 69 simulations / essais ont été obtenus. Les facteurs pris en compte dans le plan expérimental sont les suivants: distance de la buse par rapport à l’arbre, hauteur de la buse et angle d’attaque. La turbine à flux transversal a été construite en utilisant des valeurs de conception calculées pour toutes les pièces de la machine. Les lames de guidage ont été positionnées spécifiquement à un angle de lame externe de 28 ° et à un angle de lame interne de 90 °. La turbine a été testée sous une hauteur d’eau et un débit de 6,4 m et 0,0042 m3/s respectivement. La puissance et l’efficacité de l’arbre ont été évaluées à l’aide de leur formule respective. Les réponses ont été optimisées afin d’obtenir la position optimale de la buse qui donnerait la meilleure performance des réponses en utilisant les modèles mathématiques d’interaction à deux facteurs (2F1) en facteurs codés, développés pour chacune des réponses. Les résultats obtenus ont prouvé que le matériau en acier à faible teneur en carbone était adapté à l’aubage de la turbine et que l’arbre était sûr dans des conditions statiques et dynamiques car les contraintes et déformations induites n’ont jamais dépassé la plage autorisée. De plus, chacune de ces positions de tuyère considérées a eu un effet significatif sur les réponses, la hauteur de tuyère et l’angle d’attaque ayant un effet combiné sur les performances de la turbine. Les meilleures performances de la turbine ont été obtenues à un angle d’attaque inférieur, à une distance de tuyère très proche de l’arbre de la roue et à une hauteur de tuyère qui permettra une plus grande transmission d’énergie aux profils de pales supérieur et inférieur. Les modèles mathématiques développés pour chaque réponse ont une valeur de corrélation plus élevée, ce qui suggère que les modèles conviennent pour prédire les réponses aux niveaux de facteurs considérés. Une distance de buse, une hauteur et un angle d’attaque optimaux de 102 mm, 413 mm et 5° respectivement ont été obtenus. À cette position de buse, l’alternateur donnait une puissance de 35watts et 6V. Lorsque deux transformateurs de tension étaient utilisés, il donnait 200Volts AC. La turbine peut être commercialisée à grande échelle pour une plus grande puissance de sortie en utilisant les positions optimales de tuyère déterminées.

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