Bassin hydraulique.
Puissance hydraulique.

Dam.
Puissance hydraulique.

Turbines hydrauliques

Turbines hydrauliques

Une turbine est une turbomachine qui convertit l'énergie d'écoulement d'un fluide (liquide ou gaz) en énergie mécanique au moyen d'un système d'aubes tournantes. Cette énergie mécanique peut être utilisée pour alimenter une autre machine ou un générateur électrique.

Le nom de la turbine a été proposé par Claude Burdin lors d'un concours d'ingénierie en 1828. Ce nom vient de la turbine latine, qui signifie courant de Foucault.

Une turbine simple consiste en un seul rotor à pales permettant l'échange d'énergie avec le flux. Les premiers exemples de turbines sont les éoliennes et les moulins à eau, c'est-à-dire l'énergie éolienne et l'énergie hydraulique. Les turbines sont donc un élément important pour le développement des énergies renouvelables.

Les turbines à gaz, à vapeur et à eau ont généralement un logement autour du rotor. Ce carter dirige le flux dans la direction souhaitée, ce qui améliore l'efficacité. Des turbines à vapeur sont utilisées dans certaines installations de production d'énergie solaire thermique. Ce type de turbines est également utilisé dans les centrales thermiques utilisant des combustibles fossiles ou dans les centrales nucléaires.

Le dos d'une turbine est un compresseur. Les compresseurs sont utilisés dans certaines turbines à gaz et sont disponibles dans deux configurations: le compresseur radial et le compresseur axial, qui portent le nom de la direction dans laquelle le fluide s'écoule pendant la compression.

Types de turbines hydrauliques

Les turbines hydrauliques, utilisées dans les installations hydrauliques, peuvent être classées selon deux critères. Une première classification en fonction de son fonctionnement et une seconde classification de la turbine en fonction de la conception.

En termes de fonctionnement, la turbine hydraulique peut être classée en deux groupes:

  • Turbines à action hydraulique: elles ne profitent que de la vitesse du flux d'eau.
  • Turbines à réaction hydraulique: profitez à la fois de la vitesse et de la perte de charge de l'eau à l'intérieur de la turbine.

En fonction de la conception du rotor de turbine, les types de turbines suivants peuvent être différenciés:

  • La turbine Helix: turbines à réaction de type axial, à la manière d'une hélice placée sur le pôle horizontal.
  • La turbine Kaplan: les turbines à réaction de type axial sont comme des turbines hélicoïdales qui peuvent également faire varier l'angle et les pales de l'hélice pendant le fonctionnement. Ils sont plus efficaces avec des débits importants et de petites cascades.
  • La turbine Pelton: turbines à action transversale (turbine verticale) et admission partielle. Ils sont une évolution des moulins à eau. Ils sont conçus pour fonctionner avec de très grandes cascades mais avec des débits faibles.
  • La turbine Francis: turbines à réaction hydrauliques et à flux mélangés. Conçu pour les sauts d'eau et les débits moyens.

Turbine Pelton

L'un des types de turbine hydraulique les plus efficaces est la turbine Pelton. La turbine Pelton consiste en une roue (roue ou rotor) équipée de cuillères à sa périphérie. Ces cuillères sont spécialement conçues pour convertir l'énergie hydraulique d'un jet d'eau qui frappe les cuillères.

Les turbines Pelton sont conçues pour exploiter de grands sauts hydrauliques à faible débit. Les centrales hydroélectriques équipées de ce type de turbine ont pour la plupart un long pipeline appelé galerie à pression permettant de transporter le fluide depuis de grandes hauteurs.

Au bout de la galerie de pression, l'eau est fournie à la turbine au moyen d'une ou plusieurs vannes à aiguille, également appelées buses, qui sont en forme de buse pour augmenter la vitesse du débit qui frappe les cuillères.

Francis turbine

La turbine Francis a été développée par James B. Francis. Il s'agit d'une turbine à réaction à flux interne qui combine les concepts de flux radial et de flux axial.

La turbine Francis est ce que l'on appelle une turbine "à réaction", dans la mesure où la turbine (généralement de l'eau) s'applique à travers elle, et c'est la même circulation de la turbine qui la fait bouger. C'est l'une des trois principales familles d'éoliennes ( Pelton, Francis et Kaplan).

Il se compose d'une partie fixe, avec des guides incurvés appelés déflecteurs (ou répartiteurs), et d'une partie mobile à lames, également incurvées, appelée rotor. L'inclinaison des déflecteurs peut être ajustée pour ajuster le débit appliqué aux pales, régulant ainsi la vitesse de la turbine.

C'est un type de turbine très approprié pour les sauts de hauteur moyenne à moyen débit, capable de produire des puissances très élevées.

Turbine Kaplan

Les turbines Kaplan sont des turbines hydrauliques à réaction en écoulement axial, avec un rouleau qui fonctionne de la même manière que l'hélice d'un navire. Ils sont utilisés dans les installations hydrauliques à sauts courts. Les aubes larges ou aubes de la turbine sont entraînées par l'eau à haute pression libérée par une porte.

L'eau circule dans le même sens que l'axe. En plus de pouvoir régler l'inclinaison des déflecteurs, les pales du rotor peuvent également être ajustées, de sorte que la turbine s'adapte aux besoins de puissance de chaque moment. Il est utilisé dans les installations à énergie renouvelable de type hydraulique pour les petits sauts et les grands débits, tels que ceux des réservoirs.

Turbine à hélice

Comme toutes les turbines hydrauliques, l'hélice comprend une couronne de direction avec des aubes directrices et un rotor. En fonction du débit, la turbine hélicoïdale peut être réalisée avec un réglage simple (réglage des aubes directrices) ou double (réglage des aubes directrices et de la vitesse de rotation du rotor).

Les aubes directrices ajustent le volume d'écoulement entrant dans le rotor. Dans le même temps, ils changent le sens de l'écoulement pour que le rotor entre dans la torsion elle-même et pour que le rotor tourne.

Le rotor d'une hélice de turbine a 3-5 pales reliées fixées à l'arbre du rotor. Selon la théorie du flux d'une palette, il existe un flux idéal pour l'efficacité optimale d'une palette. Le débit et la hauteur de chute de l'eau entrant dans la turbine n'étant pas constants, les pales du rotor doivent être ajustées au débit réel. Le débit réel est caractérisé par la pression (énergie potentielle) et la vitesse (énergie cinétique) qui varient en fonction du volume de la rivière, des époques ou de la régulation des barrages rivière abajao. Pour maximiser l'efficacité de la turbine, la rotation en rotation du rotor est adaptée à la caractéristique d'écoulement. Ce principe nécessite un générateur synchrone et une conversion de courant pour l'ajuster à l'alimentation du réseau.

Au contraire, le principe de régulation d'une turbine Kaplan est le réglage des pales du rotor (régulation mécanique).

Du point de vue de l'efficacité, l'hélice de turbine peut être comparée à une turbine de Kaplan. De plus, la régulation électronique d'une hélice de turbine (régulation de la vitesse du rotor) permet de réaliser des points de fonctionnement avec peu d'eau, ce qui n'est pas réalisable avec une turbine Kaplan. En effet, la turbine Kaplan fonctionne à vitesse constante et quand il n'ya pas assez d'eau, vous ne pouvez pas maintenir la vitesse de rotation élevée. L'hélice de la turbine fournit toujours une faible vitesse de rotation.

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Dernier examen: 25 octobre 2018