Bassin hydraulique.
Puissance hydraulique.

Dam.
Puissance hydraulique.

Turbines hydrauliques

Turbines hydrauliques

Une turbine est une turbomachine qui convertit l'énergie de l'écoulement d'un fluide (liquide ou gaz) en énergie mécanique au moyen d'un système d'aubes en rotation. 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 ailettes, qui permet l'échange d'énergie avec le flux. Les premiers exemples de turbines sont les éoliennes et les moulins à eau (éolienne et hydraulique).

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.

L'arrière 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 sont nommés d'après le sens dans lequel 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 ce qui concerne son 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 hydrauliques à réaction: profitez à la fois de la vitesse et de la perte de charge de l'eau à l'intérieur de la turbine.

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

  • Turbine à hélice: turbines à réaction de type axial, comme une hélice placée sur le pôle horizontal.
  • Turbine Kaplan: turbines à réaction de type axial, ce sont des turbines à hélice qui peuvent également faire varier l'angle et les pales de l'hélice pendant son fonctionnement. Ils sont plus efficaces avec des débits importants et de petites cascades.
  • 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.
  • Turbine Francis: turbines à réaction et à flux mélangés. Conçu pour les cascades et les débits moyens.

Turbine de Pelton

L'un des types de turbine hydraulique les plus efficaces est la turbine Pelton. La turbine Pelton est constituée d’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 de pression pour 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 des injecteurs, qui sont en forme de buses pour augmenter la vitesse de l'écoulement qui frappe les cuillères.

Turbine Francis

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", puisque l’élément de turbine (généralement de l’eau) s’applique à travers elle, et c’est la même circulation de la turbine qui le fait bouger. C'est l'une des trois principales familles d'éoliennes ( Pelton, Francis et Kaplan).

Il consiste en une partie fixe, avec des guides incurvés appelés déflecteurs (ou distributeurs), et 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 et de débit moyen, 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 comme une hélice de navire. Ils sont utilisés dans les installations hydrauliques avec des sauts de faible hauteur. 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 débits importants, tels que ceux des réservoirs.

Turbine à hélice

Comme toutes les turbines hydrauliques, l'hélice de la turbine est composée d'un volant avec des aubes directrices et d'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. En même temps, ils changent le sens du flux de sorte que le rotor entre dans la torsion elle-même et tourne ainsi.

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 une pression (énergie potentielle) et une 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 de l'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.

valoración: 3 - votos 1

Dernier examen: 25 octobre 2018