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Bassin hydraulique.
Puissance hydraulique.

Dam.
Puissance hydraulique.

Turbines hydrauliques

Turbines hydrauliques

Une turbine hydraulique est une machine qui transforme l'énergie d'un flux d'eau en énergie mécanique au moyen d'un système de pales rotatives. Cette énergie mécanique peut être utilisée pour alimenter une autre machine ou un générateur électrique.

Une turbine simple se compose d'un seul rotor avec des pales, qui assurent un échange d'énergie avec le flux. Les pales de la turbine deviennent le cours d'eau pour transformer l' énergie cinétique et l'énergie de pression, ou pour échanger l'impulsion du fluide avec un moment de force sur l'arbre.

Le moment des forces dans l'arbre provoque la rotation de la turbine générant une énergie cinétique de rotation. Si la turbine est connectée à un générateur électrique pour produire de l' énergie électrique. Dans d'autres cas, cette énergie est utilisée directement pour obtenir un travail mécanique.

La plupart des turbines hydrauliques l'écoulement de l'eau est axial ou radial. Cependant, dans une turbine à flux transversal, l'eau traverse deux fois les aubes de turbine dans le sens transversal, d'abord en direction de l'arbre puis en s'éloignant de celui-ci.

L'énergie hydroélectrique et l'énergie hydraulique en général sont des énergies renouvelables. Aujourd'hui il y a de micro turbines portables et de pico centrales ou micro centrales qui jouent le rôle des panneaux solaires.

La turbine hydraulique qui s'utilise dans les centrales hydroélectriques est l'évolution de la la roue à aubes.

Types de turbines hydrauliques

Les turbines hydrauliques, utilisées dans les installations hydroélectriques, peuvent être classées selon deux critères.

Une première classification selon leur façon de travailler et peut être à action ou réaction. Les turbines à action ne profitent que de la vitesse de l'écoulement de l'eau, tandis que les turbines à réaction profitent également de la perte de pression d'eau à l'intérieur de la turbine.

Selon sa conception, une turbine peut être:

1. Turbine Pelton

Les turbines Pelton sont des turbines à aspiration partielle et à effet transversal. L'un des types de turbine hydraulique les plus efficaces.

La turbine Pelton est constituée d'une roue (roue ou rotor) équipée de cuillères sur sa périphérie. Ces godets sont spécialement conçus pour convertir l'énergie hydraulique d'un jet d'eau qui frappe les godets.

Les turbines Pelton sont conçues pour exploiter de grands sauts hydrauliques à faible débit, avec peau litres par seconde.

2. Turbine Francis

La turbine Francis est une turbine à réaction à écoulement interne qui combine les concepts d'écoulement radial et d'écoulement axial.

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

C'est un type de turbine très adapté aux sauts moyen-haut avec des débits moyens, étant capable de produire des puissances très élevées.

3. Turbina Kaplan

Les turbines Kaplan sont des turbines à eau à réaction à écoulement axial, avec un rouleau qui fonctionne de manière similaire à l'hélice d'un navire.

Ils sont utilisés dans les installations avec de petites cascades. Les aubes larges ou aubes de la turbine sont entraînées par de l'eau à haute pression libérée par une grille.

L'eau circule dans le même sens vers l'axe. En plus de pouvoir régler l'inclinaison des déflecteurs, il est également possible de régler celle des pales du rotor. De cette manière, la turbine s'adapte aux besoins de puissance de chaque instant. Il est utilisé dans les installations avec de petites cascades et de grands volumes d'eau, tels que des réservoirs.

4. Turbine à hélice

Comme toutes les turbines hydrauliques, la turbine à hélice se compose d'une bague de guidage avec des pales de guidage et d'un rotor. Selon le débit, la turbine de l'hélice peut être réalisée avec une régulation simple (réglage des pales de guidage) ou double (réglage des aubes de guidage et de la vitesse de rotation du rotor).

Les aubes directrices ajustent le volume du débit d'eau entrant dans le rotor. En même temps, ils changent la direction du flux de sorte qu'il entre dans le rotor avec son propre couple de sorte que le rotor tourne.

Du point de vue de l'efficacité, la turbine à hélice peut être comparée à une turbine Kaplan. De plus, la régulation électronique d'une turbine à hélice permet d'atteindre des points de fonctionnement bas eau qui ne peuvent pas être atteints avec une turbine Kaplan.

Principe de fonctionnement 

L'eau qui coule est dirigée sur les aubes d'une roue de turbine, créant une force sur les aubes. Puisque le coureur tourne, la force agit sur une distance. De cette manière, l'énergie est transférée du flux d'eau à la turbine.

Les turbines à eau sont divisées en deux groupes: les turbines à réaction et les turbines à impulsion.

La forme précise des aubes de turbine à eau est fonction de la pression d'alimentation en eau et du type de roue choisi.

Les turbines à réaction 

Les turbines à réaction sont actionnées par l'eau, qui modifie la pression lorsqu'elle se déplace dans la turbine et abandonne son énergie. Ils doivent être encastrés pour contenir la pression de l'eau (ou aspiration), ou ils doivent être entièrement immergés dans l'écoulement de l'eau.

Dans la turbine à réaction, la chute de pression se produit dans les aubes fixes et mobiles. Il est largement utilisé dans les barrages et les grandes centrales électriques

Les turbines à impulsion 

Les turbines à impulsion modifient la vitesse d'un jet d'eau. Le jet pousse sur les aubes courbes de la turbine qui modifie la direction de l'écoulement. Le changement de moment ( impulsion ) qui en résulte provoque une force sur les aubes de la turbine. Puisque la turbine tourne, la force agit sur une distance (travail) et le débit d'eau détourné est laissé avec une énergie diminuée. 

Une turbine à impulsions est une turbine dans laquelle la pression du fluide circulant sur les pales du rotor est constante et toute la production de travail est due au changement d'énergie cinétique du fluide.

Avant de frapper les aubes de la turbine, la pression de l'eau ( énergie potentielle ) est convertie en énergie cinétique par une buse et focalisée sur la turbine. Aucun changement de pression ne se produit au niveau des aubes de la turbine et la turbine ne nécessite pas de carter pour fonctionner.

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Date de publication : 3 avril 2018
Dernier examen : 16 novembre 2020