Menu

Bassin hydraulique.
Puissance hydraulique.

Turbine Francis, fonctionnement, avantages et inconvénients

Turbine Francis, fonctionnement, avantages et inconvénients

La turbine Francis est une turbine hydraulique utilisée dans les installations hydrauliques fonctionnant avec une hauteur de chute considérable.

Cette turbine a été développée par James Bicheno Francis. La fonction de la turbine Francis est principalement de produire de l' électricité à l'aide d'un générateur.

La turbine Francis est le type de turbine le plus courant qui est installé dans les centrales de production d'électricité qui fonctionnent sur la base du débit massique d'eau à travers une usine de production.

Contrairement à la turbine Pelton, la turbine Francis fonctionne au mieux, complètement remplie d'eau à tout moment.

Avantages et inconvénients de la turbine Francis

Les principaux avantages qu'il offre sont :

  • Il est très facile à contrôler même avec des hauteurs variables.

  • La variation de son efficacité est très faible avec le temps.

  • La taille du couloir est petite par rapport aux autres types d' éoliennes.

  • Il a un coût de maintenance inférieur par rapport aux autres types de turbines.

Les principaux inconvénients sont :

  • Les turbines Francis sont conçues pour un débit spécifique. Ce n'est pas la meilleure option à utiliser devant de grandes variations de débit car les performances diminuent.

  • Cela pose des problèmes lorsque l'on travaille à des hauteurs supérieures à 800 m.

  • Il a un problème de cavitation.

  • L'entrée d'eau sale avec des particules peut causer des problèmes importants à la turbine.

Quelles sont les performances d'une turbine Francis ?

Les turbines Francis ont un rendement élevé, supérieur à 90 %. De plus, ce type de turbines hydrauliques peut être conçu avec une gamme variée de hauteurs de chute et de débits.

Ils ont un large éventail d'activités par rapport à la hauteur du fluide circulant dans la turbine.

Fonctionnant avec de l'eau, cette turbine atteint des performances optimales dans une chute de 20 mètres à 700 mètres. La puissance de sortie varie de quelques kilowatts à 750 MW. Le diamètre du rotor peut aller de 1 à 10 m et la vitesse de rotation est de 83 à 1000 tr/min.

Applications turbine Francis

Les grandes turbines Francis sont conçues individuellement pour chaque site afin de fonctionner avec l'alimentation en eau et la hauteur d'eau en fonction de l'efficacité la plus élevée possible.

En plus de la production d'énergie électrique, cette turbine peut être installée dans des centrales hydroélectriques à pompage- turbinage . Dans ce type de centrale hydroélectrique, il y a deux réservoirs à des hauteurs différentes. Lorsqu'il y a surplus d'énergie, le réservoir supérieur est rempli d'eau pompée par la turbine qui assure la fonction de pompe.

Le générateur électrique agit comme un gros moteur électrique pour pomper de l'eau pendant les périodes de faible consommation d'énergie. Lorsque la demande d'énergie est élevée, le générateur est inversé et utilisé pour produire de l'électricité.

Quelles sont les parties d'une turbine Francis ?

La turbine conçue par James B. Francis est composée de :

  • Chambre en spirale : elle a pour fonction de répartir le fluide à l'entrée de la roue. La forme en spirale ou en escargot permet à la vitesse moyenne du fluide de rester constante.

  • Prédistributeur : Composé de lames fixes qui ont une fonction structurelle. La conception hydrodynamique permet de minimiser les pertes hydrauliques.

  • Distributeur : composé de pales mobiles pour diriger l'eau vers les pales de la roue (fixe) et réguler le débit admis. Le distributeur permet d'orienter le fluide pour améliorer les performances et ajuster la puissance aux variations de charge du réseau électrique. C'est ce qu'on appelle le concessionnaire Fink.

  • Rotor ou roue : il est responsable de l'échange d' énergie cinétique, d'énergie potentielle et d'énergie de pression en énergie mécanique de rotation lors de la rotation de la roue. La turbine transmet à son tour cette énergie à un générateur électrique.

  • Tube d'aspiration : c'est la sortie de la turbine.

Comment fonctionne la turbine hydraulique Francis ?

La turbine Francis est un type de turbine à eau à réaction. C'est-à-dire qu'il utilise l'énergie cinétique de l'eau courante comme énergie de pression pour faire tourner une roue hydraulique.

La turbine est située entre l'orifice d'admission où la haute pression est appliquée et la partie de l'orifice de refoulement basse pression.

La partie d'entrée de la turbine est un carter en forme de spirale (boîtier en spirale), et plusieurs aubes directrices font circuler l'eau tangentiellement dans le couloir. Le degré d'ouverture de l'ailette de guidage peut être ajusté pour un fonctionnement efficace en fonction de la quantité d'eau utilisée.

L'eau qui traverse le couloir agit également sur celui-ci lorsqu'elle est dirigée vers le centre axial.

Enfin, l'eau sort avec l'énergie cinétique et avec l'énergie potentielle minimisée et le vortex disparaît également.

Auteur :

Date de publication : 26 novembre 2018
Dernier examen : 3 juin 2021