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Puissance hydraulique.

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Turbine Pelton, caractéristiques, fonctionnement et composants

Turbine Pelton, caractéristiques, fonctionnement et composants

Une turbine Pelton est une turbine hydraulique utilisée dans les centrales hydroélectriques à haute hauteur verticale. Elle est également appelée turbine à roue Pelton et appartient au groupe des turbines à impulsion.

Il a été inventé par l'ingénieur américain Lester Allan Pelton dans les années 1870 et considérablement amélioré par d'autres inventeurs au-delà de la fin des années 1800.

L'objectif de cette turbine est la transformation de l'énergie hydraulique sous l'impulsion d'un ou plusieurs jets d'eau à très grande vitesse en énergie mécanique génératrice d' électricité.

Une turbine Pelton est efficace à 92 % pour exploiter l'énergie hydraulique.

Comment fonctionne une turbine Pelton ?

La turbine Pelton est généralement installée dans une centrale hydroélectrique et raccordée à une conduite sous pression d'un barrage de grande hauteur. 

L'énergie potentielle de l'eau accumulée à haute altitude atteint la turbine à travers des "conduits forcés" (gros tuyaux) qui conduisent l'eau en aval. Une buse (ou plusieurs) dirige l'eau sur les lames Pelton. Le jet d'eau frappe les augets provoquant la rotation de la turbine et de l'arbre.

Grâce à sa forme, la tuyère transforme en énergie cinétique toute la pression contenue dans les conduits, ainsi le jet sur la turbine ne sera pas sous pression : pour cette raison, la turbine Pelton est une turbine à action.

L'arbre de la turbine est relié à un générateur qui produit de l' énergie électrique.

Pelton a conçu les pales pour que le jet d'eau tourne à presque 180° après avoir quitté les pales. L'eau quitte la roue de la turbine à une vitesse de la lumière.

Caractéristiques de la mécanique des fluides

La poussée maximale se produit lorsqu'elle est à l'arrêt lorsque la différence entre la vitesse de l'eau et la roue à aubes est plus remarquable. Par conséquent, une caractéristique positive de ce type de turbine est d'avoir un transitoire de démarrage très court.

Le débit du jet peut être ajusté, réduisant la section sans affecter négativement l'efficacité de la transformation d'énergie. Un autre outil utile dans la régulation est la plaque de dérivation qui intercepte une partie du flux sortant de la buse en la détournant.

Les sauts sur lesquels les turbines Pelton sont utilisées vont généralement de 1400 m jusqu'à 300 m. Au fur et à mesure que le saut diminue, il y a un plus grand bassin versant descendant vers la vallée avec des débits plus exigeants en conséquence. Pour faire face à ce phénomène, il faut utiliser Pelton avec des cuillères plus grosses pour diviser le débit d'eau en plusieurs parties égales pour avoir le poly-jet Pelton.

Un défaut intrinsèque de cette turbine est qu'elle ne peut pas utiliser toute la hauteur de la tête depuis la roue à aubes, ne pouvant être immergée dans le canal d'évacuation. L'inconvénient est d'autant plus négligeable que le saut d'eau est haut.

Composants de la turbine Pelton

Les principaux composants de la turbine Pelton sont les suivants :

  • Un tuyau appelé galerie de pression pour transporter l'eau vers la turbine depuis de grandes hauteurs.

  • Dispositif de régulation de la buse et du débit pour accélérer le débit d'entrée.

  • Le rotor et les pales sont responsables de la conversion de la force de l'eau en énergie mécanique.

  • Le boîtier est l'endroit où le rotor est logé. Il est rempli d'air à pression atmosphérique.

  • Le jet de freinage est utilisé pour arrêter la roue dentée.

Le rotor

Le rotor est un disque circulaire qui peut être monté sur un axe vertical ou un axe horizontal et est équipé d'un ou plusieurs roulements. Typiquement, les axes horizontaux sont utilisés pour les turbines hydrauliques avec un ou deux jets d'eau, tandis que l'on sélectionne l'axe vertical s'il y a plus de jets d'eau.

La buse ou les buses de la turbine Pelton sont montées de manière à ce que le jet d'eau frappe les aubes les plus extérieures de la turbine à angle droit.

Comme le plus petit soit le rotor, la vitesse de rotation sera plus grande avec la même force d'impulsion.

Les lames

Les pales sont montées en forme de bols afin que le jet d'eau touche instantanément chaque pale et l'énergie soit transmise à la roue. Parce que l'eau a une certaine vitesse après avoir quitté les conteneurs, elle disparaît rapidement de la roue. De cette façon, les conteneurs sont vides d'eau lorsqu'ils atteignent le courant d'eau suivant.

Les lames sont doubles pour couper le jet d'eau au milieu. Chacune des deux moitiés du récipient dévie la moitié du jet d'eau. L'eau, devant suivre le contour des conteneurs, fait un demi-tour . Chaque moitié du jet d'eau fendu passe pratiquement un coude à 180° avant de quitter le bord extérieur du récipient.

Cette division équilibre les forces de chargement latérales sur la roue et l'essieu. Le fait que l'eau fasse un « demi-tour » est une condition préalable à la meilleure utilisation possible de la quantité de mouvement du jet d'eau.

Les déflecteurs sont souvent utilisés avec la vanne à lance pour éviter les graves problèmes de coup de bélier dus à une réduction soudaine du débit.

A quoi sert la turbine Pelton ?

La turbine Pelton est le type de turbine préféré pour les chutes d'eau avec de hautes chutes et avec de petites quantités d'eau.

Souvent, les turbines mises en service dans les petites centrales électriques, les mini-centrales hydroélectriques et les centrales hydroélectriques sont des turbines Pelton.

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Date de publication : 5 décembre 2018
Dernier examen : 11 juin 2021