Présentation
Auteur(s)
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André L. JAUMOTTE : Ingénieur civil - Professeur à l’Université libre de Bruxelles
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Pierre DECOCK : Ingénieur civil - Chef de travaux à l’Université libre de Bruxelles
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Lucien MEGNINT : Ingénieur des Arts et Manufactures - Ancien Adjoint au Directeur Technique de la Société Neyrpic
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Georges VERDURAND : Ingénieur des Arts et Manufactures - Ancien Directeur Technique des Ateliers Bouvier (actuellement Bouvier Hydro‐Grenoble)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Cet article a été revu et augmenté par les deux derniers auteurs.
Sauf cas particulier, une turbine hydraulique comporte les trois organes caractéristiques des turbomachines, à savoir : un distributeur, le rotor et éventuellement un diffuseur. Rappelons que le rôle de ces divers organes a été succinctement analysé dans l’article Théorie générale des turbomachines [B 4 400].
Signalons cependant ici que si les turbines à action ne comportent pas de diffuseur, pour les turbines à réaction, par contre, le diffuseur existe toujours. Il sert à récupérer une fraction de l’énergie cinétique à la sortie de la roue et la hauteur géométrique existant entre cette sortie et le niveau aval de l’aménagement. De par sa fonction, il crée ainsi une dépression à la sortie de la roue et, pour cette raison, il est souvent appelé aspirateur ou tuyau d’aspiration.
Les différents types de turbines hydrauliques répondent à des fonctions relativement précises qui peuvent servir de base à une classification sommaire. Distinguons ainsi :
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les turbines Pelton adaptées aux chutes supérieures à 400 m et de puissance maximale possible de 350 MW ;
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les turbines Francis adaptées aux chutes moyennes comprises entre 40 et 800 m et de puissance maximale possible de 1 000 MW ;
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les turbines Kaplan et hélice fonctionnant sous des basses chutes, normalement inférieures à 60 m, et de puissance maximale possible de 250 MW ;
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les groupes bulbes, de type entièrement immergé, adaptés aux basses chutes également mais en moyenne plus basses que pour les turbines Kaplan (environ 20 m maximum) ;
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les groupes turbines-pompes, machines réversibles, qui équipent les centrales d’accumulation par pompage.
Le lecteur pourra consulter les articles suivants :
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[B 4 400] Théorie générale des turbomachines, pour les notions de base et la définition des notations et symboles ;
-
[B 4 402] Caractéristiques et similitude des turbomachines hydrauliques ;
-
[B 4 405] Aménagements hydroélectriques, pour les applications concernant les turbines.
La majorité des documents illustrant cet article proviennent de la société Neyrpic.
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Turbines‐pompes4. Turbines à écoulement axial ou groupes bulbes
4.1 Structure générale
Un groupe bulbe est constitué essentiellement d’une turbine axiale (l’écoulement étant axial) depuis la section d’entrée jusqu’à la section de sortie entraînant directement un alternateur fonctionnant à l’intérieur d’un carter étanche profilé en forme de bulbe. L’ensemble, dont l’axe est horizontal ou faiblement incliné, est immergé dans une galerie reliant les biefs amont et aval de l’aménagement hydroélectrique au travers du barrage de retenue (figure 12).
Cette disposition est particulièrement bien adaptée aux très basses chutes (2 à 15 m), aux grands marnages et aux gros débits (jusqu’à 400 m3 /s ). Le bulbe a pratiquement supplanté, dans ce domaine, la turbine Kaplan. En effet, le tracé sensiblement rectiligne du conduit améliore les performances hydrauliques de l’écoulement, ce qui permet de diminuer les dimensions à puissance égale, avec la possibilité supplémentaire de fonctionner en pompe (machine réversible).
à partir de 1960, on a réalisé de nombreuses installations remarquables tant par leur taille que par leur originalité de conception ou de fonctionnement :
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la Rance : première usine marémotrice au monde, 24 bulbes réversibles de 10 MW ;
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le Rhône et le Rhin, en France, 50 groupes de 18 à 46 MW de puissance unitaire ;
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W.T. Love (États‐unis) : groupes originaux par leur conception adaptée à une centrale préfabriquée sur barge amenée par flottage sur le site.
L’écoulement dans un groupe bulbe est sensiblement amélioré par rapport à celui régnant dans une turbine Kaplan du fait de la suppression de la bâche spirale, du coude terminant le distributeur ainsi que du coude de l’aspirateur. Il résulte aussi de ces suppressions une notable réduction des dimensions de la machine.
De plus, du fait de l’installation de l’alternateur dans le circuit hydraulique, le bâtiment d’usine peut être supprimé ; on arrive alors à une construction ramassée, souvent monobloc, d’un montage aisé et rapide.
Enfin, les groupes bulbes peuvent être rendus symétriques : ils ont alors une aptitude remarquable à fonctionner indifféremment dans les deux sens de circulation...
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