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 ;
-
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 :
-
[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 Pelton5. Turbines‐pompes
Dans les grands réseaux d’électricité modernes, la production thermique (d’origine classique ou nucléaire) prend une place de plus en plus importante au regard de la production hydraulique ; par contre, elle ne permet pas d’assurer facilement la modulation nécessaire pour suivre les variations importantes et brutales de la consommation (figure ci‐dessous). Il en résulte que l’on doit disposer d’une réserve d’énergie pouvant être libérée très rapidement au moment voulu ; d’où l’idée d’utiliser l’électricité excédentaire des heures creuses pour accumuler de l’énergie potentielle par pompage d’eau dans des réservoirs d’altitude et la restituer ensuite aux heures de pointe. C’est la fonction des turbines‐pompes qui acceptent aisément les variations rapides de charge.
On peut classer ces machines en :
-
groupes ternaires, dans lesquels les fonctions de pompage et de turbinage sont assurées par des machines distinctes ;
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groupes réversibles constitués d’un seul rotor fonctionnant tantôt en pompe, tantôt en turbine ;
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groupe isogyre, synthèse des deux précédents, dans lequel le rotor, unique, est divisé en deux parties, chacune de celles‐ci étant spécialisée, l’une pour le pompage, l’autre pour le turbinage.
Quel qu’en soit le type, les groupes turbines‐pompes sont raccordés au réseau électrique par une machine synchrone unique qui joue le rôle de moteur pour la fonction pompe et le rôle d’alternateur pour la fonction turbine.
5.1 Groupes ternaires
Les groupes ternaires sont constitués d’une turbine, d’un alternateur‐moteur et d’une pompe montés sur un même arbre. Leur disposition peut être horizontale (figure 14a ) ou verticale (figure 14b ). L’accouplement entre la pompe et l’alternateur‐moteur est débrayable ; la liaison entre l’alternateur‐moteur et la turbine, par contre, est en général permanente.
La pompe et la turbine sont toutes deux optimisées pour les conditions de fonctionnement...
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