Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
Auteur(s)
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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)
-
Robert REY : Ingénieur des Arts et Métiers - Professeur à l'École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers – CER Paris - Cet article a été revu et augmenté par le dernier auteur.
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Lire l’articleINTRODUCTION
Sauf cas particulier, une turbine hydraulique comporte les trois organes caractéristiques des turbomachines, à savoir : un distributeur, le rotor et éventuellement un diffuseur.
Signalons cependant 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. Dinstinguons ainsi :
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les turbines Pelton adaptées aux chutes supérieures à 100 m et de puissance maximale possible de 350 MW ;
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les turbines Francis adaptées aux chutes moyennes comprises entre 20 et 900 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 80 m, et de puissance maximale possible de 400 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.
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Turbines à écoulement axial ou groupes bulbes
En anglais
4. Turbines Kaplan et hélice
Les turbines Kaplan et hélice sont des machines à réaction et à injection totale adaptées aux faibles chutes et aux débits élevés (la turbine Kaplan est à pales réglables en marche, la turbine hélice est à pales fixes). Leur structure générale (figure 25) est la même que celle des turbines Francis à axe vertical. L'écoulement dans le rotor est néanmoins purement axial.
La turbine Kaplan est utilisée dans une gamme de chute comprise environ entre 12 et 60 m. Ses performances sont élevées sur une large variation de chute et de charge, grâce à son double réglage conjuguant les positionnements des pales et du vannage.
L'état actuel de la technologie permet de concevoir des machines de grandes dimensions réalisées en sous-ensembles transportables, jusqu'à des diamètres de roue de l'ordre de 10 m et des puissances pouvant aller jusqu'à 250 MW unitaires.
Ainsi, dans le cas d'équipements de grands cours d'eau, ces conceptions et réalisations permettent de réduire notablement le coût de l'investissement.
La turbine Kaplan présente des avantages remarquables par rapport aux autres types de machines qui pourraient lui être substitués pour certaines applications précises ; ainsi, dans la gamme inférieure des chutes, et lorsque l'aménagement participe à la tenue en fréquence du réseau, la turbine Kaplan offre une plus grande stabilité de fonctionnement que le bulbe, du fait de l'inertie importante de ses parties tournantes.
Enfin, la turbine Kaplan est mieux adaptée que la turbine Francis aux variations de charge et de chute, au prix – il est vrai – d'un coefficient d'emballement (rapport de la vitesse d'emballement à la vitesse de synchronisme) plus élevé.
Seules les particularités des turbines Kaplan ou hélice par rapport aux turbines Francis seront détaillées ci-après.
4.1 Conception mécanique
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Parties fixes
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Flasques
Pour les turbines de grande dimension, on a développé un flasque supérieur réalisé en deux parties concentriques. Le premier, appelé flasque externe, peut être combiné avec l'avant-distributeur et permet une simplification mécanique et une diminution du coût ; le second, appelé flasque interne, est démontable et permet de...
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Turbines Kaplan et hélice
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PLUVIOSE (M.), PERILHON (C.) - Turbomachines. Description. Principes de base. - [BM 4 280] (2002).
-
(2) - PLUVIOSE (M.), PERILHON (C.) - Turbomachines. Mécanismes de la conversion d'énergie. - [BM 4 281] (2002).
-
(3) - PLUVIOSE (M.), PERILHON (C.) - Turbomachines. Thermodynamique de la conversion d'énergie. - [BM 4 282] (2003).
-
(4) - PLUVIOSE (M.), PERILHON (C.) - Turbomachines. Bilan énergétique et applications. - [BM 4 283] (2003).
-
(5) - PLUVIOSE (M.) - Similitude des turbomachines hydrauliques. - [BM 4 285] (2004).
-
(6) - EREMEEF (L.R.) , REY (R.) - Turbines hydrauliques. Essais. Cavitation. - [BM 4 406] (2009).
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