Water turbine

Turbine hydraulique

Une turbine hydraulique à la centrale LG-1 du complexe La Grande au Québec.

Une turbine hydraulique est une machine tournante qui produit une énergie mécanique à partir d'eau en mouvement. Elle constitue le composant essentiel des centrales hydroélectriques destinées à produire de l'électricité à partir de chutes d'eau. Elle a été inventée par Benoît Fourneyron en 1832.

Classification

On distingue deux types de turbines hydrauliques : les turbines à action et à réaction.

Les turbines à action transforment la pression hydraulique en énergie cinétique par un dispositif statique (injecteur), avant d'actionner la partie mobile. C'est le cas de la turbine Pelton et de la turbine Banki. Dans le cas d'une turbine à réaction, la partie mobile provoque au contraire une différence de pression entre l'entrée et la sortie, tel la turbine Francis ou la turbine Kaplan à écoulement axial.

Choix de conception

Vitesse spécifique

La vitesse spécifique d'une turbine peut être définie comme la vitesse d'une turbine idéale, géométriquement similaire, qui produirait une unité de puissance pour une unité de hauteur de chute.

La vitesse spécifique d'une turbine est donnée par les fabricants (parmi d'autres caractéristiques), et se réfère toujours au point d'efficacité maximum. Ceci permet de réaliser des calculs précis des performances de la turbine pour une plage de hauteurs de chute et de débits.

$N_s=\frac{\Omega\sqrt{P/\rho}}{gH^{5/4}}$ (sans dimension),

Ω est la vitesse angulaire (radians/seconde)

La vitesse spécifique ainsi calculée à partir du débit, de la hauteur de chute et de la puissance/vitesse de la génératrice, permet de définir le type de turbine à utiliser ainsi que ses dimensions.

Vitesse spécifique en unités anglo-saxonnes :

$n_s = \frac {n\sqrt{P}}{h^{5/4}}$

avec n la vitesse de rotation en tours par minute,
P la puissance en Horsepower,
h la hauteur de chute en pieds (anglais)

Vitesse spécifique en unités métriques :

$n_s = \frac {0.2626 n\sqrt{P}}{h^{5/4}}$

avec n la vitesse de rotation en tours par minute,
P la puissance en kW
h la hauteur de chute en mètres

Typiquement les machines bien conçues ont les valeurs suivantes^[1] :
Les turbines actives ont le plus bas n_s, entre 1 et 10.

• Une turbine Pelton se situe aux alentours de 4.
• Une turbine Banki se situe aux alentour de.

Les turbines réactives ont le plus haut n_s.

• Les turbines Francis sont entre 10 et 100.
• Les turbines Kaplan sont au delà de 100.

Notes

1. ↑ (en)James B. Calvert - Impulse Turbines: The Pelton Wheel

Voir aussi

Articles connexes

• Énergie hydraulique
• Turbine

Ce document provient de « Turbine hydraulique ».