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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1. Turbines Pelton
La turbine Pelton, dont un exemple est donné par la figure 1, est une turbine à injection partielle et à veine libre ; sa roue tourne dans l’air. La détente de l’eau jusqu’à la pression atmosphérique est donc effectuée entièrement dans le distributeur de la machine, l’énergie étant disponible à l’entrée de la roue uniquement sous forme d’énergie cinétique, ce qui correspond à la définition d’une machine à action. Cette turbine ne comporte pas de diffuseur ; à la sortie de la roue, l’eau s’écoule librement.
1.1 Distributeur
Selon le cas, le distributeur d’une turbine Pelton est formé d’un ou de plusieurs injecteurs ; on distingue ainsi les turbines à un jet et les turbines à jets multiples (§ 1.3 et § 1.4).
L’injecteur (figure 1) est constitué d’une tuyère appelée buse dont la section de passage est réglable par le déplacement d’un pointeau ou aiguille d’injection. Un déflecteur coiffe l’extrémité de la buse d’un nez demi‐cylindrique qui enveloppe et affleure le jet sortant de l’injecteur ; ce déflecteur a pour mission de dévier brusquement le jet de la roue en cas de décharge accidentelle de la machine et d’éviter ainsi l’emballement de celle-ci.
HAUT DE PAGE1.2 Roue
La roue d’une turbine Pelton est formée d’un disque portant des augets en forme de double cuiller avec arête médiane et échancrure (figure 2).
L’axe du jet sortant d’un injecteur est tangent à la circonférence primitive (ou cercle Pelton) de la roue dont le diamètre est par définition le diamètre nominal de la machine. L’eau frappe les demi‐augets symétriquement par rapport à...
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