Bibliographie & annexes
Présentation
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)
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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 Pelton1. Classification des turbines
Pour une turbine hydraulique, la hauteur disponible ou hauteur nette H, est égale à la hauteur de chute brute H0 diminuée des pertes de charge Δh dans les conduites extérieures à la machine (figure 1) :
( 1 )
Comme pour toutes les turbomachines, les problèmes à traiter concernant les turbines hydrauliques se présentent sous deux formes :
-
dimensionnement de la machine la mieux adaptée répondant à un cahier des charges donné ;
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évaluation des performances d'une machine existante en fonction des données de fonctionnement.
Examinons plus en détail ces deux démarches.
1.1 Dimensionnement d'une machine
L'objectif de cette première démarche consiste à réaliser le dimensionnement de la machine la mieux adaptée répondant aux données du site à équiper : hauteur nette H, débit-volume disponible qv . La machine la mieux adaptée signifie le plus souvent celle qui présentera le meilleur rendement pour une vitesse de rotation N mécaniquement acceptable et qui, en second lieu, présentera la meilleure adaptabilité au site. La puissance hydraulique disponible est d'ores et déjà calculable par la formulation classique :
( 2 )
Au même titre que les pompes, les turbines hydrauliques sont caractérisées par leur vitesse spécifique Nsq (et plus anciennement Nsp), dont les valeurs numériques permettent de préciser le type de turbine correspondant. Lorsque la vitesse de rotation est fixée, on peut calculer la vitesse spécifique à partir des données du cahier des charges :
...
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Classification des turbines
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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