Générateur hydroélectrique à énergie alternative 500 kW, turbine Francis Hydro en Ouzbékistan
La turbine Francis est une combinaison de turbine à impulsion et de turbine à réaction, où les pales tournent grâce à la force de réaction et d'impulsion de l'eau qui les traverse, produisant ainsi de l'électricité plus efficacement. La turbine Francis est utilisée pour la production d'électricité, le plus souvent dans les centrales hydroélectriques de moyenne et grande taille.
Ces turbines peuvent être utilisées pour des hauteurs de chute aussi basses que 2 mètres et jusqu'à 300 mètres. De plus, elles présentent l'avantage de fonctionner aussi bien horizontalement que verticalement. L'eau qui traverse une turbine Francis perd de la pression, mais conserve plus ou moins la même vitesse ; on parle alors de turbine à réaction.
La description du schéma des principaux composants de chaque turbine Francis est la suivante.
Boîtier en spirale
Le carter spiralé est le conduit d'entrée de l'eau dans la turbine. L'eau provenant du réservoir ou du barrage y circule sous haute pression. Les pales des turbines sont disposées circulairement, ce qui signifie que l'eau qui les frappe doit s'écouler selon un axe circulaire pour un écoulement efficace. Le carter spiralé est donc utilisé, mais en raison du mouvement circulaire de l'eau, il perd sa pression.
Pour maintenir la même pression, le diamètre du boîtier est progressivement réduit, ce qui permet d'obtenir un élan ou une vitesse uniforme frappant les pales du rotor.
Aubes de maintien
Les aubes directrices et les supports guident l'eau vers les pales de la turbine. Ces aubes restent fixes et réduisent les tourbillons d'eau dus à l'écoulement radial, améliorant ainsi le rendement de la turbine.
aubes directrices
Les aubes directrices ne sont pas fixes ; leur angle varie selon les besoins afin de contrôler l'angle de contact de l'eau avec les aubes de la turbine et d'en accroître le rendement. Elles régulent également le débit d'eau dans les aubes mobiles, régulant ainsi la puissance de la turbine en fonction de sa charge.
Lames de coureur
Les aubes mobiles constituent le cœur de toute turbine Francis. Elles constituent les points d'impact du fluide et la force tangentielle de l'impact entraîne la rotation de l'arbre de la turbine, produisant ainsi un couple. Une attention particulière doit être portée à la conception des angles d'entrée et de sortie des aubes, car ces paramètres influencent considérablement la production d'énergie.
Les pales de la roue sont composées de deux parties. La partie inférieure, en forme de petit godet, fait tourner la turbine grâce à l'action pulsée de l'eau. La partie supérieure, quant à elle, utilise la force de réaction de l'eau qui la traverse. La roue tourne grâce à ces deux forces.
Tube d'aspiration
La pression à la sortie de la roue de la turbine à réaction est généralement inférieure à la pression atmosphérique. L'eau à la sortie ne peut pas être évacuée directement vers le canal de fuite. Un tube ou une conduite de section progressivement croissante est utilisé pour évacuer l'eau de la sortie de la turbine vers le canal de fuite.
Ce tube de section croissante est appelé tube d'aspiration. Une extrémité du tube est reliée à la sortie de la roue, tandis que l'autre extrémité est immergée sous le niveau d'eau du canal de fuite.
Principe de fonctionnement de la turbine Francis (avec schéma)
Les turbines Francis sont couramment utilisées dans les centrales hydroélectriques. Dans ces centrales, l'eau à haute pression pénètre dans la turbine par la volute. Ce mouvement diminue la pression de l'eau lorsqu'elle s'enroule dans le tube ; cependant, sa vitesse reste inchangée. Après avoir traversé la volute, l'eau traverse les aubes directrices et est dirigée vers les pales de la roue à un angle optimal. En traversant les pales précisément courbées de la roue, l'eau est légèrement déviée latéralement, ce qui lui fait perdre une partie de son mouvement tourbillonnaire. L'eau est également déviée axialement pour sortir par un aspirateur vers le canal de fuite.
Le tube mentionné réduit la vitesse de sortie de l'eau afin de tirer le maximum d'énergie de l'eau entrante. La déviation de l'eau à travers les pales de la roue produit une force qui propulse les pales vers le côté opposé à la déviation de l'eau. Cette force de réaction (comme le montre la troisième loi de Newton) est à l'origine du transfert de puissance de l'eau vers l'arbre de la turbine, poursuivant ainsi sa rotation. Puisque la turbine se déplace sous l'effet de cette force de réaction, les turbines Francis sont qualifiées de turbines à réaction. Le changement de direction du flux d'eau diminue également la pression à l'intérieur de la turbine.
Avantages du produit
1. Capacité de traitement complète. Opérateur CNC VTL 5M, aléseuses CNC 130 et 150 mm, four de recuit à température constante, fraiseuse-raboteuse, centre d'usinage CNC, etc.
2. La durée de vie prévue est supérieure à 40 ans.
3. Forster offre une intervention gratuite sur site pour tout achat de trois unités (puissance ≥ 100 kW) au cours d'une même année, ou pour un total supérieur à 5 unités. L'intervention sur site comprend l'inspection des équipements, la vérification du nouveau site, la formation à l'installation et à la maintenance, etc.
4. OEM accepté.
5. Usinage CNC, test d'équilibre dynamique et recuit isotherme traité, test CND.
6. Capacités de conception et de R&D, 13 ingénieurs seniors expérimentés en conception et en recherche.
7. Le consultant technique de Forster a travaillé sur la turbine hydraulique déposée pendant 50 ans et a reçu une allocation spéciale du Conseil d'État chinois.
Vidéo du générateur à turbine Francis de 500 kW
