La turbine de contre-attaque est une sorte de machine hydraulique qui utilise la pression du flux d'eau pour convertir l'énergie de l'eau en énergie mécanique.
(1) Structure. Les principaux composants structurels de la turbine de contre-attaque sont la roue, la chambre de dérivation de l'eau, le mécanisme de guidage de l'eau et l'aspirateur.
1) Roue. La roue est un élément de la turbine hydraulique qui convertit l'énergie du flux d'eau en énergie mécanique rotative. Selon le sens de conversion de l'énergie hydraulique, la structure de la roue varie selon les turbines à contre-attaque. La roue de la turbine Francis est composée de pales hélicoïdales profilées, d'une couronne, d'un anneau inférieur et d'autres composants verticaux principaux ; la roue de la turbine axiale est composée de pales, d'un corps de roue, d'un cône de drainage et d'autres composants principaux. La structure de la roue de la turbine diagonale est plus complexe. L'angle de positionnement des pales peut être modifié en fonction des conditions de fonctionnement et de l'ouverture des aubes directrices. L'axe de rotation des pales forme un angle oblique (45°-60°) par rapport à l'axe de la turbine.
2) Chambre de dérivation de l'eau. Sa fonction est d'assurer un écoulement uniforme de l'eau dans le mécanisme de guidage, de réduire les pertes d'énergie et d'améliorer le rendement de la turbine. Les turbines de grande et moyenne taille utilisent souvent des volutes métalliques de section circulaire pour les hauteurs de chute supérieures à 50 m, et des volutes en béton de section trapézoïdale pour celles de moins de 50 m.
3) Mécanisme de guidage de l'eau. Il est généralement composé d'un certain nombre d'aubes directrices profilées et de leurs mécanismes rotatifs disposés uniformément sur la périphérie de la roue. Son rôle est de guider le flux d'eau uniformément dans la roue et, en ajustant l'ouverture de l'aube directrice, de modifier le débit de la turbine pour répondre aux exigences de charge du groupe électrogène. Il assure également l'étanchéité à l'eau lorsqu'il est complètement fermé.
4) Aspirateur. L'écoulement d'eau à la sortie de la roue conserve une partie de l'énergie excédentaire non utilisée. Le rôle de l'aspirateur est de récupérer cette partie de l'énergie et d'évacuer l'eau en aval. Il existe deux types d'aspirateurs : coniques droits et courbes. Les premiers présentent un coefficient énergétique élevé et conviennent généralement aux petites turbines horizontales et tubulaires ; les seconds, quant à eux, présentent des performances hydrauliques inférieures à celles des cônes droits, mais une profondeur de creusement plus faible, et sont largement utilisés dans les turbines de contre-attaque de grande et moyenne taille.
(2) Classification. Selon la direction axiale de l'écoulement de l'eau à travers la roue, la turbine à impact est divisée en turbine Francis, turbine à flux diagonal, turbine à flux axial et turbine tubulaire.
1) Turbine Francis. La turbine Francis (flux radial axial ou Francis) est une turbine à contre-attaque dans laquelle l'eau s'écoule radialement de la circonférence de la roue vers la direction axiale. Ce type de turbine offre une large gamme de hauteurs de chute (30 à 700 m), une structure simple, un faible volume et un faible coût. La plus grande turbine Francis mise en service en Chine est la centrale hydroélectrique d'Ertan, avec une puissance nominale de 582 MW et une puissance maximale de 621 MW.
2) Turbine à flux axial. La turbine à flux axial est une turbine à contre-attaque dans laquelle l'eau entre dans la direction axiale et sort de la roue dans la même direction. Ce type de turbine se divise en deux types : à pales fixes (à vis) et à pales rotatives (de type Kaplan). Les pales de la première sont fixes, tandis que celles de la seconde sont orientables. La capacité de passage de l'eau de la turbine à flux axial est supérieure à celle de la turbine Francis. Comme les pales de la turbine à aubes peuvent changer de position en fonction des variations de charge, leur rendement est supérieur dans une large plage de variations de charge. Les performances anti-cavitation et la résistance mécanique de la turbine à flux axial sont inférieures à celles de la turbine Francis, et sa structure est également plus complexe. Actuellement, la hauteur de chute applicable de ce type de turbine atteint 80 m ou plus.
3) Turbine tubulaire. L'écoulement de l'eau de ce type de turbine hydraulique s'effectue axialement hors de la roue, sans rotation avant ni arrière. La plage de hauteur d'eau d'utilisation est de 3 à 20. Le fuselage présente les avantages suivants : faible hauteur, bonnes conditions d'écoulement de l'eau, rendement élevé, moins de travaux de génie civil, faible coût, absence de volutes ni de tubes d'aspiration courbés. Plus la hauteur d'eau est basse, plus les avantages sont évidents.
Les turbines tubulaires se divisent en deux types : à flux continu et à flux semi-continu, selon le raccordement du générateur et le mode de transmission. Les turbines à flux semi-continu se divisent en turbines à bulbe, à arbre et à extension d'arbre. Parmi ces turbines, l'extension d'arbre se divise également en deux types : à axe oblique et à axe horizontal. Actuellement, les turbines à bulbe tubulaire, à extension d'arbre et à arbre vertical sont les plus répandues, principalement dans les petites unités. Ces dernières années, l'arbre a également été utilisé dans les unités de grande et moyenne taille.
Le générateur de l'unité tubulaire à extension d'arbre est installé hors de la voie navigable et relié à la turbine par un arbre incliné plus long ou un arbre horizontal. Cette structure à extension d'arbre est plus simple que celle à bulbe.
4) Turbine à flux diagonal. La structure et la taille de la turbine à flux diagonal (également appelée diagonale) se situent entre le flux mixte et le flux axial. La principale différence réside dans l'angle d'inclinaison des pales de la roue par rapport à l'axe de la turbine. Grâce à ses caractéristiques structurelles, l'unité ne peut s'enfoncer pendant son fonctionnement. Un dispositif de protection contre les déplacements axiaux est donc installé dans la deuxième structure afin d'éviter toute collision entre les pales et la chambre de la roue. La hauteur manométrique d'utilisation de la turbine à flux diagonal est comprise entre 25 et 200 m.
Date de publication : 19 octobre 2021
