Il existe de nombreux types de générateurs hydroélectriques. Aujourd'hui, je vais vous présenter en détail les générateurs hydroélectriques à flux axial. Ces dernières années, l'utilisation des turbines à flux axial s'est principalement concentrée sur le développement de centrales à haute chute et de grande taille. Les turbines à flux axial de fabrication chinoise connaissent un développement rapide. Deux turbines à flux axial à aubes ont été installées à la centrale hydroélectrique de Gezhouba. L'une d'elles, d'un diamètre de 11,3 mètres, est actuellement la plus grande au monde. Voici les avantages et les inconvénients des turbines à flux axial.
Avantages de la turbine à flux axial
Comparées aux turbines Francis, les turbines axiales présentent les principaux avantages suivants :
1. Vitesse spécifique élevée et excellentes caractéristiques énergétiques. Par conséquent, sa vitesse et son débit unitaires sont supérieurs à ceux d'une turbine Francis. À hauteur de chute et puissance égales, elle permet de réduire considérablement la taille et le poids du groupe turbogénérateur, ainsi que la consommation de matériaux, ce qui la rend très économique.
2. La forme et la rugosité de surface des aubes de la roue de la turbine axiale répondent aisément aux exigences de fabrication. Grâce à la rotation des aubes, le rendement moyen de la turbine axiale à pales rotatives est supérieur à celui d'une turbine à flux mixte. De plus, le rendement reste relativement stable malgré les variations de charge et de hauteur de chute.
3. Les pales de la turbine à aubes à flux axial peuvent être démontées, ce qui est pratique pour la fabrication et le transport.
Par conséquent, la turbine axiale assure une stabilité accrue sur une plage de fonctionnement plus étendue, avec moins de vibrations, un rendement et une puissance supérieurs. Dans le domaine des basses chutes, elle a quasiment supplanté la turbine Francis. Ces dernières décennies, son développement a été considérable, tant en termes de puissance unitaire que de hauteur de chute utilisée, et ses applications se sont largement diversifiées.
Inconvénients de la turbine à flux axial
Cependant, la turbine à flux axial présente également des inconvénients qui limitent son champ d'application. Les principaux inconvénients sont les suivants :
1. Le nombre de pales est faible et il s'agit d'une structure en porte-à-faux, donc sa résistance est faible et il ne peut pas être utilisé dans les centrales hydroélectriques à moyenne et haute chute.
2. En raison du débit unitaire important et de la vitesse unitaire élevée, sa hauteur d'aspiration est plus faible que celle d'une turbine Francis dans les mêmes conditions de hauteur de chute, ce qui entraîne une grande profondeur d'excavation pour les fondations de la centrale et un investissement relativement élevé.
Compte tenu des limitations des turbines axiales mentionnées précédemment, de nouveaux matériaux anti-cavitation à haute résistance sont utilisés dans leur fabrication, et la résistance des pales est améliorée lors de la conception, ce qui permet d'accroître continuellement la hauteur de chute admissible. Actuellement, la hauteur de chute admissible des turbines axiales à aubes est de 3 à 90 m, et elles atteignent désormais le niveau des turbines Francis. À titre d'exemple, la puissance unitaire maximale des turbines axiales à aubes étrangères est de 181 700 kW, la hauteur de chute maximale est de 88 m et le diamètre de la roue est de 10,3 m. La puissance unitaire maximale des turbines axiales à aubes produites en Chine est de 175 000 kW, la hauteur de chute maximale est de 78 m et le diamètre de la roue est de 11,3 m. La turbine axiale à hélice fixe, avec ses pales fixes et sa structure simple, ne convient pas aux centrales hydroélectriques présentant d'importantes variations de hauteur de chute et de charge. Elle possède une hauteur de chute stable et peut servir de centrale de base ou de système multi-unités pour une grande centrale. En période de forte production saisonnière, une analyse économique est possible. Sa plage de hauteur de chute applicable est de 3 à 50 m. Les turbines à aubes axiales utilisent généralement des dispositifs verticaux. Leur principe de fonctionnement est fondamentalement le même que celui des turbines Francis. La différence réside dans le fait qu'en cas de variation de charge, elles régulent non seulement la rotation des aubes directrices, mais aussi celle des pales de la roue afin de maintenir un rendement élevé.
Nous avons déjà présenté les turbines Francis. Parmi les turbogénérateurs, il existe une différence majeure entre les turbines Francis et les turbines axiales. Par exemple, la structure de leurs roues diffère. Les aubes des turbines Francis sont presque parallèles à l'arbre principal, tandis que celles des turbines axiales sont presque perpendiculaires à celui-ci.
Date de publication : 11 novembre 2021
