Roues de turbine hydraulique : types et spécifications techniques

Les turbines hydrauliques sont des composants clés des systèmes hydroélectriques, convertissant l'énergie de l'eau courante ou descendante en énergie mécanique. Au cœur de ce processus se trouve lacoureur, la partie rotative de la turbine qui interagit directement avec l'écoulement de l'eau. La conception, le type et les spécifications techniques de la roue sont essentiels pour déterminer le rendement de la turbine, sa plage de hauteur manométrique opérationnelle et ses scénarios d'application.

1. Classification des roues de turbines hydrauliques

Les roues de turbine hydraulique sont généralement classées en trois catégories principales en fonction du type de débit d'eau qu'elles traitent :

A. Coureurs impulsifs

Les turbines à impulsion fonctionnent grâce à des jets d'eau à grande vitesse qui frappent les pales à pression atmosphérique. Ces turbines sont conçues pourhaute pression, faible débitcandidatures.

• Pelton Runner:

  • Structure:Seaux en forme de cuillère montés sur la périphérie d'une roue.

  • Gamme de têtes: 100–1800 mètres.

  • Vitesse:Faible vitesse de rotation ; nécessite souvent des multiplicateurs de vitesse.

  • Applications:Zones montagneuses, micro-centrales hydroélectriques hors réseau.

B. Coureurs de réaction

Les turbines à réaction fonctionnent grâce à une pression de l'eau qui varie progressivement à mesure qu'elle traverse la roue. Ces roues sont immergées et fonctionnent sous la pression de l'eau.

• Francis Runner:

  • Structure:Flux mixte avec mouvement radial et axial vers l'intérieur.

  • Gamme de têtes: 20–300 mètres.

  • Efficacité:Élevé, généralement supérieur à 90 %.

  • Applications:Largement utilisé dans les centrales hydroélectriques à moyenne hauteur de chute.

• Kaplan Runner:

  • Structure:Rouleaux à flux axial à pales réglables.

  • Gamme de têtes: 2 à 30 mètres.

  • Caractéristiques:Les lames réglables permettent une efficacité élevée sous des charges variables.

  • Applications:Rivières à faible chute et à fort débit et applications marémotrices.

• Propulseur Runner:

  • Structure:Similaire au Kaplan mais avec des lames fixes.

  • Efficacité:Optimal uniquement dans des conditions de débit constant.

  • Applications:Petits sites hydroélectriques avec débit et hauteur de chute stables.

C. Autres types de coureurs

• Turgo Runner:

  • Structure:Les jets d'eau frappent le coureur selon un angle.

  • Gamme de têtes: 50–250 mètres.

  • Avantage:Vitesse de rotation plus élevée que Pelton, construction plus simple.

  • Applications:Centrales hydroélectriques de petite et moyenne taille.

• Turbine à flux transversal (turbine Banki-Michell):

  • Structure:L'eau s'écoule à travers le canal transversalement, deux fois.

  • Gamme de têtes: 2–100 mètres.

  • Caractéristiques:Idéal pour la petite hydroélectricité et les débits variables.

  • Applications:Systèmes hors réseau, mini-centrales hydroélectriques.

2. Principales caractéristiques techniques des patins

Différents types de coureurs nécessitent une attention particulière à leurs paramètres techniques pour garantir des performances optimales :

3. Critères de sélection

Lors de la sélection d'un type de coureur, les ingénieurs doivent prendre en compte :

• Tête et débit: Détermine s'il faut choisir l'impulsion ou la réaction.

• Conditions du site:Variabilité des rivières, charge sédimentaire, changements saisonniers.

• Flexibilité opérationnelle:Besoin d'un réglage de lame ou d'une adaptation de débit.

• Coût et entretien:Les coureurs plus simples comme Pelton ou Propeller sont plus faciles à entretenir.

4. Tendances futures

Grâce aux progrès de la dynamique des fluides numérique (CFD) et de l'impression 3D en métal, la conception des roues de turbine évolue vers :

• Efficacité accrue dans les débits variables

• Des patins personnalisés pour des conditions de site spécifiques

• Utilisation de matériaux composites pour des pales plus légères et résistantes à la corrosion

Conclusion

Les roues de turbines hydrauliques sont la pierre angulaire de la conversion d'énergie hydroélectrique. En sélectionnant le type de roue approprié et en optimisant ses paramètres techniques, les centrales hydroélectriques peuvent atteindre un rendement élevé, une longue durée de vie et un impact environnemental réduit. Qu'il s'agisse d'électrification rurale à petite échelle ou de grandes centrales raccordées au réseau, la roue reste la clé pour exploiter pleinement le potentiel de l'hydroélectricité.