Turbine Francis

L'un des éléments les plus utilisés dans le monde pour la production d'énergie hydroélectrique est le Turbine Francis. C'est une machine turbo qui a été développée par James B. Francis et fonctionne par réaction et flux mélangé. Ce sont des turbines hydrauliques capables de donner une large gamme de sauts et de débits et fonctionnant sur des pentes allant de deux mètres à plusieurs centaines de mètres.

Dans cet article, nous allons vous parler de toutes les caractéristiques et de l'importance de la turbine Francis.

Caractéristiques principales

Ce type de turbine est capable de fonctionner à des hauteurs inégales allant de plusieurs mètres à des centaines de mètres. De cette manière, il est conçu pour pouvoir fonctionner dans une large gamme de têtes et de débits. Grâce à la colle à haute efficacité qui est construite et aux matériaux utilisés, ce modèle sera l'un des plus utilisés au monde. Son utilisation principale est dans le domaine de la production d'énergie électrique dans les centrales hydroélectriques.

L'énergie hydroélectrique, comme nous le savons, est un type d'énergie renouvelable qui utilise l'eau des conteneurs pour générer un courant électrique. Ces turbines sont assez difficiles et coûteuses à concevoir à installer, mais peuvent fonctionner pendant des décennies. Cela rend l'investissement dans le coût initial de ce type de turbines plus élevé que le reste. Cependant, cela en vaut la peine car l'investissement initial est en mesure de porter ses fruits au cours des premières années. Comme pour l'énergie photovoltaïque dans laquelle nous utilisons des panneaux solaires avec une durée de vie utile moyenne de 25 ans, nous pouvons récupérer l'investissement pendant les 10 à 15 ans d'utilisation.

La turbine Francis présente une conception hydrodynamique qui Il nous garantit des performances élevées car il n'y a pratiquement pas de pertes d'eau. Ils sont d'apparence assez robuste et ont un faible coût de maintenance. C'est l'un des points les plus avantageux de ce type de turbines car la maintenance est moindre et ce qui réduit les coûts généraux. L'installation d'une turbine Francis avec des hauteurs supérieures à 800 mètres n'est pas du tout recommandée car il y a trop de variations de gravité. Il n'est pas non plus conseillé d'installer ce type de turbine dans des endroits où les variations de débit sont importantes.

Cavitation dans la turbine Francis

La cavitation est un aspect important que nous devons contrôler à tout moment. C'est un effet hydrodynamique qui se produit lorsque des cavités de vapeur sont générées dans l'eau qui traverse les turbines. Comme pour l'eau, il peut se produire avec tout autre fluide à l'état liquide et à travers lequel il a agi sur des forces qui répondent aux différences de dépression. Dans ce cas, cela se produit lorsque le fluide passe à grande vitesse à travers une arête vive et qu'il y a des décompensations entre les fluides et la conservation de la constante de Bernoulli.

Il peut arriver que la pression de vapeur du liquide soit telle que les molécules peuvent immédiatement changer de vapeur et qu'un grand nombre de bulles se forment. Ces bulles sont appelées cavités. C'est de là que vient le concept de cavitation.

Toutes ces bulles se déplacer vers des zones où la pression est plus élevée vers les zones où la pression est moins. Au cours de ce voyage, la vapeur revient soudainement à l'état liquide. Cela fait que les bulles finissent par écraser, frustrer et produire une traînée de gaz qui produit une grande quantité d'énergie sur la surface solide et qui peut se fissurer lors de la collision.

Tout cela nous oblige non plus à prendre en compte la cavitation dans la turbine Francis.

Pièces de turbine Francis

Ce type de turbines comporte différentes parties et chacune est chargée de garantir la production d'énergie hydroélectrique. Nous allons analyser chacune de ces parties:

• Chambre en spirale: C'est la partie de la turbine Francis qui est chargée de répartir uniformément le fluide à l'entrée de la roue. Cette chambre en spirale a une forme d'escargot et c'est parce que la vitesse moyenne du fluide doit rester constante en chaque point de celle-ci. C'est la raison pour laquelle il doit avoir la forme d'une spirale et d'un escargot. La section transversale de cette chambre peut être de différents types. D'une part, rectangulaire et d'autre part circulaire, la circulaire étant la plus fréquente.
• Prédistributeur: C'est la partie de cette turbine qui est constituée d'aubes fixes. Ces lames ont une fonction purement structurelle. Ils servent à maintenir la structure de la chambre en spirale que nous avons mentionnée ci-dessus et lui confèrent une rigidité suffisante pour pouvoir supporter l'ensemble de la structure hydrodynamique et minimiser les pertes d'eau.
• Distributeur: cette partie est construite en déplaçant des aubes de guidage. Ces éléments doivent commodément diriger l'eau vers les arabes impulseurs qui sont fixés. De plus, ce distributeur est en charge de réguler le débit qui est autorisé lors du passage dans la turbine Francis. C'est ainsi que la puissance de la turbine peut être modifiée pour qu'elle soit ajustée au maximum aux variations de charge du réseau électrique. En même temps, il est capable de diriger l'écoulement du fluide afin d'améliorer les performances de la machine.
• Turbine ou rotor: c'est le cœur de la turbine Francis. En effet, c'est le lieu où se déroule l'échange d'énergie entre l'ensemble de la machine. L'énergie du fluide normalement au moment où il traverse la roue est la somme de l'énergie cinétique, de l'énergie de la pression et de l'énergie potentielle par rapport à la hauteur. La turbine est responsable de la conversion de cette énergie en énergie électrique. L'hélice est chargée de transmettre cette énergie à travers un arbre à un générateur électrique où cette conversion finale est effectuée. Elle peut prendre différentes formes en fonction du nombre de tours spécifique pour lequel la machine est conçue.
• Le tube d'aspiration: C'est la partie où le fluide sort de la turbine. La fonction de cette partie est de donner une continuité au fluide et de récupérer le saut perdu dans les installations situées au-dessus du niveau de l'eau de sortie. En général, cette pièce est construite sous la forme d'un diffuseur de sorte qu'elle génère un effet d'aspiration qui permet de récupérer une partie de l'énergie qui n'a pas été fournie au rotor.

J'espère qu'avec ces informations, vous pourrez en savoir plus sur la turbine Francis.