Ce que vous devez savoir sur la turbine à impulsion

La turbine à impulsion est l'une des turbines les plus simples du marché, classée comme turbines hydrauliques avec les turbines à réaction. Ces turbines sont groupées en fonction de la façon dont l'énergie est échangée entre le fluide et la turbine. Ils sont installés pour convertir l'énergie potentielle et l'énergie cinétique du débit d'eau en travail mécanique. Les centrales hydroélectriques utilisent largement une turbine à impulsion et celle-ci peut être utilisée pour le pompage de l'eau.

Aujourd'hui, vous apprendrez à connaître la définition, les applications, la fonction, les composants, le schéma, les types et le principe de fonctionnement d'une turbine à impulsion. Vous découvrirez également les avantages et les inconvénients de cette turbine à impulsion dans ses différentes applications.

Qu'est-ce qu'une turbine à impulsion ?

Une turbine à impulsion est un dispositif qui utilise l'énergie cinétique du fluide pour frapper les pales à travers la buse. dans ces turbines, un ensemble de machines tournantes fonctionne à pression atmosphérique. Ils conviennent aux hautes chutes et aux faibles débits. Les turbines à impulsion fonctionnent sur la base du changement des vecteurs de vitesse, c'est-à-dire que l'énergie potentielle de l'eau (ou d'autres sources de fluide, par exemple la vapeur) en fonction de la hauteur de la chute d'eau est convertie en énergie cinétique par une ou plusieurs buses.

Lorsque l'eau frappe les pales de la turbine à grande vitesse, la turbine tourne et un arbre relié au générateur permet à l'électricité de se produire. Cela le rend approprié pour extraire l'énergie des conditions de haute pression et de faible débit.

Les turbines à impulsion sont de trois types, Pelton, Turgo et Cross-flow. La construction des turbines Pelton et Turgo est très similaire. Cependant, une turbine à flux croisé est une version modifiée d'une turbine à impulsion, classée comme turbine à impulsion. Ceci est dû à la rotation de la roue à pression atmosphérique et non comme une turbine immergée.

Applications de la turbine à impulsion

Les applications d'une turbine à impulsion sont largement utilisées pour la production d'énergie électrique. En fait, une grande partie de l'énergie électrique mondiale est générée par des turbogénérateurs.

Les moteurs principaux de la navette spatiale utilisaient des turbopompes (une machine constituée d'une pompe entraînée par un moteur à turbine) pour alimenter les ergols (oxygène liquide et hydrogène liquide) dans la chambre de combustion du moteur.

Les turbines à eau sont utilisées dans les centrales hydroélectriques. Ils utilisent l'eau comme fluide de travail. Enfin,

Les turbines à vapeur sont utilisées dans les centrales nucléaires et thermiques. L'eau est chauffée pour former de la vapeur, puis circule dans des turbines pour produire de l'électricité.

Remarque  :la fonction principale d'une turbine à impulsion est la production d'électricité et le pompage de l'eau.

Composants de la turbine à impulsion

Vous trouverez ci-dessous les principaux composants d'une turbine à impulsion ainsi que leurs fonctions :

Coureur :

Cette partie d'une turbine à impulsion ressemble à un disque circulaire contenant un certain nombre d'aubes courbes qui lui sont attachées. Il y a un arbre de cylindre au centre qui est en acier inoxydable ainsi que le coureur. Eh bien, le coureur peut être en fonte lorsque la tête d'écoulement est inférieure.

Compartiments :

Les seaux sont comme un ensemble de coupelles en forme de cuillère qui sont montées autour de la roue pour échanger de l'énergie entre le fluide et la turbine. Le fluide à grande vitesse frappe ces aubes après avoir quitté la buse, provoquant la rotation des aubes de la turbine et sortant du bord extérieur de l'auget. La conception de la turbine déterminera le changement de direction du fluide lors de la sortie par rapport à l'angle d'impact. Le plus grand élan est obtenu à un angle de 180 degrés.

Buse :

La fonction d'une tuyère dans une turbine à impulsion est d'ajuster, de modifier et de projeter le débit de fluide pour frapper les aubes. C'est une partie importante de cette turbine qui provoque des changements de pression et permet de convertir la hauteur d'écoulement en énergie cinétique. Une pièce appelée lance dans cet appareil sert à régler le volume du jet d'eau atteignant les seaux. Ces buses sont conçues à partir d'un carbure de tungstène, qui est très dur et peut résister aux particules érosives.

Boîtier :

Le carter d'une turbine à impulsion sert de bouclier au-dessus de la turbine pour empêcher l'eau d'éclabousser. Il le guide également vers le déversoir, qui existe pour l'eau supplémentaire afin de protéger l'intégrité structurelle du barrage. Généralement, cette pièce est réalisée en fonte.

Conduite :

La pièce est largement utilisée dans les centrales hydroélectriques comme tuyaux et canaux qui transportent l'eau des barrages et des réservoirs o turbines. L'eau y coule à très haute pression. les conduites forcées sont normalement en acier

Schéma de la turbine à impulsion :

Types de turbine à impulsion

Vous trouverez ci-dessous les différents types de turbines à impulsion utilisées dans les centrales hydroélectriques ainsi que leur fonctionnement :

Pelton :

Une turbine Pelton a ses principaux composants comme coureur, buse et déflecteur. Il est utilisé pour les hauteurs de chute d'eau élevées. Une ou plusieurs buses (jusqu'à 6) aident à convertir la tête d'eau en un débit à grande vitesse. Comme le débit d'eau, par conséquent, la puissance de la turbine est contrôlée en régulant la quantité de débit d'eau.

Le système comporte une série de godets symétriquement autour de la roue cylindrique de la turbine. La conception et la forme de ces seaux font que le jet d'eau frappe le centre du seau et sort des deux côtés. Cette sortie se produit de manière à ce que l'eau sortant du seau ne frappe pas le suivant, ce qui entraîne un frein. L'axe de la roue de turbine peut être monté verticalement ou horizontalement. Pour des puissances élevées, une efficacité et un nombre de buses plus élevé, l'arbre de roue est toujours vertical et le générateur est installé au-dessus de la turbine.

Un déflecteur est situé entre le canal et la buse. Cela aide à empêcher l'eau de pulvériser de la buse vers les godets lorsque la charge est soudainement retirée de la turbine. Cela augmente sa vitesse de rotation. Enfin, une lance est utilisée pour arrêter l'écoulement de l'eau.

Schéma de la turbine à impulsion Pelton :

Turgo :

Les types de turbines à impulsion Turgo fonctionnent de manière similaire à celle de Pelton. Leur principale différence est que le jet d'eau frappe les godets obliquement (environ 20 degrés). En effet, la forme du godet est compliquée et plus difficile à fabriquer. Les turbines Turgo ont une vitesse spécifique plus élevée que Pelton. Un avantage de ces types de turbines à impulsion est le jet plus grand et une taille de machine plus petite par rapport à Pelton à puissance égale. Les petites centrales hydroélectriques utilisent cette turbine.

Schéma de la turbine à impulsion Turgo :

Flux croisé :

Ces types de turbines sont la modification des turbines à impulsion souvent utilisées dans les petites centrales hydroélectriques. Tout comme les turbines à impulsion, le rotor tourne dans l'air et n'est pas complètement immergé comme une turbine à réaction. Les avantages de cette turbine incluent le fonctionnement dans une large gamme de débit, de hauteur et par conséquent de puissance. De plus, il peut bien s'adapter aux changements de débit tout en économisant l'efficacité. Il existe un système de contrôle spécial qui peut ajuster la partie active de la turbine en fonction de la quantité de débit d'eau.

Schéma d'une turbine tangentielle :

Principe de fonctionnement d'une turbine à impulsion

Le fonctionnement d'une turbine à impulsion est différent car il en existe différents types. Eh bien, tout en expliquant les différents types, j'ai mentionné comment ils fonctionnent. Généralement, dans le processus de production d'énergie dans les turbines à impulsion, les étapes suivantes doivent être accomplies.

• L'eau stockée s'écoule d'une source en amont à travers la conduite forcée pour être acheminée vers la buse.
• L'énergie potentielle de l'eau à l'intérieur de la buse est convertie en énergie cinétique et injectée dans les pales ou les godets ; ainsi, le coureur tourne.
• Il existe un mécanisme pour contrôler le débit d'eau injecté dans le coureur. La lance joue généralement un rôle important dans ce processus.
• Le générateur fixé à l'arbre convertit l'énergie mécanique en énergie électrique.

Regardez la vidéo ci-dessous pour en savoir plus sur le fonctionnement d'une turbine à impulsion :

Avantages et inconvénients d'une turbine à impulsion

Avantages :

Vous trouverez ci-dessous les avantages des turbines à impulsion dans leurs diverses applications.

• Facile à entretenir.
• Construction simple.
• Efficacité de travail élevée.
• Peut fonctionner à pression atmosphérique.
• Sa vitesse de rotation est élevée.

Inconvénients :

Malgré les bons avantages d'une turbine à impulsions, certaines limitations subsistent. Vous trouverez ci-dessous les inconvénients d'une turbine à impulsions dans ses différentes applications.

• Il occupe beaucoup d'espace en raison de sa taille.
• Le coût d'installation est élevé.
• L'efficacité du travail diminue avec le temps.
• Ne convient pas aux débits élevés.
• Idéal uniquement pour les faibles débits.
• Cela nécessite une tête haute difficile à gérer.

Conclusion

Les turbines à impulsion sont des types spéciaux de turbines pour la production d'électricité et le pompage de l'eau. Ils sont de trois types, dont Pelton, Turgo et à flux croisés. c'est tout ce post où la définition, les applications, la fonction, les composants, le schéma et le fonctionnement d'une turbine à impulsion ont été expliqués. Ses avantages et ses inconvénients ont également été énoncés.

J'espère que vous avez apprécié la lecture, si c'est le cas, merci de partager avec d'autres étudiants. Merci d'avoir lu, à la prochaine !