Comprendre la turbine à réaction

Étant un type spécial de turbine utilisé dans les centrales hydroélectriques, la turbine à réaction est utilisée dans le monde entier pour la production d'électricité. On estime qu'environ 60 % des turbines utilisées dans les centrales hydroélectriques sont des turbines à réaction, bien qu'elles soient toujours en concurrence avec les turbines à impulsion. Une turbine à réaction est constituée de rangées d'aubes fixes et de rangées d'aubes mobiles. Ces lames fixes agissent comme des buses et les lames mobiles se déplacent sous l'impulsion de la vapeur reçue (causée par un changement de quantité de mouvement). Aussi, à la suite de l'expansion et de l'accélération de la vapeur par rapport à eux, agissant toujours comme des buses. Cela sera expliqué plus en détail, restez avec moi !

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

Qu'est-ce qu'une turbine à réaction ?

Une turbine à réaction fonctionne avec la troisième loi du mouvement de Newton (action et réactions sont égales et opposées). Le système génère un couple en réponse à la pression et au poids du fluide. Dans ce fonctionnement, l'eau frappe d'abord les lames fixes puis frappe la buse.

Dans une turbine à réaction, la somme de l'énergie potentielle et de l'énergie cinétique de l'eau due respectivement à la pression et à la vitesse fait tourner les aubes de la turbine. Le corps entier de cette turbine est immergé dans l'eau et les changements de pression de l'eau ainsi que l'énergie cinétique de l'eau provoquent un échange d'énergie. Les applications d'une turbine à réaction sont généralement à des têtes inférieures et des débits plus élevés que le type à impulsion.

Les aubes de turbine ou les aubes de turbine sont conçues pour pouvoir générer une force d'un côté lorsque l'eau la traverse, tout comme un profil aérodynamique. Dans un avion, la force produite par un profil aérodynamique est responsable de sa portance. De même, ici, la force fait tourner les pales.

Différents types de turbines à réaction ont leurs propres conditions de fonctionnement idéales. Pour des exemples,

• Les turbines Pelton sont préférées lorsqu'un faible taux de décharge peut être obtenu et qu'une haute chute (80-1600 m) est disponible.
• Les turbines Kaplan nécessitent un taux de décharge élevé ainsi qu'une chute faible ou moyenne (2-70 m).
• La turbine Francis fonctionne avec un débit moyen et une tête moyenne. La turbine Francis est une combinaison de turbines à impulsion et à réaction.

Les turbines Francis sont les turbines les plus largement utilisées car elles offrent le rendement le plus élevé et peuvent également fonctionner dans une large gamme de conditions de fonctionnement.

Applications de la turbine à réaction

Les diverses applications d'une turbine à réaction sont les suivantes :

• Moulins éoliens pour produire de l'électricité.
• Également, pour la production d'électricité dans les centrales hydroélectriques.
• Les turbines à réaction sont utilisées pour obtenir une puissance de sortie maximale à partir d'une faible charge d'eau disponible et d'une vitesse élevée.

Remarque  :la fonction première d'une turbine à réaction est la production d'électricité.

Composants de la turbine à réaction

Vous trouverez ci-dessous les principaux composants de la turbine à réaction et leur fonction.

Boîtier en spirale :

ces composants de la turbine à réaction ont une surface de section uniformément décroissante, le long de la circonférence. Cette section transversale décroissante assure une vitesse uniforme de l'eau frappant les aubes de la roue. Il y a une ouverture pour l'écoulement de l'eau dans les aubes de la roue à partir du démarrage du tubage, ce qui entraîne une diminution de la pression lorsqu'elle se déplace avec le tubage. La réduction de sa section transversale le long de sa circonférence pour rendre la pression uniforme, donc, l'élan ou la vitesse uniforme frappant les pales du coureur.

Aubes directrices :

Des aubes directrices sont montées dans le carter en spirale pour garantir que l'eau frappant les aubes de roue ait une direction le long de la longueur de l'axe de la turbine. Sinon, le flux serait fortement tourbillonnant lorsqu'il se déplace à travers un boîtier en spirale, ce qui le rendrait pas assez efficace pour faire tourner les aubes de guidage. Dans les turbines modernes, les angles de ces aubes directrices sont réglables, ce qui rend le débit d'eau réglable.

Lames de coureur :

Les aubes mobiles sont des composants importants d'une turbine à réaction. En fait, il est considéré comme le cœur de la turbine à réaction. La forme des aubes de roue utilise l'énergie de pression de l'eau pour faire fonctionner la turbine. Leur conception est très essentielle et joue un rôle majeur dans le choix de l'efficacité d'une turbine. Dans la version moderne, ces pales peuvent s'incliner autour de leur axe, ainsi, la force de pression agissant sur elles peut varier en fonction de la charge et de la pression disponible.

Projet de tube :

Un tube de tirage relie la sortie du canal au canal de fuite, ayant une section transversale accrue sur sa longueur. L'eau sortant des aubes de roue est à une pression considérablement basse, sa section transversale en expansion récupère la pression lorsqu'elle s'écoule vers le canal de fuite.

Schéma d'une turbine à réaction :

Types de turbine à réaction

Ci-dessous les différents types de turbine à réaction

Turbines à hélice :

Les types d'hélices de turbine à réaction ont généralement un chemin d'écoulement de 3 à 6 pales, l'eau étant en contact constant avec toutes les pales. Les turbines à hélice ne peuvent être installées qu'à l'endroit où la charge et la hauteur sont constantes. Sa courbe d'efficacité énergétique est très pointue en charge partielle. Ce qui signifie, de mauvaises performances dans le système.

Les turbines Kaplan peuvent atteindre des niveaux de rendement élevés dans diverses conditions de charge en ajustant correctement les pales pendant leur fonctionnement. En effet, l'angle de la lame peut être ajusté à la puissance requise.

Turbines Francis :

Ces types de turbine à réaction sont une version modifiée de la turbine à hélice, car l'eau s'écoule radialement et axialement dans la roue. Dans son fonctionnement, les canaux d'écoulement sont généralement placés dans un boîtier en spirale avec des lames d'influence réglables en interne.

Ces types de turbines à réaction ont un rotor qui a neuf pales fixes ou plus. L'eau s'initie directement au-dessus et autour du coureur, qui tombe ensuite et tourne.

Éoliennes gravitaires :

Ces types de turbines à réaction convertissent la force de gravité en force de rotation. Ainsi, dans son fonctionnement, l'énergie cinétique de la force de gravité est convertie en électricité.

Turbines à bulbe :

Les types de turbines à bulbe sont des variantes des turbines à hélice. Le générateur de turbine à bulbe est enfermé et scellé dans un boîtier en acier étanche profilé situé au centre du conduit. Ce générateur est entraîné par une hélice à pas variable à l'extrémité aval de la vanne. La direction de l'eau entrant et sortant du système est pratiquement inchangée ou très peu. Sa compacité offre plus de flexibilité dans la conception de centrales électriques.

Éoliennes Straflo :

Ces types de turbines à réaction sont des turbines axiales à pales fixes. Son générateur est situé à l'extérieur du canal d'eau et est directement relié à la roue de la turbine.

Turbines tubulaires :

Dans cette turbine à réaction, la ligne de pression est courbée peu après et avant le trajet d'écoulement, permettant une connexion directe au générateur.

Principe de fonctionnement de la turbine à réaction

Le fonctionnement d'une turbine à réaction est moins complexe et peut être facilement compris. Dans son fonctionnement, un rotor contenant des buses mobiles qui libère de l'eau à haute pression. Lorsque l'eau quitte les buses, elles subissent une force de réaction qui fait tourner le rotor à très grande vitesse. De plus, une force de réaction est générée par le fluide se déplaçant sur les aubes de roue. La force de réaction produite sur les pales du patin fait tourner le patin. Le fluide pénètre dans le tube de tirage après avoir traversé les lames du coureur, puis finalement vers la course de trail.

Regardez la vidéo ci-dessous pour en savoir plus sur le fonctionnement de la turbine à réaction :

Avantages et inconvénients de la turbine à réaction

Avantages :

Ci-dessous les avantages de la turbine à réaction ses différentes applications :

• Efficacité hydraulique élevée.
• Vitesse de travail élevée.
• La conception est moins complexe.
• Les lames ont une efficacité élevée.
• Moins d'espace requis.
• Utilise un système d'échappement sans huile.
• Taille portable.
• Capable d'utiliser des températures et des pressions élevées.

Inconvénients :

Malgré les bons avantages d'une turbine à réaction, certaines limitations subsistent. Voici les inconvénients d'une turbine à réaction dans ses différentes applications.

• Nécessite une maintenance élevée
• Des problèmes de cavitation se produisent.
• Le coût de maintenance est élevé.
• La force de poussée est générée.
• Pas de lames symétriques.

Conclusion

Une turbine à réaction fonctionne avec la troisième loi du mouvement de Newton (action et réactions sont égales et opposées). Le système génère un couple en réponse à la pression et au poids du fluide. Lors de son fonctionnement, l'eau frappe d'abord les lames fixes puis frappe la buse. C'est tout pour ce post où j'ai discuté de la définition, de la fonction, des applications, des composants, du schéma, des types et du fonctionnement d'une turbine à réaction. Avantages et inconvénients de cette turbine à réaction.

J'espère que vous tirerez beaucoup de cet article, si c'est le cas, merci de le partager avec d'autres étudiants. Merci d'avoir lu, à la prochaine !