Turbină hidraulică
O turbină hidraulică este o mașină rotativă care produce energie mecanică din apa în mișcare (flux sau maree) sau potențial în mișcare (baraj). Este componenta esențială a centralelor hidroelectrice destinate să producă electricitate dintr-un flux de apă. A fost inventat de Benoît Fourneyron în 1832 , care și-a instalat prima mașină în Pont-sur-l'Ognon .
Clasificare
Există două tipuri de turbine hidraulice: turbine de acțiune și de reacție.
Acțiunea sau impuls turbinele transforma presiunea hidraulică în energie cinetică printr - un dispozitiv static (injector), înainte de a acționarea părții mobile. Acesta este cazul:
- turbina Pelton , potrivit pentru căderi mari, cu o roată de cupă ;
- turbina Banki , cu un flux transversal (apa curge prin palele turbinei), este potrivit pentru viteze reduse, eficiență de 82%;
- turbina Turgo , proiectat pentru înălțimi ale capului medii.
- a Șurubul lui Arhimede turbina , potrivit pentru cap mic , cu debite variabile. Eficiență 86%
- turbinei roată de presiune rotativ sau roata de apă: prin reacție, paletele turbinei sunt parțial scufundate și de a folosi presiunea hidrostatică. Adaptat la picături mici și debit variabil. Eficiență 85%
- turbina vortex , inventat de inginerul britanic James Thomson . Utilizat într-un bazin, are un canal de alimentare care conduce apa din râu într-un bazin rotativ circular. Se formează un vortex / vortex și rotorul se rotește, acționând un generator care va produce electricitate. Adaptat la cap redus cu debit variabil. Eficiență 83% .
În cazul unei turbine de reacție , partea mobilă, dimpotrivă, determină o diferență de presiune între intrare și ieșire, cum ar fi:
- turbina Francis , folosit mai mult pentru mediu sau chiar capete mari, cu un singur sau dublu rotor , randament 90 la 92% ;
- Kaplan flux axial turbinei cu un propeller- tip rotor , cum ar fi cea a unei bărci, palele care pot fi orientate în funcție de fluxurile utilizabile. Este perfect potrivit pentru căderi mici și debituri ridicate.
- turbina Lh : „cap foarte mic“ Turbina (din limba engleză Foarte slab Cap turbine), brevetat în 2003 : tipul de turbină (Kaplan cu deschidere variabilă) a apărut în anii 2000-2005, în scopul de a proteja mediul și în special fauna piscicolă (anghile sau somon în zbor , păstrăv etc. ), în râuri sau cursuri de apă (turbină ihtiofilă). Aceste turbine se caracterizează printr-un diametru mare de rotor (3 până la 5 metri în diametru), o înclinație de 45 ° , o viteză de rotație redusă ( 34 rpm ) și o viteză redusă a debitului apei.
Turbina Wells , care folosește mișcarea aerului cauzată de mișcarea valurilor printr - un tub vertical, nu este strict vorbind , o turbină hidraulică.
Utilizarea diferitelor tipuri de turbine
numele de familie
|
Randament
|
înălțimea căderii
|
debit
|
---|
Turbina Pelton |
90% |
înalt
|
Turbina Banki |
86% |
|
scăzut
|
Turbina Turgo |
87% până la 90% |
in medie
|
Turbină cu șurub arhimedean
|
86% |
scăzut |
variabil
|
turbină rotativă cu presiune rotativă |
variabil |
scăzut |
variabil
|
turbină iaz vortex |
|
scăzut |
variabil
|
Turbina Francis |
80% până la 95% |
mediu spre mare
|
Turbina Kaplan |
90% până la 95% |
scăzut |
puternic
|
Turbina VLH (Kaplan cu deschidere variabilă) |
variabil |
foarte jos |
scăzut la foarte scăzut
|
Alegerea designului
Viteza specifică
Viteza specifică a unei turbine poate fi definită ca viteza unei turbine ideale, similare din punct de vedere geometric, care ar produce o unitate de putere pentru o unitate de cap.
Viteza specifică a unei turbine este dată de producători (printre alte caracteristici) și se referă întotdeauna la punctul de eficiență maximă. Acest lucru permite calcule precise ale performanței turbinei pentru o gamă de înălțimi ale capului și debitelor.
nus=ΩP/ρgH5/4{\ displaystyle n_ {s} = {\ frac {\ Omega {\ sqrt {P / \ rho}}} {gH ^ {5/4}}}} (adimensional)
cu:
- Ω: viteza unghiulară (rad / s)
- P: putere (W)
Dând constantelor acestei formule valoarea numerică adecvată, formula devine:
nus=0,2626nuPh5/4{\ displaystyle n_ {s} = {\ frac {0,2626n {\ sqrt {P}}} {h ^ {5/4}}}}cu:
-
nu{\ displaystyle n}viteza de rotație în rotații pe minut,
-
P{\ displaystyle P} puterea în kW
-
h{\ displaystyle h} înălțimea căderii în metri
Viteza specifică astfel calculată din debit, înălțimea de cădere și puterea / viteza generatorului, face posibilă definirea tipului de turbină care trebuie utilizată, precum și a dimensiunilor acesteia.
Mașinile de obicei bine proiectate au următoarele valori:
- Turbinele active sunt cele mai mici , între 1 și 10 .nus{\ displaystyle n_ {s}}
- O turbină Pelton are între 2 și 20 .
- O turbină Banki are între 10 și 60 .
Turbinele reactive sunt cele mai mari .
nus{\ displaystyle n_ {s}}
Note și referințe
-
Benoit Fourneyron: inventator al turbinei Le Monde - 03.03.2011
-
[PDF]
Société Hydraulique d'Études et de Missions d'Assistance, " Dimensioning of turbines " , pe eduscol.education.fr/ ,martie 2010(accesat la 10 noiembrie 2015 ) .
-
Ooreka, „ roata hidraulică , “ la understandrechoisir.com (accesat 12 decembrie 2015 ) .
-
„ Turbina Thomson Vortex ” , la bea007.over-blog.com ,16 martie 2013(accesat la 10 noiembrie 2015 ) .
-
MJ2 Technologies, „ Unitate generatoare turbo pentru cap foarte scăzut: conceptul VLH ” [PDF] , pe .mp-i.fr ,Iunie 2013(accesat la 12 decembrie 2015 ) .
-
EDF, „ Tehnologia VLH pentru viitoarea centrală hidroelectrică Rondeau ” , pe lenergieenquestions.fr ,29 noiembrie 2013(accesat la 12 decembrie 2015 ) .
-
Concurs general de liceu 2013, „ Apa, o sursă de energie ” [PDF] , pe pedagogie.ac-aix-marseille.fr ,2013(accesat la 12 decembrie 2015 ) .
-
(în) James B. Calvert - Turbine de impuls: roata Pelton
Vezi și tu
Articole similare
linkuri externe
Pierre Crausse și François Vieillefosse, De la apă la lumină, un secol de energie hidroelectrică în Franța, Toulouse, Nouvelles Éditions Loubatières , 2011, ( ISBN 978-2-86266-649-5 )