Qu'est-ce qu'une turbine hydraulique?
Une turbine hydraulique est une machine qui convertit l'énergie de l'eau en mouvement en force de rotation d'un arbre. L'arbre en rotation peut être connecté à un générateur pour créer de l'électricité. La principale distinction entre une turbine hydraulique et une autre est qu’il s’agisse d’un type à réaction ou à impulsion. Ces catégories sont en outre classées dans des conceptions spécifiques, notamment les turbines Francis, Kaplan, Pelton, Turgo et à flux croisés.
Une turbine à réaction crée une rotation en enfermant l’arbre avec sa roue attachée dans un carter pour contenir la pression de l’eau et en fonctionnant immergé dans le flux d’eau. Les pales inclinées qui entourent l’arbre d’une turbine à réaction font que la portance absorbe la pression et la force de l’eau et la convertit en rotation. Les turbines à réaction fonctionnent généralement avec une pression de tête ou une pression d'eau faible à modérée.
Un type de turbine hydraulique à réaction est la conception Francis. Une entrée en forme de spirale dirige l'eau dans la roue ou le coureur. Des ailettes réglables guident l'eau contre le patin à l'angle désiré. La pression et le débit de l'eau sont modifiés par la réaction avec le canal, créant ainsi un couple.
La turbine Kaplan, ou à hélice, est une autre variante du type de réaction. La conception intègre des pales pour guider le flux d'eau et des pales sur l'arbre du rotor similaires à l'hélice d'un navire. Les pales sont réglables pour maximiser l'efficacité à travers une gamme de niveaux de pression si le débit d'eau est suffisant, rendant ainsi cette conception très flexible.
Une turbine à impulsions crée une rotation grâce à la force d'un courant d'eau dirigé vers une série de godets, ou coupelles, entourant l'arbre. Les seaux ne sont pas immergés dans l'eau mais sont déplacés par le jet d'eau. La vitesse de l'eau est augmentée en la forçant à travers une buse avant qu'elle ne frappe les seaux. Les turbines à impulsions peuvent fonctionner à des niveaux de charge élevés et ne nécessitent pas d’enrober la roue.
La version Pelton de la turbine hydraulique à impulsion, c’est-à-dire la roue Pelton, comporte une série de godets dans un anneau autour de l’arbre. Les seaux sont divisés au milieu afin que la force de l'eau de la buse ne soit pas empêchée par un seau d'atteindre la suivante. L'eau se courbe autour de 180 ° autour de la forme de chaque seau arrondi et sa vitesse diminue sensiblement. L'eau ralentie tombe dans un canal de refoulement sous la turbine.
Une autre turbine à impulsion est la conception de Turgo. Cette unité est similaire à la roue Pelton, mais les godets sont plats sur un bord et entourés par une bande qui les entoure. La buse dirige l'eau contre les seaux pour qu'elle pénètre d'un côté et se décharge de l'autre. Le Turgo gère une vitesse plus élevée que la configuration Pelton en utilisant une roue plus petite parce que l’entrée d’eau ne se mélange pas à la décharge.
Les turbines à courant transversal fonctionnent avec un rotor en forme de tambour coiffé à l'une de ses extrémités et relié à des lattes arrondies présentant parfois une conception en hélice ou en double hélice. La buse de cette turbine hydraulique dirige l'eau à travers le rotor de sorte que l'eau entre en contact avec les pales deux fois avant de dépenser son énergie et de tomber dans la décharge. Les turbines à courant transversal peuvent fonctionner avec très peu de charge, même avec un débit important.