Turbine Kaplan

Figure 1. Une turbine Kaplan.

Une turbine Kaplan est un type de turbine hydraulique à hélice (en particulier une turbine à réaction) utilisée dans les centrales hydroélectriques. L’eau entre et sort des turbines Kaplan le long de son axe de rotation (écoulement axial). Ce qui rend les turbines Kaplan spéciales, c’est que les pales peuvent changer d’angle à la demande pour maintenir une efficacité maximale pour différents débits d’eau. L’eau qui traverse une turbine Kaplan perd de la pression, ce qui signifie qu’une turbine Kaplan est une turbine de réaction (similaire à une turbine Francis).

La surface que l’eau peut pénétrer dans ces turbines est grande, égale à toute la surface occupée par les pales. La grande surface des turbines Kaplan les rend plus utiles lorsque de grands volumes d’eau s’écoulent et peuvent être utilisées même dans des barrages à tête relativement basse. Ceci est d’autant plus important qu’avant le développement de la turbine Kaplan, la plupart des turbines ne convenaient qu’aux grandes têtes d’eau. Viktor Kaplan a conçu cette turbine à partir de la conception des hélices de navires, et à cause de cela, elles fonctionnent essentiellement de manière opposée en tant qu’hélices.

Conception

Figure 2. Notez que l’eau s’écoule et fait tourner la turbine du générateur. Le générateur crée ensuite de l’électricité pour le réseau.

Ces turbines doivent être conçues de manière à permettre à de grandes quantités d’eau de les traverser sans les endommager. La façon dont les turbines Kaplan sont conçues est légèrement différente des autres turbines. Cette turbine est beaucoup plus simple. Il y a un passage d’écoulement qui introduit l’eau dans la direction radiale, et des aubes de guidage spécialisées – des aubes fixes qui dirigent brusquement l’eau de sorte qu’elle pénètre dans la turbine dans la direction axiale. La turbine elle-même est équipée de plusieurs pales de rotor fixées directement à l’arbre central de la turbine. Ces lames sont fixées avec des joints mobiles de sorte que l’angle puisse être modifié, garantissant une efficacité maximale pour un débit et une tête d’eau donnés.

Il est important de noter que les aubes de cette turbine ne sont pas plates, elles se tordent légèrement car la partie externe de l’aube se déplace plus rapidement que la partie interne.

Fonctionnement

La façon dont l’eau circule dans une turbine Kaplan est légèrement différente des autres turbines. Tout d’abord, l’eau est dirigée radialement vers la turbine, en s’approchant du côté. Ceci est fait parce que le générateur est généralement situé quelque part le long de l’axe de rotation des turbines, donc si le générateur était situé ici, il serait mouillé. Au lieu de cela, les aubes de guidage emmènent rapidement l’eau dans un virage de quatre-vingt-dix degrés afin qu’elle frappe axialement les aubes. En plus de rediriger l’eau, ces aubes sont alignées pour donner à l’eau une quantité appropriée de « tourbillon ».

L’eau descend ensuite au-dessus des pales de l’hélice, la faisant tourner avec le « tourbillon » de l’eau. Ce type de turbine est donc connu sous le nom de turbine de réaction car la force de réaction de la poussée de l’eau sur l’hélice force l’hélice à se déplacer. L’eau quitte axialement la turbine.

Pour plus d’informations sur le fonctionnement des turbines Kaplan, cliquez ici.

Pour en savoir plus

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