Evolution de la turbine Francis à la turbine Kaplan

Turbines Francis convertir l'énergie sous des têtes d'eau à haute pression qui ne sont pas facilement obtenues, donc considérant que le volume d'eau est assez grand, des turbines sont nécessaires pour convertir l'énergie sous des têtes d'eau à basse pression. Il est facile de convertir une tête haute en puissance, mais il est difficile avec une chute basse. D'où l'évolution qui a eu lieu pour convertir les turbines Francis en turbines Kaplan, qui produisent de l'électricité efficacement même à basse chute.

Changements

• Les turbines sont parfois différenciées par le type de flux d'entrée, si la vitesse d'entrée est orientée axialement, orientée radialement ou une combinaison des deux. Les turbines Francis sont des turbines hybrides (la vitesse d'entrée a des composantes radiales et tangentielles), tandis que les turbines axiales sont des turbines axiales ( la vitesse d'entrée n'a que des composantes de vitesse axiale). L'évolution comprend principalement des changements dans le trafic d'entrée.

• Nomenclature du triangle de vélocité :

• Un triangle de vitesse général est composé des vecteurs suivants :

• V : Vitesse absolue du fluide.

• U : Vitesse tangentielle du fluide.

• Vr : La vitesse relative du fluide après contact avec le rotor.

• Vw : Composante tangentielle de V (vitesse absolue), appelée vitesse de tourbillon.

• Vf : Vitesse d'écoulement (composante axiale en cas de machines axiales, composante radiale en cas de machines radiales).

• α : L'angle que V fait avec le plan de la machine (généralement l'angle de la buse ou l'angle des aubes).

• β : Angle ou vitesse relative des pales du rotor par rapport à la direction tangentielle.

En règle générale, les turbines Kaplan fonctionnent à faible hauteur de chute (H) et à haut débit (Q). Cela signifie que les turbines Kaplan fonctionnent à une vitesse spécifique élevée (Ns) car la vitesse spécifique (Nsp) est directement proportionnelle au débit (Q) et inversement proportionnelle à la tête. (H). D'autre part, les turbines Francis fonctionnent à faible vitesse spécifique, c'est-à-dire à haute chute.Comme on peut le voir sur la figure, une augmentation de la vitesse spécifique (ou une diminution de la hauteur) a les conséquences suivantes :

• La vitesse d'entrée V1 est réduite.

• La vitesse d'écoulement Vf1 à l'entrée est augmentée, permettant ainsi à un grand volume de fluide d'entrer dans la turbine.

• La composante Vw diminue en se déplaçant vers une turbine Kaplan, et sur la figure, Vf représente la composante axiale (Va).

• Dans la figure, le débit à l'entrée est dans les directions radiale (Vf) et tangentielle (Vw) pour toutes les roues à l'exception de la roue Kaplan.

• β1 diminue au fur et à mesure de l'évolution.

• Cependant, la vitesse de sortie du coureur Kaplan est axiale, tandis que la vitesse de sortie de tous les autres coureurs est radiale.Ce sont donc les changements de paramètres qui doivent être incorporés lors de la conversion d'une turbine Francis en une turbine Kaplan.

Différences générales entre les turbines Francis et Kaplan

L'efficacité de la turbine Kaplan est supérieure à celle de la turbine Francis.La turbine Kaplan est plus compacte en section transversale et a une vitesse de rotation inférieure à celle de la turbine Francis.Dans la turbine Kaplan, l'eau s'écoule axialement vers l'intérieur et vers l'extérieur tandis que dans la turbine Francis, elle est radialement vers l'intérieur et axialement vers l'extérieur.Les aubes de roue de la turbine Kaplan sont moins nombreuses car les aubes sont torsadées et couvrent une plus grande circonférence.Les pertes par frottement dans la turbine Kaplan sont moindres.L'arbre d'une turbine Francis est généralement vertical, mais dans la plupart des premières machines, il était horizontal, alors que dans les turbines Kaplan, il est toujours vertical.La vitesse spécifique des turbines Francis est moyenne (60-300 tr/min) et la vitesse spécifique des turbines Kaplan est élevée (300-1000 tr/min).