Turbine Francis et composants

Une turbine Francis est un type de turbine à eau. Il s'agit d'une turbine à réaction à flux interne combinant les concepts de flux radial et de flux axial.Turbines Francis sont les turbines les plus couramment utilisées aujourd'hui, avec des rendements supérieurs à 95 %. Le processus de réalisation de la conception moderne de la roue Francis de 1848 à environ 1920. Elle était connue vers 1920 sous le nom de turbine Francis, du nom de l'ingénieur anglo-américain James B. Francis qui a créé une nouvelle conception de turbine en 1848. Les turbines Francis sont principalement utilisées pour produire de l'électricité.Les performances sont meilleures lorsque la hauteur de la tête est comprise entre 100 et 300 m (330 et 980 pieds). Diamètres de tuyaux en acier entre 1 et 10 m (3,3 et 32,8 pieds).Les vitesses des différentes unités de turbine vont de 70 à 1000 tr/min. Les aubes directrices à l'extérieur de la roue rotative de la turbine contrôlent la vitesse du débit d'eau à travers la turbine à différents taux de production d'énergie. Les turbines Francis sont généralement montées avec un arbre vertical pour isoler l'eau du générateur. Cela facilite également l'installation et la maintenance.

Développement

Différents types de roues hydrauliques sont utilisés depuis plus de 1 000 ans pour alimenter divers types de moulins, mais ils sont relativement inefficaces.Les améliorations de l'efficacité des turbines à eau au 19ème siècle leur ont permis de remplacer presque toutes les applications de roue à eau et de rivaliser avec les moteurs à vapeur partout où l'énergie hydraulique était disponible.Après le développement des générateurs électriques à la fin des années 1800, les turbines sont devenues une source naturelle d'énergie pour les générateurs électriques. où existaient des ressources hydrauliques potentielles.En 1826, l'ingénieur français Benoit Fourneyron a développé une turbine à haut rendement (80%). L'eau est dirigée tangentiellement à travers la roue de la turbine, la faisant tourner. le même principe. SBHowd a reçu un brevet américain pour une conception similaire en 1838.En 1848, James B.Francis a amélioré ces conceptions pour créer des turbines plus efficaces tout en travaillant comme ingénieur en chef pour la Locks and Canals Company dans la ville de l'usine textile de roue hydraulique de Lowell, Massachusetts. Il a utilisé des principes scientifiques et des méthodes d'essai pour concevoir des turbines très efficaces. Plus important encore, ses méthodes de calcul mathématiques et graphiques ont amélioré la conception et l'ingénierie des turbines. Ses méthodes analytiques permettent la conception de turbines très efficaces pour correspondre précisément au débit d'eau et à la pression (hauteur) sur site.

Composants

La turbine Francis se compose des pièces principales suivantes :

Enveloppe en spirale : L'enveloppe en spirale autour de la roue de turbine s'appelle la volute ou la volute. Sur toute sa longueur, elle comporte un certain nombre d'ouvertures régulièrement espacées pour permettre au fluide de travail d'empiéter sur les aubes de la roue. Ces ouvertures convertissent l'énergie de pression du fluide en énergie cinétique juste avant que le fluide n'atteigne les aubes. Cela maintient une vitesse constante lorsque la section transversale du boîtier diminue uniformément autour de la circonférence malgré les nombreuses ouvertures permettant au fluide d'entrer dans les aubes.

Aubes directrices et stabilisatrices : la fonction principale des aubes directrices et stabilisatrices est de convertir l'énergie de pression du fluide en énergie cinétique.Il est également utilisé pour diriger le flux vers les lames de coureur à un angle de conception.

Tube de tirage : Le tube de tirage est le conduit qui relie la sortie du coureur au canal de tirage où l'eau sort de la turbine. Sa fonction principale est de réduire la vitesse de l'eau évacuée afin de minimiser la perte d'énergie cinétique à la Cela permet à la turbine d'être positionnée au-dessus de l'eau aval sans baisse significative de la hauteur disponible.