Hydraulická turbína

Hydraulická turbína je rotační stroj, který produkuje mechanickou energii z pohybu vody (proud nebo přílivu), nebo potenciálně v pohybu (přehrada). Jedná se o základní součást vodních elektráren určených k výrobě elektřiny z proudu vody. Vynalezl ho Benoît Fourneyron v roce 1832 , který nainstaloval svůj první stroj v Pont-sur-l'Ognon .

Klasifikace

Existují dva typy hydraulických turbín: akční a reakční turbíny.

Akce nebo impulsní turbíny transformovat hydraulického tlaku na kinetickou energii statickým zařízení (injektoru), před ovládací pohyblivou část. To je případ:

Peltonova turbína , vhodné pro vysoké Falls, s kolesových ;
Banki turbíny , s průtokem příčnou (voda protéká lopatkami turbíny), je vhodné pro nízké rychlosti, účinnost 82%;
Turgo turbína , určené pro střední výšky hlavy.
jednotlivých Archimédův šroub turbíny , vhodné pro nízkou hlavou s variabilními průtoky. Účinnost 86%
turbína s rotačním tlakovým kolem nebo vodní kolo: reakcí jsou lopatky turbíny částečně ponořeny a používají hydrostatický tlak. Přizpůsobeno nízkým poklesům a proměnlivému průtoku. Účinnost 85%
vír turbína , vynalezl britský inženýr James Thomson . Používá se v povodí, má přívodní kanál, který vede vodu z řeky v kruhové rotující nádrži. Vznikne vír / vír a rotor se otáčí a pohání generátor, který bude vyrábět elektřinu. Přizpůsobeno nízké hlavě s proměnlivými průtoky. Účinnost 83% .

V případě reakční turbíny způsobuje pohyblivá část tlakový rozdíl mezi vstupem a výstupem, například:

Francisova turbína , používá spíše pro střední nebo i vysoké hlavy, s jednoduchým nebo dvojitým oběžného kola , účinnost 90 až 92% ;
Kaplan Axiální turbína s propelerem oběžným kolem , jako to loď, lopatky, které mohou být orientovány podle použitelných toky. Je perfektně vhodný pro nízké pády a vysoké průtoky.
VLH turbína : turbína „very low head“ (anglicky velmi nízkou hlavou turbína), patentovaný v roce 2003 : Typ turbíny (variabilní clona Kaplan), objevil se v letech 2000-2005, k ochraně životního prostředí a zejména s ohledem na chov ryb faunu (úhoři nebo losos za letu , pstruh atd. ), v řekách nebo potokech (ichtyofilní turbína). Tyto turbíny se vyznačují velkým průměrem oběžného kola (průměr 3 až 5 metrů), sklonem 45 ° , nízkou rychlostí otáčení ( 34 ot./min ) a nízkou rychlostí proudění vody.

Wells turbína , která využívá proudění vzduchu způsobené pohybem vln přes svislou trubkou, není v pravém slova smyslu vodní turbínou.

Použití různých typů turbín

příjmení	výtěžek	výška pádu	debet
Peltonova turbína	90%	vysoký
Bankiho turbína	86%		nízký
Turbína Turgo	87% až 90%	průměrný
Archimédova šroubová turbína	86%	nízký	proměnná
turbína rotačního tlaku	proměnná	nízký	proměnná
vírová turbína		nízký	proměnná
Francisova turbína	80% až 95%	střední až vysoká
Kaplanova turbína	90% až 95%	nízký	silný
VLH turbína (Kaplan s proměnným otevíráním)	proměnná	velmi nízký	nízká až velmi nízká

Volba designu

Specifická rychlost

Specifickou rychlost turbíny lze definovat jako rychlost ideální, geometricky podobné turbíny, která by produkovala jednu jednotku energie pro jednu jednotku hlavy.

Specifická rychlost turbíny je dána výrobci (mimo jiné charakteristiky) a vždy se vztahuje k bodu maximální účinnosti. To umožňuje přesné výpočty výkonu turbíny pro rozsah výšek a průtoků hlavy.

{\ displaystyle n_ {s} = {\ frac {\ Omega {\ sqrt {P / \ rho}}} {gH ^ {5/4}}}}

(bezrozměrný)

Ω: úhlová rychlost (rad / s)
P: výkon (W)

Pokud dáte konstantám tohoto vzorce příslušnou číselnou hodnotu, vzorec se stane:

{\ displaystyle n_ {s} = {\ frac {0,2626n {\ sqrt {P}}} {h ^ {5/4}}}}

$ne$ rychlost otáčení v otáčkách za minutu,
$P$ výkon v kW
$h$ výška pádu v metrech

Specifická rychlost takto vypočítaná z průtoku, výšky pádu a výkonu / rychlosti generátoru umožňuje definovat typ použité turbíny a také její rozměry.

Typicky dobře navržené stroje mají následující hodnoty:

Aktivní turbíny mají nejnižší hodnotu , mezi 1 a 10 . $n_ {s}$
Peltonova turbína je mezi 2 a 20 .
Banki turbíny se pohybuje mezi 10 a 60 .

Reaktivní turbíny mají nejvyšší . $n_ {s}$

Tyto Francis turbíny jsou mezi 10 a 100 .
Tyto Kaplanovy turbíny jsou mimo 100.

Poznámky a odkazy

Benoit Fourneyron: vynálezce turbíny Le Monde - 10. 3. 2011
[PDF] Société Hydraulique d'Études et de Missions d'Assistance, „ Dimenzování turbín “ , na eduscol.education.fr/ ,března 2010(zpřístupněno 10. listopadu 2015 ) .
Ooreka, „ Hydraulické kolo “, na adrese understandrechoisir.com (přístup 12. prosince 2015 ) .
„ Thomson Vortex Turbine “ , na bea007.over-blog.com ,16. března 2013(zpřístupněno 10. listopadu 2015 ) .
MJ2 Technologies, „ Turbogenerátorová jednotka s velmi nízkou dopravní výškou : koncept VLH “ [PDF] , na .mp-i.fr ,červen 2013(zpřístupněno 12. prosince 2015 ) .
EDF, „ Technologie VLH pro budoucí vodní elektrárnu Rondeau “ , na lenergieenquestions.fr ,29. listopadu 2013(zpřístupněno 12. prosince 2015 ) .
Obecná soutěž pro střední školy 2013, „ Voda, zdroj energie “ [PDF] , na pedagogie.ac-aix-marseille.fr ,2013(zpřístupněno 12. prosince 2015 ) .
(in) James B. Calvert - Impulse Turbines: The Pelton Wheel

Podívejte se také

Související články

externí odkazy

Pierre Crausse & François Vieillefosse, Od vody ke světlu, století vodní energie ve Francii, Toulouse, Nouvelles Éditions Loubatières , 2011, ( ISBN 978-2-86266-649-5 )