Turbine Pelton: historique, fonctionnement, application
La turbine Pelton, également connue sous le nom de roue à aubes tangentielle ou roue tangentielle, a été inventée par l'américain Lester Allen Pelton dans les années 1870. Bien que plusieurs types de turbines aient été créés avant le type Pelton, ils sont toujours les plus utilisés. actuellement pour son efficacité.
Il s’agit d’une turbine à impulsion ou hydraulique de conception simple et compacte, à la forme de roue, composée principalement de godets, de déflecteurs ou d’aubes mobiles divisées, située à sa périphérie.
Les pales peuvent être placées individuellement ou attachées au moyeu central, ou la roue entière peut être placée dans une seule pièce complète. Pour fonctionner, il convertit l'énergie du fluide en mouvement, qui est généré lorsqu'un jet d'eau à grande vitesse frappe les pales en mouvement, le faisant tourner et commencer à fonctionner.
Il est généralement utilisé pour produire de l'électricité dans des centrales hydroélectriques, où le réservoir d'eau disponible est situé à une certaine hauteur au-dessus de la turbine.
Histoire
Les roues hydrauliques sont nées des premières roues utilisées pour puiser l’eau des rivières et ont été déplacées par l’effort de l’homme ou des animaux.
Ces roues remontent au deuxième siècle avant JC, quand elles ont ajouté des palettes à la circonférence de la roue. Les roues hydrauliques ont commencé à être utilisées quand on a découvert la possibilité d'exploiter l'énergie des courants pour faire fonctionner d'autres machines, couramment appelées turbomachines ou machines hydrauliques.
La turbine à impulsion Pelton ne fait son apparition qu’en 1870, lorsque le mineur Lester Allen Pelton, d’origine américaine, met en place le premier mécanisme à roues servant à aspirer de l’eau, semblable à un moulin, puis utilise des moteurs à vapeur.
Ces mécanismes ont commencé à présenter des dysfonctionnements. À partir de là, Pelton a pensé à concevoir des roues hydrauliques à lames ou à palettes qui reçoivent le choc de l’eau à grande vitesse.
Il a observé que le jet touchait le bord des palettes au lieu de se placer au centre, ce qui entraînait l'écoulement de l'eau dans la direction opposée et que la turbine prenait plus de vitesse, devenant une méthode plus efficace. Ce fait repose sur le principe selon lequel l'énergie cinétique produite par le jet est conservée et peut être utilisée pour générer de l'énergie électrique.
Pelton est considéré comme le père de l'énergie hydroélectrique, pour sa contribution significative au développement de l'hydroélectricité dans le monde entier. Son invention à la fin des années 1870, surnommé lui-même Pelton Runner, était reconnue comme la conception la plus efficace de la turbine à impulsion.
Plus tard, Lester Pelton a breveté sa roue et a créé en 1888 la Pelton Water Wheel Company à San Francisco. "Pelton" est une marque déposée des produits de cette société, mais le terme est utilisé pour l'identification de turbines à impulsions similaires.
Par la suite, de nouvelles conceptions sont apparues, telles que la turbine Turgo brevetée en 1919 et la turbine Banki inspirée du modèle à roue Pelton.
Fonctionnement de la turbine Pelton
Il existe deux types de turbines: les turbines à réaction et les turbines à impulsions. Dans une turbine à réaction, le ruissellement est effectué sous la pression d'une chambre fermée; par exemple, un simple arroseur de jardin.
Dans la turbine à impulsion de type Pelton, lorsque les augets situés à la périphérie de la roue reçoivent directement l’eau à grande vitesse, ils activent le mouvement de rotation de la turbine, convertissant l’énergie cinétique en énergie dynamique.
Bien que l’énergie cinétique et l’énergie de pression soient utilisées dans la turbine à réaction et que toute l’énergie délivrée dans une turbine à impulsions soit cinétique, le fonctionnement des deux turbines dépend donc de la modification de la vitesse de l’eau, de sorte qu'il exerce une force dynamique dans cet élément rotatif.
Application
Il existe une grande variété de turbines de différentes tailles sur le marché, mais il est recommandé d’utiliser la turbine de type Pelton à des hauteurs allant de 300 mètres à environ 700 mètres ou plus.
Les petites turbines sont utilisées à des fins domestiques. Grâce à l'énergie dynamique générée par la vitesse de l'eau, il est facile de produire de l'énergie électrique de telle sorte que ces turbines sont principalement utilisées pour l'exploitation d'installations hydroélectriques.
Par exemple, la centrale hydroélectrique Bieudron dans le complexe de barrage de la Grande Dixence situé dans les Alpes suisses dans le canton du Valais, en Suisse.
Cette usine, qui a débuté sa production en 1998, a enregistré deux records du monde: elle possède la turbine Pelton la plus puissante au monde et la plus haute centrale utilisée pour produire de l’énergie hydroélectrique.
L'installation abrite trois turbines Pelton, chacune fonctionnant à une hauteur d'environ 1869 mètres et à un débit de 25 mètres cubes par seconde, fonctionnant avec une efficacité supérieure à 92%.
En décembre 2000, la porte du barrage de Cleuson-Dixence, qui alimente les turbines Pelton à Bieudron, s’est brisée à 1234 mètres, ce qui a forcé la fermeture de la centrale.
La rupture avait une longueur de 9 mètres et une largeur de 60 centimètres, entraînant un écoulement supérieur à 150 mètres cubes par seconde. Elle entraînait le rejet rapide d’une grande quantité d’eau à haute pression, détruisant son passage 100 hectares environ de pâturages, vergers, forêts, lavage de plusieurs chalets et granges situés autour de cette zone.
Ils ont fait une grande enquête sur l'accident, ce qui a presque complètement redessiné le tuyau forcé. La cause première de la rupture est encore inconnue.
La nouvelle conception a nécessité des améliorations du revêtement de la conduite et du sol autour de la conduite forcée afin de réduire le débit d'eau entre la conduite et la roche.
La section endommagée du tuyau forcé a été redirigée de l'emplacement précédent pour trouver un nouveau rocher plus stable. La construction de la porte repensée a été achevée en 2009.
L'installation de Bieudron n'était plus opérationnelle après cet accident jusqu'à ce qu'elle reprenne complètement ses activités en janvier 2010.
