Conception de la Turbine Turgo pour une Efficacité Accrue
Les turbines hydrauliques basées sur les rivières sont des machines rotatives qui convertissent l’énergie cinétique de l’eau en mouvement en énergie mécanique d’un arbre rotatif. Il existe de nombreuses formes et conceptions de turbines utilisant des buses, des seaux ou des roues. La conception de la turbine Turgo est une turbine à impulsion qui peut fonctionner avec de bons débits.
Bien que de grandes roues en bois de diverses types et conceptions aient été utilisées depuis de nombreux siècles, elles ne conviennent généralement pas à la génération d’électricité dans le cadre d’un petit système d’hydroélectricité. La principale raison en est qu’elles sont grandes, lourdes, tournent à basse vitesse et nécessiteraient un système complexe de gearing ou de poulies pour permettre à l’arbre d’entraînement d’atteindre des vitesses suffisamment élevées pour faire fonctionner un générateur électrique.
En revanche, les turbines hydro sont capables de tourner à des vitesses beaucoup plus élevées, sont beaucoup plus légères, plus petites, plus faciles à fabriquer et plus compactes que la roue à eau traditionnelle en bois. Bien qu’elles soient basées sur les mêmes principes qu’une roue à eau classique, les turbines à eau sont beaucoup plus adaptées aux petits schémas de génération d’hydroélectricité, car elles sont beaucoup plus efficaces en termes d’utilisation de l’eau sur une plus large plage de hauteur et de débits disponibles.
La turbine est le cœur de toute installation hydroélectrique petite ou micro. L’eau sous pression contient d’énormes quantités d’énergie et les turbines convertissent cette énergie en puissance mécanique rotative, et pour ce faire, il existe deux types principaux de conception de turbine à eau :
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Turbines à impulsion – Les turbines à impulsion fonctionnent dans l’air libre et convertissent l’énergie cinétique d’un ou plusieurs jets d’eau sous pression en énergie mécanique. -
Turbines de réaction – Les turbines de réaction fonctionnent entièrement immergées dans l’eau et convertissent l’énergie potentielle de l’eau sous pression en énergie mécanique.
Bien qu’il existe de nombreuses conceptions de turbines à eau disponibles sur le marché, leur choix dans une installation hydroélectrique petite ou micro dépendra de plusieurs facteurs. Ceux-ci incluent la hauteur de l’eau disponible, le volume d’eau (débit) et la puissance de sortie requise. Un design de micro turbine très courant et efficace est la Turbine Hydro Turgo.
Quelle est la Conception d’une Turbine Turgo
La beauté de la turbine Turgo réside dans sa conception simple et sa construction robuste nécessitant peu de maintenance. Elles sont très adaptées pour les installations hors réseau micro-hydro et pico-hydro (100–200 watts de sortie) puisqu’elles peuvent fonctionner efficacement sur une large gamme de débits et de hauteurs de chute.
La turbine Turgo est un design de turbine à impulsion semblable à ceux des turbines Pelton et Cross Flow, où l’énergie cinétique de l’eau entrant est extraite avant de quitter la turbine à pression atmosphérique de l’autre côté de la roue.
Ainsi, sa conception utilise une buse spéciale à l’extrémité d’un tuyau pour convertir le flux d’eau en un jet haute pression. Ce jet d’eau est ensuite dirigé à un angle d’environ 20 degrés vers la roue à eau interne de la turbine qui utilise des pales en forme de cuillère pour capturer le jet d’eau. Ces pales sont spécialement conçues pour que l’eau sous pression pénètre plusieurs pales à la fois d’un côté, puis tombe et s’échappe de l’autre, convertissant l’énergie cinétique du jet d’eau en puissance de l’arbre rotatif.
Ce flux tangent de l’eau à travers la roue de la turbine signifie que l’eau usée quitte les pales sans interférer avec le jet d’eau entrant, comme c’est le cas avec d’autres turbines à impulsion.
Le résultat est qu’une turbine Turgo peut avoir un diamètre de roue et de pales plus petits, produisant une turbine à impulsion hautement efficace pour une entrée de puissance équivalente, lui permettant de tourner à des vitesses beaucoup plus élevées pour entraîner un générateur électrique.
Inconvénients de la Conception de la Turbine Turgo
Un des inconvénients de la conception de la turbine Turgo est que pour générer une pression de buse suffisante et faire tourner la roue de la turbine à haute vitesse, elle nécessite une hauteur de chute plus grande que d’autres conceptions. Par conséquent, elle doit être connectée à une forme de conduite ou de tuyau pour diriger l’eau à vitesse afin de fonctionner correctement.
Cependant, pour surmonter ces limitations, au lieu d’utiliser une seule buse et un jet d’eau pour faire tourner la roue de la turbine, la turbine Turgo peut être équipée de plusieurs buses situées également autour de sa circonférence. Ainsi, une turbine Turgo peut être dotée de deux, quatre ou six buses de jet placées autour de la roue et des pales de la turbine, extrayant plus d’énergie cinétique de l’eau avant qu’une trop grande interférence due aux éclaboussures d’eau ne réduise son efficacité.
Cette augmentation du nombre de buses de jet d’eau signifie que la turbine Turgo peut fonctionner dans des conditions de faible hauteur et de faible débit, ce qui les rend particulièrement adaptées aux systèmes « run-of-river » avec de grandes variations de flux.
La quantité d’énergie extraite de l’eau augmentera à mesure que la puissance de sortie est proportionnelle au nombre de buses. Ainsi, les turbines à impulsion à buses multiples sont idéales pour une utilisation dans des systèmes de puissance DC micro hydrauliques autonomes conçus pour charger une banque de batteries ou alimenter une maison.
Les conceptions de turbine Turgo représentent une amélioration de la puissance de l’arbre disponible par rapport aux roues à eau conventionnelles et à d’autres conceptions de turbines à impulsion. Elles sont généralement moins coûteuses à fabriquer et, avec plusieurs buses, peuvent gérer un plus grand flux d’eau, de sorte qu’une plus petite turbine Turgo peut générer la même quantité de puissance qu’une roue à eau plus grande.
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