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Concept
Turbine Francis
Résumé
vignette|Coupe d'une turbine Francis. Dans la volute en forme de spirale, l'eau pénètre radialement dans la turbine et en sort axialement au centre vers le bas.
Une turbine Francis est une turbine hydraulique de type « à réaction ». Elle est adaptée à des hauteurs de chute moyennes (de ), pour des puissances et débits moyens ou forts (tel le barrage d'Itaipu), à savoir de quelques kilowatts à plusieurs centaines de mégawatts pour des débits de /s.
Une turbine Francis est une turbine dans laquelle le fluide entre sous une grande pression et transmet son énergie aux pales solidaires du rotor. Une partie de l'énergie est transmise par le fluide sur les pales en raison du changement de pression tandis que le reste de l'énergie est extraite par la spirale qui entoure la turbine. À la sortie, le fluide a une vitesse faible et peu d'énergie. La forme du tube de sortie est conçue pour décélérer le fluide, et le faire remonter en pression.
vignette|Turbine Francis au barrage des Trois-Gorges, en Chine, construite par Voith.
Les caractéristiques habituelles des turbines Francis sont les suivantes :
diamètre de la roue : de quelques décimètres à une dizaine de mètres ;
nombre d'aubes : 11 à 17 ;
vitesse de rotation : de ;
rendement énergétique : de 80 à 95 %.
La plus forte puissance atteinte par une turbine Francis est de . Elle est fabriquée par Alstom. D'un diamètre de , et pesant chacune , elles équipent le barrage des Trois-Gorges, sur le fleuve Yangzi Jiang, en Chine, et plus récemment le barrage de Xiangjiaba, sur le même fleuve.
Ce système a été proposé par le Français Jean-Victor Poncelet à la fin des années 1820. En 1826, l'inventeur et industriel français Benoît Fourneyron améliora le système en augmentant le rendement (80 %) par la modification de la circulation de l'eau, en la dirigeant radialement à travers la roue.
Aux États-Unis, en 1838, ce système fut breveté par le nord-américain Samuel B. Howd, puis popularisé par l’anglo-américain James B. Francis, dont il porte le nom.
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