TURBINES A VAPEUR Site web du cours :http ://opus.grenet.fr/dokeos/ujf/courses/TMT/index.php

Etude des cycles theoriquesDocuments joints :– Diagramme entropique,– Diagramme de Mollier,– Table des proprietes de la vapeur et de l’eau satures.On etudie une serie de cycles a vapeur. La basse pression (condensation) est egale a 0.04 bar. La

haute pression (generateur de vapeur) est egale a 40 bars. La variation d’enthalpie au cours du pompagede l’eau est negligeable. Les detentes turbine ont un rendement isentropique de 85%.

Premiere partie : CYCLE DE HIRNLa turbine est alimentee en vapeur surchauffee a 40 bars et 550oC.– Tracez le cycle dans un diagramme de Mollier et un diagramme entropique,– Determinez pression, temperature et enthalpie en chaque point du cycle,– Calculez la chaleur massique et le travail massique de chaque transformation,– Calculez le rendement thermique, le rendement de Carnot et le rendement exergetique.

Deuxieme partie : CYCLE A RESURCHAUFFELa turbine comporte deux etages. Le premier est alimente en vapeur surchauffee a 40 bars et 550oC.

Le second est alimente en vapeur a 8 bars et 550oC.– Tracez le cycle dans un diagramme de Mollier et un diagramme entropique,– Determinez pression, temperature et enthalpie en chaque point du cycle,– Calculez la chaleur massique et le travail massique de chaque transformation,– Calculez le rendement thermique, le rendement de Carnot et le rendement exergetique.

Troisieme partie : CYCLE DE HIRN A SOUTIRAGELa turbine est alimentee en vapeur surchauffee a 40 bars et 550 oC. On effectue un soutirage a la

pression de 4 bars.– Tracez le cycle dans un diagramme de Mollier et un diagramme entropique,– Determinez pression, temperature et enthalpie des points S1 debut de soutirage et 41 en fin de

soutirage. Calculez x1 : la fraction massique de vapeur a soutirer en S1.– Calculez la chaleur massique et le travail massique de chaque transformation,– Calculez le rendement thermique, le rendement de Carnot et le rendement exergetique.

ConclusionComparez les trois cycles.

1

Etude d’un cycle combine

Premiere partie : etude de la turbine a vapeurL’installation est caracterisee par une haute pression de 60 bars et une basse pression de 0.05 bars

(voir table et diagramme de Mollier). La vapeur entrant dans la turbine est surchauffee a 540oC. Laturbine a un rendement isentropique de 85%.

– Tracez le cycle dans un diagramme entropique et sur le diagramme de Mollier. Determinez latemperature, la pression, et l’enthalpie massique des points du cycle.

– Calculez le travail massique de la turbine et la chaleur massique apportee par la chaudiere.– Calculez les rendements thermiques et exergetiques.

Deuxieme partie : etude du cycle combineOn reprend les resultats de l’exercice sur la turbine a gaz simple “Turbine TURBOMECA MAKILA

TI” :– la temperature des gaz brules est T4g = 780.6 K,– le debit massique des gaz est mg = 5.5 kg/s,– la puissance utile est de 1265 kW,– la puissance de combustion est de 4700 kW,– leur capacite thermique massique est Cpg = 1.17 kJ/kg.On utilise les gaz brules de cette turbine a gaz pour vaporiser et surchauffer l’eau dans une chaudiere

de recuperation. Les gaz brules cedent leur chaleur dans la chaudiere de recuperation et sont refroidis aune temperature 40oC superieure a celle de l’eau.

Determiner :– le debit massique du cycle vapeur,– la puissance utile et le rendement thermique des deux cycles combines,– comparer le cycle combine avec chacun des deux cycles turbine a gaz et turbine a vapeur.

2

Poi

nt c

ritiq

ue :

= 3

74,1

5 °C

= 2

21,2

0 b

ar

= 2

107,

4 k

J.kg

= 4

,442

9 k

J.kg

.K

= 0

,003

17 m

.kg

3

-1 -1-1

ccccc shvPT

-1

shvPTU

nité

s :

en °

Cen

bar

en m

.kg

en k

J.kg

en k

J.kg

.K

3-1 -1 -1

-1

0100

400

700

600

500

300

200

01

24

35

67

89

01

24

35

67

89

Dia

gram

me

entr

opiq

ue d

e la

vap

eur

d’ea

u

x

125150175200

250300

350400

450

0,020,050,10,20,51

2

5

10

20

50

P=100

0,20,

5

2

51020

50

100

0,1 0,

050,

020,

01

P=

1

2600

2800

3200

3400

3600

3800

4000

4100

3700

3500

3300

500

3100

2900

2800

2600

2400

2200

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

5020

2 5100,

5

0,2

0,10,05

0,020,01

0,00

6

=0,0015v

0,002

0,040,06

0,08 0,01

0,02

0,05

0,5v=1

0,20,1

5

2

1020

50

s

2700

h

600

500

200

700

400

300

100 0

T

h=

200

0

x

x

x

x

x

x

x

x = 0,9

= 0,8

= 0,7

= 0,6

= 0,5

= 0,4

= 0,3

= 0,2

= 0,1

= 1

v

= 3

000 CB

P

98765,4

98765,4

3500

3000

2500

2000

4000

4200

3500

3000

2500

2000

4200

4000

0,70

0,75 0,80x

0,90

= 0,85

0,95

0,010,020,030,050,10,20,30,5

23

510

2030

50

100

200

300

500

500 30

0 200 10

0 50

30 20 10 5

= 1

23

0,1

0,2

0,3

0,5

0,05

0,03

0,02

0,01

P

P = 1

5030201053

2= 1

0,5

0,1

0,2

0,3

0,050,

03

0,01

0,02

50

100

150

200

300

350

250

450

500

550

600

650

700

750

800

= 400T

Diagramme de Mollier de la vapeur d’eau

v

Unités :

P en barT en °C

en m .kgv 3 -1

-1

en kJ.kg-1sh

en kJ.kg .K-1

h

sCBP

5