Moteurs à combustionMoteurs à combustion interneinterne

44ièmeième partie partie

Machines à flux continuMachines à flux continu

I- Turbines à gazI- Turbines à gaz

I-1Principe de fonctionnementI-1Principe de fonctionnement

La turbine du département

I-1-1 Les turbines terrestresI-1-1 Les turbines terrestres

Compresseur

Chambre de combustion

Turbine

Une turbine Industrielle

Compresseur Chambre de combustion Turbine

I-1-2 Les turbines I-1-2 Les turbines aéronautiquesaéronautiques

Corps basse pression

Corps haute pression

Larzac (Alfajet)

Réacteur double flux:

Taux de dérivation 53%

Poussée : 1320daN

NHP : 22750 tr/mn

NBP : 17000 tr/mn

Masse : 290kg

Tuyères

Chambre de combustion

Olympus (concorde)

Chambre de combustion

Turboréacteur simple flux avec post-combustion:

Masse: 3360kg

Poussée:13310daN

NHP: 8530tr/mn

NBP: 6500tr/mn.

Compresseur Turbine

Chambre de postcombustion

Tuyère

Silencieux et rétropropulsion

I-1-3 Éléments constitutifsI-1-3 Éléments constitutifsGrille d’aubes de compresseurGrille d’aubes de compresseur

Dans l’exemple:

Va1=100m/s, Ve=200m/s et =1kg/m3

=> p3/p1=1,4

Dans la pratique:

p3/p1 n’excède jamais 1,25 pour un compresseur axial par contre pour un compresseur centrifuge p3/p1 peut aller jusqu’à 3

Grille d’aubes de turbineGrille d’aubes de turbine

Les taux de détente sont de l’ordre de l’ordre de 3 à 4

I-2 Cycle élémentaire des turbines à gazI-2 Cycle élémentaire des turbines à gaz

Entrée ipi, Ti, hi

Sortie i+1pi+1, Ti+1, hi+1

iiiiii hhqewi 11,1,

Système ouvert =>

a) a) Évolution 1-2Évolution 1-2

Si elle était réversible:

Rendement isentropique:

c

TT )1(

112

c) c) Évolution 3-4Évolution 3-4

b) Évolution 2-3b) Évolution 2-3

isd

idd w

wRendement isentropique:

d) Travail et d) Travail et rendementrendement

Simplification : Simplification : c c et et dd=1 => cycle de Brayton-Joules:=1 => cycle de Brayton-Joules:

Taux de compression optimum du cycle réel (travail maximum):

Courbes caractéristiques pour une machine moderne

I-3 Cycles à rendement maximumI-3 Cycles à rendement maximum

Le rendement d’Ericsson est identique au rendement de Carnot:

Cycle d’Ericsson

a) cycle à régénérationa) cycle à régénération

b) Approche pratique du cycle d’Ericsson:b) Approche pratique du cycle d’Ericsson:

Compression refroidie, régénération et réchauffe

I-4 TurboréacteurI-4 Turboréacteur

I-4 Gaz réelI-4 Gaz réel

Gaz pseudo idéal :Gaz pseudo idéal :

T

TCpCpdTTh273

)273()(

)273()273(273273

RRFF

T

R

T

F TCpTCpdTCpdTCphRF

)( 12

273273

12

TTCpdTCpCpdThTT

Déterminer la chaleur de combustion faire :

Le travail d’un compresseur ou d’une turbine :

)(TCpCp

Si l’évolution de Cp est linéaire:

Cp

II-4 Chambre de turbines à gaz1°) Problèmes particuliers

Travail indiqué faible=>débit important

Aubes très sollicitées (F. centrifuges) et toujours en contact avec le fluide chaud

T°C sortie limitée et homogène?

Richesse globale faible (0,1 à 0,5) Rendement, perte de charge?

Stabilité?

qm

Vtséjour

Vitesse<30m/s

Foyer>3ms

Chambre>5ms

2°) Configuration géométrique

3°) Essais de chambre

3008,12T

eVp

qma

Charge aérodynamique:

Stabilité Rendement

Altitude Régime

5°) exemple de réalisation

II- Turbines à vapeurII- Turbines à vapeur Intérêt de la vapeur dans l’industrie:Intérêt de la vapeur dans l’industrie:

- Lyophilisation (café, lait…)- Lyophilisation (café, lait…)

- Séchage (pâte à papier, fourrage…)- Séchage (pâte à papier, fourrage…)

- Cuisson, stérilisation…- Cuisson, stérilisation…

=>Diminution du coût de transport, conserverie.=>Diminution du coût de transport, conserverie.

La force motriceLa force motrice

- Usines d’électricité (détente totale)- Usines d’électricité (détente totale)

- Autosuffisance industrielle (détente hybride)- Autosuffisance industrielle (détente hybride)

- Cogénération (UEM)- Cogénération (UEM)

II-1 Principe de fonctionnementII-1 Principe de fonctionnement

Régulateur

PalierGarnitures d’étanchéité

Rotor Stator

La turbine du département

Limiteur

Passage de la vapeurPassage de la vapeur

Injecteur supersonique

Rotor à aubes symétriques

StatorTurbine à action:

Turbine de centrale à combustible fossile

Corps HP

Corps MPCorps BP

Rotor BP de turbine nucléaire 1300MW 1800tr/mn

II-2 Cycle élémentaireII-2 Cycle élémentaire

Dans les cycles à vapeur: température et pression sont dépendantes

Inconvénients de ce cycle:

-TC <350°C (fossile) 285°C (nucléaire) : limitée par Tcritique de l’eau (374°C)

Respectivement: 165bar 53% et 70bar 47% pour TF=20°C

- Partie 2-3=>réduction du rendement / Carnot

-Détente 4-5 humide (rendement, maintenance)

Vvapeur=650m/s

-TF>35°C limitée par le volume de la vapeur à basse température

(grandes dimensions des étages BP, prix)

Taux de détente 3500 (37étages de =1,25), SsortieBP=35m2

II-3 Soutirage et réchauffe II-3 Soutirage et réchauffe

Rankine: le soutirage

Surchauffe: Hirn (fossiles) Limite actuelle T4’=540°C

Resurchauffe: PWRT4’<285°C

II-4 Cycle MixteII-4 Cycle Mixte

Gaz

Vapeur

II-5 Combinaison de cycles à vapeursII-5 Combinaison de cycles à vapeurs

Diagramme de MollierDiagramme de Mollier