Types de Turbines et Cycle de Vapeur

Types de Turbines à Usage Commercial

• Les turbines à réaction sont fabriquées par Parsons et Allis-Chalmers.
• Les turbines à action sont fabriquées par Générale Électrique, Metropolitan-Vickers (A.E.I.), Elliott, English Electric et Brown Boveri.
• La turbine à réaction à écoulement radial, conçue par Ljunstrom, est un modèle courant en Europe.

Cycle d'une Turbine à Vapeur

• Le cycle de Rankine est le modèle théorique le plus proche du fonctionnement d'une centrale thermique.
• La vapeur surchauffée est plus fréquente que la vapeur sèche et saturée.
• Le rendement thermique de la turbine se calcule en fonction de la chaleur fournie et du travail produit.

Tuyères d'une Turbine

• Le débit de vapeur dépend de la taille de la tuyère installée et de la chute de pression dans celle-ci.
• La vitesse de l'évacuation de la vapeur dépend de la chute de chaleur dans la tuyère et de la direction de son réglage.

Pression Critique

• La pression critique est la pression à laquelle le débit de vapeur atteint son maximum.
• Pour la vapeur saturée, elle équivaut à 0.58 de la pression d'entrée.

Calculs pour la Tuyère

• L'aire d'une tuyère se calcule en fonction du volume massique et de la vitesse du débit.
• Le volume massique est réduit par la fraction de sécheresse.

Conservation de l'Énergie

• L'énergie totale à l'entrée est égale à l'énergie totale à la sortie.

Auba

• L'aubage est la partie de la turbine qui comprend les aubes fixes et les aubes mobiles.
• Les aubes fixes orientent la vapeur, tandis que les aubes mobiles transmettent son énergie.

Aubage d'une Turbine à Impulsion

• La vapeur se dilate dans les tuyères avant d'être dirigée vers les aubes mobiles.
• La vitesse de la vapeur par rapport aux aubes est identique à l'entrée et à la sortie.

Aubage d'une Turbine à Réaction

• La dilatation de la vapeur s'effectue dans les aubes fixes et les aubes mobiles.
• L'angle de sortie des aubes est inférieur à l'angle d'entrée.

Représentation Vectorielle

• Les mouvements de la vapeur et des aubes sont représentés par des vecteurs.
• Le vecteur V représente la vitesse de la vapeur, le vecteur U représente la vitesse de la vapeur par rapport aux aubes, et le vecteur b représente la vitesse des aubes.

Données Caractéristiques des Aubes

• Aubes à impulsion:
  • La vitesse des aubes correspond à la moitié de la vitesse de la vapeur.
  • La vitesse de la vapeur par rapport aux aubes est la même à l'entrée et à la sortie.

Théorie de la Turbine à Vapeur - Troisième Partie

Forces Motrices

• L'histoire de la turbine à vapeur remonte à 120 av.J.-C.
• La turbine à vapeur est aujourd'hui la principale force motrice.
• Les turbines à vapeur sont des machines polyvalentes, avec un rendement de 1 à 750 000 kW et des pressions de vapeur pouvant atteindre 35 000 kPa.
• Les turbines à vapeur convertissent une importante portion de l'énergie thermique en travail.
• La force de propulsion est directement appliquée à la pièce rotative de la machine.
• Les turbines à vapeur sont idéales car elles ne nécessitent pas la transformation d'un mouvement alternatif en mouvement rotatif.
• Les turbines à vapeur sont avantageuses en raison de leur puissance élevée, de leur vitesse uniforme, de leurs nombreux dispositifs de contrôle et de leur bon équilibre.
• L'absence de lubrification interne, qui garantit une vapeur d'échappement propre, est une caractéristique notable.

Types de Turbines à Vapeur

• Turbines à action: La vapeur se dilate et transmet son énergie cinétique aux aubes.
• Turbines à réaction: La vapeur se dilate et transmet son énergie cinétique et sa force de réaction aux aubes.

Principaux Types de Turbines

• Turbine à impulsion simple: La vapeur se dilate dans une seule tuyère et est dirigée vers les aubes fixées à la circonférence du disque.
• Turbine à impulsion à pression combinée: La vapeur se dilate dans plusieurs ensembles de tuyères, chacun associé à une rangée d'aubes mobiles.
• Turbine à action à vitesse combinée: La vapeur se dilate dans un étage avant d'être dirigée vers plusieurs rangées d'aubes mobiles.
• Turbine à réaction pure: La vapeur entre au centre et sort des tuyères de manière tangentielle par rapport au cercle de rotation.
• Turbine à réaction: Combine les principes de commande à action et à réaction.

Caractéristiques des Turbines

• Turbine à impulsion simple: Inefficace, perte de rendement élevée, vitesse des aubes élevée.
• Turbine à impulsion à pression combinée: Plus efficace, peut atteindre 10% de l'énergie cinétique initiale de la vapeur.
• Turbine à action à vitesse combinée: Utilise plusieurs rangées d'aubes mobiles, vitesse des aubes réduite.
• Turbine à réaction pure: Pas pratique, sert de démonstration du principe.
• Turbine à réaction: La pression du côté sortie des aubes mobiles peut être inférieure à celle du côté entrée.