Théorie de la Turbine à Vapeur - Troisième Partie - Classe 1 - Leçon 03 PDF

# 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 la force motrice la plus importante aujourd'hui - Les turbines à vapeur sont des machines versatiles avec un rendement de 1 à 750 000 kW et...

# 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 la force motrice la plus importante aujourd'hui - Les turbines à vapeur sont des machines versatiles avec un rendement de 1 à 750 000 kW et des pressions de vapeur pouvant atteindre 35 000 kPa. - Les turbines à vapeur transforment une grande portion de l’énergie calorifique en travail. - La force de propulsion est appliquée directement à la pièce rotative de la machine - Les turbines à vapeur sont idéales car elles n'exigent pas la transformation d'un mouvement alternatif en un mouvement rotatif - Les turbines à vapeur ont les avantages d'une grande puissance débitée, d'une vitesse uniforme, de nombreux dispositifs de contrôle et d'un bon équilibre. - Elles ont l'avantage remarquable d'une absence complète de lubrification interne, résultant en une vapeur d'échappement propre. ## Types de Turbines à Vapeur - **Turbines à action:** La vapeur est dilatée 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 est dilatée dans une seule tuyère et est dirigée vers les aubes fixées rigidement à la circonférence du disque. - **Turbine à impulsion à pression combinée:** La vapeur se dilate dans plusieurs ensembles de tuyères, chacune avec une rangée d'aubes mobiles. - **Turbine à action à vitesse combinée:** La vapeur est dilatée dans un étage et est ensuite 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 sortie 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 plus réduite. - **Turbine à réaction pure:** pas pratique, démonstration du principe. - **Turbine à réaction:** la pression du côté sortie des aubes mobiles peut être inférieure à celle du côté entrée. ## Types de Turbines à Usage Commercial - **Turbines à réaction:** fabriquées par Parsons et Allis-Chalmers. - **Turbines à action:** fabriquées par Générale Électrique, Metropolitan-Vickers (A.E.I.), Elliott, English Electric et Brown Boveri. - **Turbines à réaction à écoulement radial:** conçue par Ljunstrom, usage courant en Europe. ## Cycle d'une Turbine à Vapeur - Le cycle de Rankine est un cycle théorique qui s'approche le plus des centrales thermiques. - La surchauffe de la vapeur est beaucoup plus probable que la vapeur sèche et saturée. - Le rendement thermique de la turbine est calculé 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 la tuyère. - La vitesse de l'évacuation de la vapeur dépend de la chute de la chaleur dans la tuyère et de la direction du réglage de la tuyère. ## Pression Critique - La pression critique est la pression à laquelle le débit de vapeur atteint son maximum. - Pour la vapeur saturée, elle est de 0.58 de la pression d'entrée. ## Calculs pour la Tuyère - L'aire d'une tuyère est calculée 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 est composée des aubes fixes et des aubes mobiles. - Les aubes fixes dirigent la vapeur et les aubes mobiles transmettent l'énergie de la vapeur. ## Aubage d'une Turbine à Impulsion - La vapeur est dilatée dans les tuyères et est ensuite dirigée vers les aubes mobiles. - La vitesse de la vapeur par rapport aux aubes est la même à l'entrée et à la sortie. ## Aubage d'une Turbine à Réaction - La dilatation de la vapeur se fait dans les aubes fixes et les aubes mobiles. - L'angle de sortie des aubes est plus petit que 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. - L'angle d'entrée des aubes est égal à l'angle de sortie. - La poussée axiale est faible. - **Aubes à réaction** - La vitesse des aubes est presque égale à la vitesse de la vapeur. - La vitesse absolue à l'entrée est égale à la vitesse relative à la sortie. - L'angle de sortie des aubes est inférieur à l'angle d'entrée. - La poussée axiale est plus importante.