Moteurs à combustion interne 4ième partie Machines à flux continu C. Guilié Mars 2016

I- Turbines à gaz I-1Principe de fonctionnement C. Guilié Mars 2016

I-1-1 Les turbines terrestres Chambre de combustion Turbine Compresseur La turbine du département C. Guilié Mars 2016

Une turbine Industrielle Compresseur Chambre de combustion Turbine Une turbine Industrielle C. Guilié Mars 2016

I-1-2 Les turbines aéronautiques C. Guilié Mars 2016

Larzac (Alfajet) Chambre de combustion Corps basse pression Tuyères Réacteur double flux: Taux de dérivation 53% Poussée : 1320daN NHP : 22750 tr/mn NBP : 17000 tr/mn Masse : 290kg Corps haute pression C. Guilié Mars 2016

Olympus (concorde) Silencieux et rétropropulsion Chambre de combustion Tuyère Compresseur Turbine Turboréacteur simple flux avec post-combustion: Masse: 3360kg Poussée:13310daN NHP: 8530tr/mn NBP: 6500tr/mn. Chambre de postcombustion C. Guilié Mars 2016

I-1-3 Éléments constitutifs Grille d’aubes de compresseur Dans l’exemple: Va1=100m/s, Ve=200m/s et r=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 C. Guilié Mars 2016

Pompage des compresseurs C. Guilié Mars 2016

Grille d’aubes de turbine Les taux de détente sont de l’ordre de l’ordre de 3 à 4 C. Guilié Mars 2016

Le fluage des aubes de turbine C. Guilié Mars 2016

I-2 Cycle élémentaire des turbines à gaz C. Guilié Mars 2016

Entrée i pi, Ti, hi Sortie i+1 pi+1, Ti+1, hi+1 Système ouvert => C. Guilié Mars 2016

a) Évolution 1-2 Si elle était réversible: Rendement isentropique: C. Guilié Mars 2016

b) Évolution 2-3 c) Évolution 3-4 C. Guilié Mars 2016

d) Travail et rendement Rendement isentropique: d) Travail et rendement C. Guilié Mars 2016

Simplification : hc et hd=1 => cycle de Brayton-Joules: Taux de compression optimum du cycle réel (travail maximum): C. Guilié Mars 2016

Courbes caractéristiques pour une machine moderne C. Guilié Mars 2016

I-3 Cycles à rendement maximum Cycle d’Ericsson Le rendement d’Ericsson est identique au rendement de Carnot: C. Guilié Mars 2016

a) cycle à régénération si hc=hd=1 donc C. Guilié Mars 2016

b) Approche pratique du cycle d’Ericsson: Compression refroidie, régénération et réchauffe C. Guilié Mars 2016

I-4 Turboréacteur C. Guilié Mars 2016

I-4 Gaz réel C. Guilié Mars 2016

Gaz pseudo idéal : Le travail d’un compresseur ou d’une turbine : Déterminer la chaleur de combustion faire : Le travail d’un compresseur ou d’une turbine : Si l’évolution de Cp est linéaire: C. Guilié Mars 2016

II-4 Chambre de turbines à gaz 1°) Problèmes particuliers Aubes turbine très sollicitées (F. centrifuges) et toujours en contact avec le fluide chaud T°C sortie limitée et homogène? Travail indiqué faible=>débit important Stabilité? Richesse globale faible (0,1 à 0,5) Rendement, perte de charge? 2°) Configuration géométrique Vitesse<30m/s Foyer>3ms Chambre>5ms C. Guilié Mars 2016

Charge aérodynamique: 3°) Essais de chambre Charge aérodynamique: Stabilité Rendement Régime Altitude C. Guilié Mars 2016

5°) exemple de réalisation C. Guilié Mars 2016

II- Turbines à vapeur Intérêt de la vapeur dans l’industrie: - Lyophilisation (café, lait…) - Séchage (pâte à papier, fourrage…) - Cuisson, stérilisation… =>Diminution du coût de transport, conserverie, processus chimiques… La force motrice - Usines d’électricité (détente totale) - Autosuffisance industrielle (détente hybride) - Cogénération (UEM) C. Guilié Mars 2016

II-1 Principe de fonctionnement C. Guilié Mars 2016

La turbine du département Rotor Stator Limiteur Palier Garnitures d’étanchéité Régulateur C. Guilié Mars 2016

Rotor à aubes symétriques Passage de la vapeur Rotor à aubes symétriques Turbine à action: Stator Injecteur supersonique C. Guilié Mars 2016

Turbine de centrale à combustible fossile Corps BP Corps MP Corps HP C. Guilié Mars 2016

Rotor BP de turbine nucléaire 1300MW 1800tr/mn C. Guilié Mars 2016

II-2 Cycle élémentaire Dans les cycles à vapeur: température et pression sont dépendantes C. Guilié Mars 2016

Inconvénients de ce cycle: - Partie 2-3=>réduction du rendement / Carnot Détente 4-5 humide (rendement, maintenance) Vvapeur=650m/s -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 -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 p=1,25), SsortieBP=35m2 C. Guilié Mars 2016

II-3 Soutirage et réchauffe Rankine: le soutirage Surchauffe: Hirn (fossiles) Limite actuelle T4’=540°C Resurchauffe: PWR T4’<285°C C. Guilié Mars 2016

II-4 Cycle mixte ou combiné Gaz Vapeur C. Guilié Mars 2016

Blénod lès Pont à Mousson Centrale de Blénod lès Pont à Mousson hth=60% C. Guilié Mars 2016

II-5 Combinaison de cycles à vapeurs C. Guilié Mars 2016

Diagramme de Mollier C. Guilié Mars 2016 Pour l’eau liquide: q est la température en °C et C=4,18kJ/kgK. la puissance réelle de la pompe est: . C. Guilié Mars 2016