Moteurs à combustion interne 4ième partie Machines à flux continu

I- Turbines à gaz I-1Principe de fonctionnement

I-1-1 Les turbines terrestres Chambre de combustion Turbine Compresseur La turbine du département

Une turbine Industrielle Compresseur Chambre de combustion Turbine Une turbine Industrielle

I-1-2 Les turbines aéronautiques

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

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

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

Grille 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 gaz

Entrée i pi, Ti, hi Sortie i+1 pi+1, Ti+1, hi+1 Système ouvert =>

a) Évolution 1-2 Si elle était réversible: Rendement isentropique:

b) Évolution 2-3 c) Évolution 3-4

d) Travail et rendement Rendement isentropique: d) Travail et rendement

Simplification : hc et hd=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 maximum Cycle d’Ericsson Le rendement d’Ericsson est identique au rendement de Carnot:

a) cycle à régénération

b) Approche pratique du cycle d’Ericsson: Compression refroidie, régénération et réchauffe

I-4 Turboréacteur

I-4 Gaz réel

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:

II-4 Chambre de turbines à gaz 1°) Problèmes particuliers Aubes 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

Charge aérodynamique: 3°) Essais de chambre Charge aérodynamique: Stabilité Rendement Régime Altitude

5°) exemple de réalisation

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. La force motrice - Usines d’électricité (détente totale) - Autosuffisance industrielle (détente hybride) - Cogénération (UEM)

II-1 Principe de fonctionnement

La turbine du département Rotor Stator Limiteur Palier Garnitures d’étanchéité Régulateur

Rotor à aubes symétriques Passage de la vapeur Rotor à aubes symétriques Turbine à action: Stator Injecteur supersonique

Turbine de centrale à combustible fossile Corps BP Corps MP Corps HP

Rotor BP de turbine nucléaire 1300MW 1800tr/mn

II-2 Cycle élémentaire Dans les cycles à vapeur: température et pression sont dépendantes

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

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

II-4 Cycle Mixte Gaz Vapeur

II-5 Combinaison de cycles à vapeurs

Diagramme de Mollier