TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS

Généralités : Nombreux avantages / moteurs alternatifs Principe : Récupération puissance cinétique et / ou mécanique importantes via fonctionnement continu Applications : Turbomoteurs d’hélicoptères Turbopropulseurs : moteurs avions Turboalternateurs : production d’électricité Turbopompes : industrie pétrolière

I. Différents types de Turbines à Gaz : I.1. Turbines liées Un seul ensemble tournant = arbre reliant : compresseur C, turbine de détente TG et récepteur de puissance R : turboalternateurs, turbopompes.. C C C TG R Pm Tuy Eléments principaux : C : Compresseur centrifuge ou axial CC : Chambre de combustion annulaire TG : Turbine générateur de détente multi étagée Tuy : tuyère Arbre de transmission R : Réducteur

I.2. Etude du cycle de la turbine liée C C TG R Pm 1 2 3 4 5 Tuy Air (0) 1-2 : Compression adiabatique de l’air dans compresseur 2-3 : Apport isobare de chaleur dans chambre de combustion 3-4 : Détente adiabatique dans turbine 4–5 : Détente adiabatique dans la tuyère d’échappement 5-0 : Refroidissement isobare des gaz d’échappement et éjection à hautes vitesses * L’admission d’air 0-1 sera traitée dans la partie turboréacteur

I.2.1 Diagramme (T,s) du cycle turbine liée 3 5s 5 T s b a Isobare P1 = P5 = P0 Isobare P2 = P3 4 4s Hypothèses : Cycle ouvert : P5 = P0 = pression atmosphérique Rque : L’indice s designe une transformation isentropique

I.2.4 Exemple d’une turbine liée de chez Turbomeca

I.2.4 Exemple d’une turbine liée de chez Turbomeca Conditions standards air : P 0  = 101,3 kPa ; T 0  = 288 K) : débit d’air qma  = 5,55 kg/s taux de compression P 2 /P 1  = 10 rendement isentropique de compression h c  = 0,785 température entrée turbine T 3  = 1 300 K taux de détente P 3 /P 4 = 8,75 rendement isentropique de détente h TG  = 0,90 rendement du réducteur h red  = 0,98 puissance sur l’arbre W m  = 1 268 kW consommation horaire C H  = 379 kg/h consommation spécifique C s  = 0,299 kg/(kW · h) rendement thermique h th  = 0,279 avec vitesse de rotation du générateur N TG  = 33 100 tr/min vitesse de rotation de la prise de puissance N pp  = 6 000 tr/min I.2.4 Exemple d’une turbine liée de chez Turbomeca

I.3. Turbines libres I.3.1. Généralités Turbine puissance distincte de la turbine générateur TG sert uniquement à entraîner le compresseur TP entraîne l’arbre de puissance via reducteur Applications : Turbines aéronautiques… C C C TG R Pm 1 2 3 4 5 Tuy Air (0) 6 TP Eléments principaux : C : Compresseur centrifuge ou axial CC : Chambre de combustion annulaire TG : Turbine générateur multi étagée TP : Turbine de puissance Tuy : Tuyère Arbre de transmission

I.3.2. Description du cycle C C C TG R pm 1 2 3 4 5 Tuy Air (0) 6 TP 0-1 : admission de l’air : compression cinétique supposée isentropique 1-2 : Compression isentropique de l’air 2-3 : Combustion isobare 3-4 : Détente polytropique TG 4-5 : Détente polytropique TP 5-6 : Détente polytropique Tuy 6-0 : Refroidissement des gaz brûlés

I.3.5. Exemple d’une turbine libre Turbomoteur à turbine libre TM 333 (doc. Turboméca)

I.3.5. Exemple d’une turbine libre Données standards air : P 0  = 10,13 kPa ; T 0  = 250 K débit d’air qma  = 3,03 kg/s taux de compression P 2 /P 1  = 11 rendement isentropique de compression hC = 0,783 température entrée turbine T 3  = 1 350 K taux de détente turbine générateur P 3 /P 4  = 3,58 rendement isentropique de détente de la turbine générateur hTG = 0,847 perte de pression totale dans le canal inter-turbines D P 4 ;4,3  = 2,5 % taux de détente turbine libre P 4,3 /P 4,4  = 2,70 rendement isentropique de détente de la turbine libre hTP = 0,878 rendement du réducteur hR  = 0,98 puissance sur l’arbre de sortie W m  = 705 kW consommation horaire C H  = 217 kg/h consommation spécifique C s = 0,308 kg/(kW · h) rendement thermique h th  = 0,271 avec vitesse de rotation du générateur de gaz : N g  = 45 000 tr/min vitesse de rotation de la turbine libre : N tl  = 37 500 tr/min vitesse de rotation de la prise de puissance : N pp  = 6 000 tr/min I.3.5. Exemple d’une turbine libre

I.4. Turbine à échangeur de chaleur Obtention d’une combustion efficace et économe : récupération partie enthalpie de combustion via un échangeur de chaleur