Moteurs à combustion interne

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

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

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

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

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

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

7 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

8 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

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

11 Le fluage des aubes de turbine
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12 I-2 Cycle élémentaire des turbines à gaz
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13 Entrée i pi, Ti, hi Sortie i+1 pi+1, Ti+1, hi+1 Système ouvert =>
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14 a) Évolution 1-2 Si elle était réversible: Rendement isentropique:
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15 b) Évolution 2-3 c) Évolution 3-4 C. Guilié Mars 2016

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

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

18 Courbes caractéristiques pour une machine moderne
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19 I-3 Cycles à rendement maximum
Cycle d’Ericsson Le rendement d’Ericsson est identique au rendement de Carnot: C. Guilié Mars 2016

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

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

22 I-4 Turboréacteur C. Guilié Mars 2016

23 I-4 Gaz réel C. Guilié Mars 2016

24 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

25 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

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

27 5°) exemple de réalisation
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28 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

29 II-1 Principe de fonctionnement
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30 La turbine du département
Rotor Stator Limiteur Palier Garnitures d’étanchéité Régulateur C. Guilié Mars 2016

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

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

33 Rotor BP de turbine nucléaire 1300MW 1800tr/mn
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34 II-2 Cycle élémentaire Dans les cycles à vapeur: température et pression sont dépendantes C. Guilié Mars 2016

35 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

36 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

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

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

39 II-5 Combinaison de cycles à vapeurs
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40 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