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Mini projet sur : Les turbines à gaz Mini projet sur : Les turbines à gaz
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●Plan de travail: 1- Généralités sur les turbines à gaz.. 2- Configuration et modélisation des TAG. 4- Conclusion. 3- Le devoir.
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1- Généralités sur les turbines à gaz: ► Les turbine à gaz (TAG): ▪ Partie de la famille de turbomachine. ▪ Une machine thermique motrices a flux continu. ▪ Leur rôle principal est la production de l’énergie mécanique à partir de l’énergie contenue dans un hydrocarbure (liquide, gaz). ▪ Les domaines d’application: ◦ La production d’électricité. ◦ La propulsion et l’entraînement de compresseurs et de pompes. ◦ L’industrie pétrolière. ▪ Une turbine à gaz (turbine à combustion) dans sa forme la plus simple est composée de trois éléments: ◦ un compresseur. ◦ une chambre de combustion. ◦ une turbine.
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On obtient la forme la plus simple (cycle ouvert) : Le compresseur (généralement axiale) comprime l’air ambiante à haute pression et à haute température, jusqu’à 10 à 15 bars ( ou 30 bars). Du gaz, ou un combustible liquide atomisé, est injecté dans la chambre de combustion où il se mélange à l’air compressé et s’enflamme. Les gaz chauds se détendent en traversant la turbine (généralement axiale), ou l’énergie thermique des gaz chauds est transformée en énergie mécanique. À la sortie de la turbine les gaz sont évacués dans l’atmosphère. ► Principe de fonctionnement des TAG:
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► Les avantages et les inconvénients des TAG : ● Les avantages: ◦ La puissance massique et volumique très élevées (fonctionnement continue). ◦ La pollution limitée en HC et NOx du fait du contrôle de l'excès d’air et de la température limitée. ◦ L’aptitude à la récupération de chaleur pour la cogénération. ◦ L’aptitude potentielle à utiliser des combustibles liquides ou gazeux variés et de moindre qualité (gaz pauvre). ◦ La longévité en marche stationnaire. ◦ Simplicité apparente de construction. ◦ Coûts de maintenance inférieurs aux moteurs pistons. ● Les inconvénients: ◦ Le taux de compression (et donc rendement) limité par le nombre d’étages de compression nécessaires. ◦ La baisse importante du rendement des compresseurs centrifuges à une vitesse de rotation plus faible que la vitesse nominale. ◦ La température de combustion (et donc rendement) limitée par la résistance mécanique des aubages fixes et mobiles de la turbine.
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2- Configuration et modélisation des TAG: ► Différents types de cycle de fonctionnement des turbines à gaz: En fonction du mode de la mode de combustion, de la compression et de la récupération d’une partie de la chaleur des gaz à la sortie de la turbine on distingue les cas suivantes: 1- Cycle à combustion isobare sans récupération. 2- Cycle à combustion isobare avec récupération. 3- Cycle à combustion isochore. 4- Cycle à gaz complexe. ■ Cycle à combustion isobare et compression adiabatique sans récupération(Cycle de BRAYTON sans récupération): ▫ Cas idéal ( Réversible): ◦ Une compression isentropique (1-2). ◦ Combustion à pression constante (2-3). ◦ Une détente isentropique dans une turbine (3-4). ◦ Rejection de chaleur à une pression constante (4-1).
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Diagramme T-S de Cycle de BRAYTON Diagramme P-V de Cycle de BRAYTON
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■ Cycle à combustion isochore: Cycle à combustion isochore avec Cycle à combustion isochore avec compression isotherme compression adiabatique Le rendement thermique du cycle correspondant soit un peu plus grand que celui turbine à gaz à combustion isobare. Pratiquement il est très moins utilisée( difficulté de construction et de fonctionnement).
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■ Cycle à gaz complexe: Le cycle de BRAYTON avec refroidissement intermédiaire, réchauffage intermédiaire et régénération: On peut améliorer le rendement thermique du cycle et augmenter en même temps le travail (donc) la puissance de l’installation de turbine à gaz, en ajoutant au cycle simple de Joule ou de BRAYTON.
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Le cycle à gaz avec injection de vapeur d’eau: ▪ En injecter la vapeur d’eau dans la chambre de combustion. ▪ En utilisant une partie de la chaleur des gaz sortant de la turbine avant leur évacuation dans l’atmosphère pour produit la vapeur d’eau dans un récepteur(servant de GV). ▪ L’injection de vapeur permet d’augmenter le débit du fluide moteur entrant dans la turbine et donc sa puissance.
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3- Le devoir. ►Pour calculer la puissance net de la centrale avec un débit varie entre 10 à 200 Kg/s on utilise le programme MATLAB ci-dessus:
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►Pour calculer la puissance net de la centrale avec un rendement isentropique varie entre 80% et 100% on utilise le programme MATLAB ci-dessus:
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4- Conclusion. ● Les turbines à gaz fonctionnent habituellement selon le cycle de BRAYTON. ● Les turbines à gaz sont très sensibles à la variation de la température de l’air ambiant. ● Le rendement maximum d’une turbine à gaz est obtenu pour un taux de compression optimum supérieur à celui qui optimise le cycle combiné. ● Le rendement des TAG est de 25 à 35%. ● Le cycle réel de la turbine a gaz s’écarte du cycle idéal tant par les irréversibilités dans le compresseur et la turbine que par la chute de pression dans la conduits, la chambre de combustion et les échangeurs de chaleur.
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