moteurs à combustion interne 4 ième partie machines à flux continu
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Moteurs à combustionMoteurs à combustion interneinterne
44ièmeième partie partie
Machines à flux continuMachines à flux continu
I- Turbines à gazI- Turbines à gaz
I-1Principe de fonctionnementI-1Principe de fonctionnement
La turbine du département
I-1-1 Les turbines terrestresI-1-1 Les turbines terrestres
Compresseur
Chambre de combustion
Turbine
Une turbine Industrielle
Compresseur Chambre de combustion Turbine
I-1-2 Les turbines I-1-2 Les turbines aéronautiquesaéronautiques
Corps basse pression
Corps haute pression
Larzac (Alfajet)
Réacteur double flux:
Taux de dérivation 53%
Poussée : 1320daN
NHP : 22750 tr/mn
NBP : 17000 tr/mn
Masse : 290kg
Tuyères
Chambre de combustion
Olympus (concorde)
Chambre de combustion
Turboréacteur simple flux avec post-combustion:
Masse: 3360kg
Poussée:13310daN
NHP: 8530tr/mn
NBP: 6500tr/mn.
Compresseur Turbine
Chambre de postcombustion
Tuyère
Silencieux et rétropropulsion
I-1-3 Éléments constitutifsI-1-3 Éléments constitutifsGrille d’aubes de compresseurGrille d’aubes de compresseur
Dans l’exemple:
Va1=100m/s, Ve=200m/s et =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 turbineGrille 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 gazI-2 Cycle élémentaire des turbines à gaz
Entrée ipi, Ti, hi
Sortie i+1pi+1, Ti+1, hi+1
iiiiii hhqewi 11,1,
Système ouvert =>
a) a) Évolution 1-2Évolution 1-2
Si elle était réversible:
Rendement isentropique:
c
TT )1(
112
c) c) Évolution 3-4Évolution 3-4
b) Évolution 2-3b) Évolution 2-3
isd
idd w
wRendement isentropique:
d) Travail et d) Travail et rendementrendement
Simplification : Simplification : c c et et dd=1 => cycle de Brayton-Joules:=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 maximumI-3 Cycles à rendement maximum
Le rendement d’Ericsson est identique au rendement de Carnot:
Cycle d’Ericsson
a) cycle à régénérationa) cycle à régénération
b) Approche pratique du cycle d’Ericsson:b) Approche pratique du cycle d’Ericsson:
Compression refroidie, régénération et réchauffe
I-4 TurboréacteurI-4 Turboréacteur
I-4 Gaz réelI-4 Gaz réel
Gaz pseudo idéal :Gaz pseudo idéal :
T
TCpCpdTTh273
)273()(
)273()273(273273
RRFF
T
R
T
F TCpTCpdTCpdTCphRF
)( 12
273273
12
TTCpdTCpCpdThTT
Déterminer la chaleur de combustion faire :
Le travail d’un compresseur ou d’une turbine :
)(TCpCp
Si l’évolution de Cp est linéaire:
Cp
II-4 Chambre de turbines à gaz1°) Problèmes particuliers
Travail indiqué faible=>débit important
Aubes très sollicitées (F. centrifuges) et toujours en contact avec le fluide chaud
T°C sortie limitée et homogène?
Richesse globale faible (0,1 à 0,5) Rendement, perte de charge?
Stabilité?
qm
Vtséjour
Vitesse<30m/s
Foyer>3ms
Chambre>5ms
2°) Configuration géométrique
3°) Essais de chambre
3008,12T
eVp
qma
Charge aérodynamique:
Stabilité Rendement
Altitude Régime
5°) exemple de réalisation
II- Turbines à vapeurII- Turbines à vapeur Intérêt de la vapeur dans l’industrie:Intérêt de la vapeur dans l’industrie:
- Lyophilisation (café, lait…)- Lyophilisation (café, lait…)
- Séchage (pâte à papier, fourrage…)- Séchage (pâte à papier, fourrage…)
- Cuisson, stérilisation…- Cuisson, stérilisation…
=>Diminution du coût de transport, conserverie.=>Diminution du coût de transport, conserverie.
La force motriceLa force motrice
- Usines d’électricité (détente totale)- Usines d’électricité (détente totale)
- Autosuffisance industrielle (détente hybride)- Autosuffisance industrielle (détente hybride)
- Cogénération (UEM)- Cogénération (UEM)
II-1 Principe de fonctionnementII-1 Principe de fonctionnement
Régulateur
PalierGarnitures d’étanchéité
Rotor Stator
La turbine du département
Limiteur
Passage de la vapeurPassage de la vapeur
Injecteur supersonique
Rotor à aubes symétriques
StatorTurbine à action:
Turbine de centrale à combustible fossile
Corps HP
Corps MPCorps BP
Rotor BP de turbine nucléaire 1300MW 1800tr/mn
II-2 Cycle élémentaireII-2 Cycle élémentaire
Dans les cycles à vapeur: température et pression sont dépendantes
Inconvénients de ce cycle:
-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
- Partie 2-3=>réduction du rendement / Carnot
-Détente 4-5 humide (rendement, maintenance)
Vvapeur=650m/s
-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 =1,25), SsortieBP=35m2
II-3 Soutirage et réchauffe II-3 Soutirage et réchauffe
Rankine: le soutirage
Surchauffe: Hirn (fossiles) Limite actuelle T4’=540°C
Resurchauffe: PWRT4’<285°C
II-4 Cycle MixteII-4 Cycle Mixte
Gaz
Vapeur
II-5 Combinaison de cycles à vapeursII-5 Combinaison de cycles à vapeurs
Diagramme de MollierDiagramme de Mollier