TURBINES A GAZ PRINCIPE Une turbine à gaz transforme l’nrj calorifique d’un combustible en nrj calorifique. L’air est d’abord comprimé dans un compresseur attelé à la turbine (phase de compression). L’apport de l’nrj se fait dans une chambre à pression quasi constante (combustion). La détente s’effectue ensuite dans une turbine à réaction (phase motrice). Gaz Brûleur
COMPRESSEUR
TURBINE
DESCRIPTION Compresseur : le plus souvent axial Chambre de combustion : 20 à 30 % pour la ombustion le reste pour abaisser la T° Turbine à réaction : Vo = V2 =W1 et ||W1|| = ||V1|| Démarreur = 150kW ou turbine à air sous P° = 8b ou encore moteur hydraulique Parfois on a une turbine génératrice associée à des turbines libres , certains étages entrainent le compresseur tandis que d’autres entrainent le récepteur. Dans une autre variante les gaz issus de la 1ère détente subissent un 2ème apport de chaleur, la combustion est possible grâce un excès d’air important. Cycle ouvert : L’air est aspiré à l’exterieur puis refoulé à l’exterieur. C’est le cycle le plus utilisé.
Cbre de comb
Cycle fermé : Le circuit est rempli d’air pur → avantage :les impuretés.
La chambre de combustion devient identique à une chaudière chauffant les gaz en évolution. Le combustible utilisé pourra alors être peu couteux. Turbines à azote : gaz neutre, anti-corrosif Turbines à hélium : très bon rendement calorifique, anti-corrosif.
comb
Chbre de comb
gaz
Cycle mixte : Association des 2 cycles précédents.
Circuit fermé qm1 circule en permanence. Circuit ouvert
ETUDE THERMODYNAMIQUE Cycle de Joule : P
T B
C
H
C
C B(T2) D
A
D V
AB BC CD DA
B
A(T1)
D
A S
Compession isentropique → T2/T1 = (P2/P1)^(γ-1/γ) Combustion à P = cst Détente isentropique Échappement à P = cst
S
η = 1 – 1/n^(γ-1/γ) avec n = P2/P1 Wu = Wturb(>0) + Wcomp(<0) =H4 – H3 + H3 – H2 = Cp(T4 – T3) + Cp(T2 –T1) avec T1 et T3 connu. Pour avoir un bon rendement et W, il faut que T1 soit petit et T3 soit grand. Cycle réel : T
S η = 1 – (T4’ – T1) / (T3 – T2) AMELIORATION DU CYCLE Récuperation à l’échappement : D’ Réchauffeur A B
B’
D
Comp.
Tb
C
C’
. Cbre de comb
T
B’
D’
S
Ressurchauffe pendant la détente:
On fractionne la turbine en 2 ou 3 turbines puis on place une chambre de combustion entre chaque turbine. On augmante W tout en limitant la T° mais on diminue le rendement. T
S Compression refroidie : On fractionne le compresseur en 2 puis on met entre les 2 un réfrigérant, Le W de compression est diminuer. T
S Emploi d‘une turbine à vapeur sur une chaudière de récupération : On utilise la chaleur des gaz d’échappement de la turbine pour faire de la vapeur utilisée pour faire tourner une turbine à vapeur.
CONDUITE ET ENTRETIEN Démarrage : Il faut atteindre une vitesse suffisante au compresseur pour que la combustion puisse entraîner à elle seule son compresseur. Règlage puissance : P = qmgaz.Cp.ΔT = qm. ΔH On agit sur qm seule, en gardant v = cst, ΔH est maintenu constant grâce un régulateur ajustant l’excès d’air. On peut aussi jouer sur ΔH seul avec une vitesse de rotation variable, mais un débit d’air constant. Ou bien sur qm et ΔH à la fois.
Surveillance : P° et T° du combustible, du fluide réfrigérant, et du lubrifiant. Stoppage : la faire tourner au ralenti pendant 20mn Marche arrière : Les turbines ne sont pas équipées de mache arrière. On installe un inverseur avant le récepteur. Entretien : filtres à air , combustible, huile + lessivage du compresseur de la Tb et du comp. INCIDENTS DE FONCTIONNEMENT Défaut de flamme (pulv, manque de comb, flamme soufflée, passage air réduit) Survitesse (liaison recept.-Tb cassée, faible R au récepteur, conséquence du pompage). Vibrations (balourd (défaut d’équilibrage) provoqué par un dépôt de suie) T° échappement tp haute ( surcharge Tb, manque d’excès d’air) Manque de P° d’huile (niveau, filtres, pompe usée) Pompage lors des montées en allure trop butales, la turbine toussote.
