TP Turbine a Gaz

7/23/2019 TP Turbine a Gaz

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But de la manipulation :Lors de cette manipulation, on va efectuer une étude de perormance

d’une turbine. Ceci en aisant une étude comparative entre deux essais :

-le premier consiste à utiliser une turbine à un seul arbre

-le deuxième en utilisant turbine bi-arbre

Ceci est achevé, on terminera par le traa!e des caractéristi"ues de

cha"ue cas.

Défnitions essentielles :

Le débit massique d’air en Kg/s :

#am =0.01279. 0.8. Dh

On aura :

#am =0.01144. Δh

Le débit massique du combustible en Kg/s :

# # -3tbb bl

t0 a

f 288.15m =m .10

f T

avec *#blm

: valeur lu sur le débitmètre.

*t0f

=1.581.

*tbf

: facteur de correction déterminé par interpolation à partir de la

table donné dans la fascicule.



Dosage du combustible :#

#

a

b

mα=

m

Dosage stœchiométrique :

( )( )

st

b34.56 4+aα =b12,01.1,008

a

*Pour le propane83

H C

:stα =15.6745

Capacité thermique massique de l’air à pression constante en kJ/KgK

!"#$%%K& :

-6max minp

T +T =0.976+105 10

2

Capacité thermique massique à pression constante pour les ga' br(lés

en kJ/KgK !$%%#"#)%%%K& :

÷

-6st st max minp

1+α 1+α T +T !=0.909+0.042 + 239+75 10

1+α 1+α 2

*uissance total +ournie par la turbine de puissance en K, :

( ) ( )#T +T45

t,T" b " 4 5" =m 1+α ! T -T

-apport de chaleur de la chambre de combustion en k, :



( )′# #T +T2 3

1 a " 3 2

1+α# =m T -T

α

-endement utile de l’installation :

# # #$,T" t,T" t,T"

$ %T"1 1 1

p " "& = =& =0.92

# # #

*%T"&

: rendement orani!ue de la turbine de puissance soit éale à "#$%.

* $,T

"

: puissance utile.

La puissance utile de la turbine de puissance en k,:

#$ $ 1" =& .#

*uissance électrique de l’alternateur en , :

alt" ='.(

-endement de l’alternateur :

altalt

$

"& =

"

Rendement total de la chambre de combustion :

( )

α

η

+

−′=

+

1

%33%

i

T T P

b H

T T C



*

6i) =46,4.10 *

: pouvoir calorifi!ue inférieur du combustible.

-endement global de l’installation :

b $& =& .&

-endement organique du groupe compresseur .turbine :

( )( )

1

3 4

2 2 1

3 4

.1

PT T

oGG

PT T

C T T

C T T

α η

α

+

+

−= ′+ −

-endement isentropique du compresseur !0cis& :

÷

÷

is

.-1

.

// m-1

m/

0 -1& =

0 -1

&vec :

÷

2

1

/

Tln

Tm-1

=m ln et

p

p

=

- et

2

/ 1

" =

"

1- : 'onstante de l(air. -234563 7J/kg8K9

-endement isentropique de la turbine !0tis& :



÷

÷

is

m!-1

m!

t

!-1!

11-

0!& =

1

1-0!

&vec :

÷

2

1

/

Tln

Tm-1=m ln

et

p

p

!!=! -!

et

3

4

"! ="

&vec :

1-’ : 'onstantes des a) brlés.

On a :

÷

st1+α!=. 1+0,0021.

1+α

Expérience1 : Turbine à un seul-arbre :

Tables de mesures :n$$

%tr&min'

n()

%tr&min'

*h

%mm' (+ %C' ( %C' ( %C' (/ %C' (0 %C'1222 +222 23 0+,4 4+1 505 04+5222 +222 +41 ,5 02,3 421 5/0 004222 ++222 +02 ,3 /3 424 50 00+2222 +2222 +5 ,1 /5,+ 420 50 0//4222 1222 +23 /,3 513 5+2 02/222 3222 30 ,3 / 545 030 0++



) %bar' )%bar' )/

%mbar'

)0

%mbar'

6 %6' 7 %8' mb

%!&s'

)b %bar'

2,5 2,5 2 2 +,5 0,/ + +

2, 2,/ 52 2 ++,4 /,5 2,1 +

2,+1 2, /2 2 +2 ,1 2,3 2,14

2,+3 2,+1 0 2 3, , 2,4 2,142,+/ 2,+0 2 2 5,5 ,5 2,5 +

2,+ 2,+ 2 +1 /,3 +,1 2,/3 +

9+

%!&m;' mair%!&s' mbl%!&s' < =c >$$ >() ? m+,2 2,+4 2,2 0, +,3 /,22 +,0 2,1 +,5+,+1 2,+0 2,23 0,3 +,/ 2,54 2,1/ +,4/3+,+1 2,+/ 2,20 0,0/ +,2 2,22 2,10 +,435+,+1 2,+ 2,2 0,3+ +,+1 /,22 +,40 2,15 +,400+,+1 2,+ 2,2+1 5,4 +,+0 04,02 + 2,14 +,1/1

+,+1 2,++ 2,2+0 5,15 +,+ 05,02

+,205+

041 2,14 ,+2+

)alt %@'

CpA

%B&! ?'

%(,('

CpA

%B&! ?'

%(/,(0'

CpA

%B&! ?'

%(,(/'

)t,()

%@'

)t$$

%@'

Cp

%B&! ?'

%(+,('

)comp

%@' + %@'4,// 2,1/+5+ 2,101 2,10504 3,+3+ 4,41 +,22300 0,31 +,050,3 2,1/2+5 2,1024 2,10// 3+,45 42,444 +,2230 0,+5 ++,0

1 2,1310 2,1/331 2,10/5 4,+22 4/,1 +,223/2 /,2 +2,4

5,/ 2,14 2,1/5 2,1/13+ 54,2+1 44,344 +,2232 ,0 1,11+4,+5 2,1//1 2,1/1 2,1/042 50,+13 3,//5 +,223+1 ,31 3/,21,+ 2,1+20 2,1450 2,1/20 03,5 3,+5 +,22323 ,/ 4+,



Dendeme

nt idéal

E

rendeme

nt

alternateur

Ealt

Dendeme

nt idéalde ($$

Eo$$

Dendemen

t

isentropi"

ue decompresse

ur

Ecompiso

Dendeme

nt

chambre

decombusti

on

Eb

Dendeme

nt

utile de

l’installation

Eu

rendement !lobal

E$

"bF+2-/

%!&B''

2,21 10,14 2,/ 2,31 2,+4 2,5 2,+2 /,+

2,21 4+,00 2,1 2,12 2,+4 2,54 2,++ ,432,23 04,11 2,+ 2,1+ 2,+4 2,55 2,++ ,45

2,24 /,05 2,5 2,1 2,+3 2,55 2,+ ,01

2,24 3,5+ 2, 2,1 2,+1 2,4+ 2,+ ,+52,25 +4,2 2,2 2,1/ 2,2 2,40 2,+0 ,3

Courbes et Interprétations :

4222 2222 222 5222 1222

512

510

422

420

4+2

4+0

42T3

(



4222 2222 222 5222 1222

2.+

2.+4

2.

2.4

P

)

4222 2222 222 5222 1222

2.++

2.+

2.+

2.+/

2.+0

2.+52.+4

ma

ma

4222 2222 222 5222 1222

2.2+0

2.22

2.20

2.22

2.20

mb

mb



4222 2222 222 5222 1222

.22G-2/

.2G-2/

./2G-2/

.52G-2/

.32G-2/

/.22G-2/

/.2G-2/

!b

"b

/222 4222 2222 222 5222 1222

2

+2

2

2

/2

02

52

42

32

Pel

)el

FHn constate "ue (,), ma , mb ,"b et )el au!mentent en onction de n$$.



2222 0222 2222 0222 /2222

2

2

/2

52

32

+22

+2

"alt

Ealt

2222 0222 2222 0222 /2222

2

2.20

2.+

2.+02.

2.0

2.

2.0

2./

2./0

"o##

Eo$$



2 +2222 2222 2222 /2222 02222

2

2.+

2.

2.

2./

2.0

2.5

2.4

2.3

"u

Eu

2222 0222 2222 0222 /2222

2.+0

2.+5

2.+4

2.+3

2.+1

2.

2.+

"b

Eb

FI’après ces courbes on constate "ue le rendement de la turbine ,ainsi celle de

l’alternateur ,au!mente en onction de vitesse de rotation de

l’arbre.Contrairement à a, les deux rendements du chambre de combustion et

celle utile pour l’installation sont été diminués. Gn efet, le rendement aible de la

turbine à !aJ %2K à / K' est d au ait "ue, comme dans un moteur à pistons,

une partie de lAéner!ie ournie par le combustible est nécessaire pour entraMner le

compresseur et une autre perdue sous orme de chaleur dans les !aJ

dAéchappement.

Expérience : Turbine bi-arbre :

Tables de mesures et de calculs :

n$$ n() *h (+ %C' ( %C' ( %C' (/ %C' (0 %C'

http://fr.wikipedia.org/wiki/Rendement

http://fr.wikipedia.org/wiki/Rendement



%tr&min

'

%tr&min

' %mm'/2222 +222 +0 0,/ /1,4 42/ 51 00/2222 +222 +0,+ 0,4 02,0 423 51 00+/2222 ++222 +0, 0,3 02,5 423 52 0/3

/2222 +2222 +0,0 0,4 02,4 421 52 0/3/2222 1222 +0,3 0,/ 02,5 421 51 0/1/2222 3222 +5 0,0 02,3 421 51 00

9+

%!&m;

'

ma

%!&s'

mpb

%!&s' < >c >$$ >() m

+,+3 2,20

2,22245

0 /5,/3 +,3 /+,54 +,301 +,5

+,+3 2,20

2,2223+

5 /,54+ +,5 /+,22 +,331 +,42+

+,+3 2,20

2,2223+

5 /,3+0 +,4 0,4+ ,0 +,331 +,500

+,+3 2,25

2,2223+

5 //,/0 +,4 /+,54 +,12 +,542

+,+3 2,25

2,22235

4 /,2// +,4 /+,54 +,1+4 +,552

+,+3+ 2,25

2,22235

4 /,21 +,4 /+,54 +,1 +,5/3

)

%bar'

)%bar

'

)/

%bar'

)0

%bar' 6 %6' 7 %8'

mb

%!&s' )b %bar'+, +, +,2 +,2+ ++ /,/ 2,40 +,40+, +, +,2 +,2+ +2,1 /, 2,3 +,50+, +, +,2 +,2+ +2,5 /, 2,3 +,5++, +, +,2 +,2+ +2,+ / 2,3 +,01+, +, +,2 +,2+ 1,4 ,1 2,30 +,01+, +, +,2 +,2+ 1, ,4 2,30 +,01



)alt

%@'

CpA %B&!

?'

%(,('

CpA

%B&! ?'

%(/,(0'

)t,comp%

@'

CpA

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%(,(/'

)t$$

%@'

)t,()

%@'

CpA

%B&! ?'

%(+,('

)t$$

%@'

/3,/ 2,14 2,1045 2,0 +,+4 52,/0/ 2,+505 +,2103 +,+

/5,34 2,1/5 2,1/123 2,5 +,+45 0,45 2,+30+2 +,213/ +,5/

//,0 +,43 2,1/40 2,5 +,+45 42,/3 2,0/2/ +,213 +,/3/2,/ + ,43 2,10253 2,50 +,+40 0/,/2/ 2,0+1 +,213+ +,5

4,3 +,40 2,102+ 2,1+ +,+44 55,3 2,3+11 +,2113 +,5

/,2/ +,4/1 2,102+0 2,11 +,+44 55,3 2,32++ +,2115 +,5+

rendeme

nt idéal

E

rendeme

nt

alternate

ur

Ealt

rendeme

nt idéal

($$

Eo$$

rendemen

t

isentropi"

ue de

compresseur

Ecompiso

rendeme

nt

chambre

de

combustion

Eb

rendemen

t utile

d’installati

on

Eu

rend !lobal

E$

"b

%!&B''

2,21 +,4+ 2,/01 2,31/ 2,+55 2,0

2,2355+12/

1

/,14G

2

2,21 +,2+ 2,01 2,315 2,+4/ 2,425

2,+/+1+2

,0/G

2

2,21 +,24 2,/53 2,310 2,+44 2,512

2,++3+2/

0

,3G

2

2,21 +,+5 2,0/+ 2,310 2,+54 2,5220 2,+22100

/,5G

2

2,21 +,2/ 2,/4/ 2,310 2,+42 2,0305

2,2115/10

/,1G

2

2,21 2,14 2,/42 2,315 2,+42 2,0443

2,2141/345

1

/,/0G

2

Interprétation :FHn constate "ue le rendement de la turbine bi-arbre est plus !rand "ue celle à

un seul arbre. Gn efet, a expli"ue l’utilisation ré"uente de ce tNpe de turbinedans les centrales thermi"ues.

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TP Turbine a Gaz