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TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS

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TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS. Généralités : Nombreux avantages / moteurs alternatifs Principe : Récupération puissance cinétique et / ou mécanique importantes via fonctionnement continu. Applications : Turbomoteurs d’hélicoptères Turbopropulseurs : moteurs avions - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS

TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS

Page 2: TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS

• Applications :• Turbomoteurs d’hélicoptères• Turbopropulseurs : moteurs avions • Turboalternateurs : production d’électricité• Turbopompes : industrie pétrolière

Généralités :

• Nombreux avantages / moteurs alternatifs

• Principe : Récupération puissance cinétique et / ou mécanique importantes via fonctionnement continu

Page 3: TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS

I. Différents types de Turbines à Gaz :

I.1. Turbines liées

Un seul ensemble tournant = arbre reliant :

compresseur C, turbine de détente TG et récepteur de puissance R : turboalternateurs, turbopompes..

• Eléments principaux :• C : Compresseur centrifuge ou axial• CC : Chambre de combustion annulaire• TG : Turbine générateur de détente multi étagée• Tuy : tuyère• Arbre de transmission• R : Réducteur

C C C TG

RPm

Tuy

Page 4: TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS

• 1-2 : Compression adiabatique de l’air dans compresseur

• 2-3 : Apport isobare de chaleur dans chambre de combustion

• 3-4 : Détente adiabatique dans turbine

• 4–5 : Détente adiabatique dans la tuyère d’échappement

• 5-0 : Refroidissement isobare des gaz d’échappement et éjection à hautes vitesses

* L’admission d’air 0-1 sera traitée dans la partie turboréacteur

I.2. Etude du cycle de la turbine liée

C C C TG

RPm

1 2 3 4 5Tuy

Air (0)

Page 5: TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS

I.2.1 Diagramme (T,s) du cycle turbine liée

1

2s 2

3

5s

5

T

sba

Isobare P1 = P5 = P0

Isobare P2 = P3

44s

• Hypothèses :

• Cycle ouvert : P5 = P0 = pression atmosphérique

•Rque : L’indice s designe une transformation isentropique

Page 6: TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS

I.2.4 Exemple d’une turbine liée de chez Turbomeca

Page 7: TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS

Conditions standards air : P 0  = 101,3 kPa ; T 0  = 288 K) :

•débit d’air qma  = 5,55 kg/s

•taux de compression P 2 /P 1  = 10

•rendement isentropique de compression c  = 0,785

•température entrée turbine T 3  = 1 300 K

•taux de détente P 3 /P 4 = 8,75

•rendement isentropique de détente TG  = 0,90

•rendement du réducteur red  = 0,98

•puissance sur l’arbre W m  = 1 268 kW

•consommation horaire C H  = 379 kg/h

•consommation spécifique C s  = 0,299 kg/(kW · h)

•rendement thermique th  = 0,279

avec vitesse de rotation du générateur N TG  = 33 100 tr/min

vitesse de rotation de la prise de puissance N pp  = 6 000 tr/min

I.2.4 Exemple d’une turbine liée de chez Turbomeca

Page 8: TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS

I.3. Turbines libresI.3.1. GénéralitésTurbine puissance distincte de la turbine générateur

• TG sert uniquement à entraîner le compresseur• TP entraîne l’arbre de puissance via reducteur

• Applications : Turbines aéronautiques…

• Eléments principaux : • C : Compresseur centrifuge ou axial• CC : Chambre de combustion annulaire• TG : Turbine générateur multi étagée• TP : Turbine de puissance• Tuy : Tuyère• Arbre de transmission

C C C TG

RPm

1 2 3 4 5Tuy

Air (0) 6TP

Page 9: TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS

I.3.2. Description du cycle

C C C TG

Rpm

1 2 3 4 5Tuy

Air (0) 6TP

0-1 : admission de l’air : compression cinétique supposée isentropique

1-2 : Compression isentropique de l’air

2-3 : Combustion isobare

3-4 : Détente polytropique TG

4-5 : Détente polytropique TP

5-6 : Détente polytropique Tuy

6-0 : Refroidissement des gaz brûlés

Page 10: TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS

I.3.5. Exemple d’une turbine libre

Turbomoteur à turbine libre TM 333 (doc. Turboméca)

Page 11: TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS

Données standards air : P 0  = 10,13 kPa ; T 0  = 250 K

•débit d’air qma  = 3,03 kg/s

•taux de compression P 2 /P 1  = 11

•rendement isentropique de compression C = 0,783

•température entrée turbine T 3  = 1 350 K

•taux de détente turbine générateur P 3 /P 4  = 3,58

•rendement isentropique de détente de la turbine générateur TG = 0,847

•perte de pression totale dans le canal inter-turbines D P 4 ;4,3  = 2,5 %

•taux de détente turbine libre P 4,3 /P 4,4  = 2,70

•rendement isentropique de détente de la turbine libre TP = 0,878 •rendement du réducteur R  = 0,98

•puissance sur l’arbre de sortie W m  = 705 kW

•consommation horaire C H  = 217 kg/h

•consommation spécifique C s = 0,308 kg/(kW · h)

•rendement thermique th  = 0,271

avec vitesse de rotation du générateur de gaz : N g  = 45 000 tr/min

vitesse de rotation de la turbine libre : N tl  = 37 500 tr/min

vitesse de rotation de la prise de puissance : N pp  = 6 000 tr/min

I.3.5. Exemple d’une turbine libre

Page 12: TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS

I.4. Turbine à échangeur de chaleur

Obtention d’une combustion efficace et économe : récupération partie enthalpie de combustion via un échangeur de chaleur