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FORMATION INDUSTRIE Centre des Techniques Appliquées de SKIKDA Turbines à vapeur Animateur : Mr: M. SILINI GROUPEMENT ォINSTITUT ALGERIEN DU PETROLE, CORPORATE UNIVERSITYサ IAP-CU

Turbines à Vapeur New

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Électrotechnique Industrielle

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FORMATION INDUSTRIECentre des Techniques Appliquées de SKIKDA

Turbines à vapeur

Animateur :

Mr: M. SILINI

GROUPEMENT «INSTITUT ALGERIEN DU PETROLE,CORPORATE UNIVERSITY»

IAP-CU

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SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 1

SOMMAIRE

PREMIERE PARTIEPages

Notions fondamentales sur la vapeur d’eau1 – Vapeur saturée …………………………………………………………... 32 – Vapeur surchauffée ................................................................................... 43 – Diagramme de Mollier ………………………………………………….. 6

DEUXIEME PARTIE

1 – Cycle de Rankine avec surchauffe ……………………………………... 112 – Etude de la tuyère ………………………………………………………. 14

TROISIEME PARTIE

1 – Turbines à vapeur

1 – Description ……………………………………………………….. 212 – Coupe générale …………………………………………………... 243 – Graissage ………………………………………............................ 254 – Travail de la vapeur ………………………………........................ 255 – Fonctionnement ………………………………………………….. 266 – Classification …………………………………………………….. 27

2 – Turbine à action ………………………………………………………… 293 – Turbine de Laval ………………………………………………………... 314 – Turbine à chute de vitesse : Curtiss …………………………………... 385 – Turbine à chute de pression : Rateau …………………………………. 446 – Turbine mixte à action …………………………………………………. 497 – Turbine à réaction …………………………………………………….... 508 – Turbine mixte à action et à réaction ………………………………….. 549 – Turbines spéciale ……………………………………………………… 56

- à contre-pression ……………………………………………… 56- à resurchauffe …………………………………………………. 56- à soutirage de vapeur …………………………………………. 58- turbine Stal (flux radial) ……………………………………… 61

Liste des références ………………………………………………………… 63

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Réalisé par : M. SILINI 2

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Réalisé par : M. SILINI 3

Notions fondamentales sur la vapeur d’eau

1 –Vapeur saturée :

Lorsqu’on a dans une enceinte fermée à la fois de l’eau liquide et de la vapeur d’eau, on dit qu’il y avapeur saturante ou saturée. Autrement dit la vapeur est dite saturée quand on l’obtient en présence de l’eauqui lui donne naissance.

1 – 1. Chaleur contenue dans un kilogramme de vapeur saturée :

Pour vaporiser complètement de l’eau il faut :- de la chaleur sensible (qsens) qui élèvera sa température jusqu’à la température d’ébullition- de la chaleur latente (qlat) qui transforme l’eau en vapeur (changement d’état) sans modification de

température.λ = qsens + qlat

λ : quantité de chaleur en kcal/kg

1 – 2. Formule de Regnault

Regnault a donné une formule qui permet de trouver la chaleur contenue dans un kg de vapeur :λ = 606 + 0.305 t

Ouλ : quantité de chaleur en kcal/kgt : température d’ébullition en °C

1 – 3. Propriétés de la vapeur d’eau

La température à laquelle le liquide bout (t) dépend de la pression. La température reste toutefoisconstante pendant toute la durée de l’ébullition.

à la pression atmosphérique t = 100° Cà 10 bars t = 180° Cà 40 bars t = 250° C

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Réalisé par : M. SILINI 3

Notions fondamentales sur la vapeur d’eau

1 –Vapeur saturée :

Lorsqu’on a dans une enceinte fermée à la fois de l’eau liquide et de la vapeur d’eau, on dit qu’il y avapeur saturante ou saturée. Autrement dit la vapeur est dite saturée quand on l’obtient en présence de l’eauqui lui donne naissance.

1 – 1. Chaleur contenue dans un kilogramme de vapeur saturée :

Pour vaporiser complètement de l’eau il faut :- de la chaleur sensible (qsens) qui élèvera sa température jusqu’à la température d’ébullition- de la chaleur latente (qlat) qui transforme l’eau en vapeur (changement d’état) sans modification de

température.λ = qsens + qlat

λ : quantité de chaleur en kcal/kg

1 – 2. Formule de Regnault

Regnault a donné une formule qui permet de trouver la chaleur contenue dans un kg de vapeur :λ = 606 + 0.305 t

Ouλ : quantité de chaleur en kcal/kgt : température d’ébullition en °C

1 – 3. Propriétés de la vapeur d’eau

La température à laquelle le liquide bout (t) dépend de la pression. La température reste toutefoisconstante pendant toute la durée de l’ébullition.

à la pression atmosphérique t = 100° Cà 10 bars t = 180° Cà 40 bars t = 250° C

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Réalisé par : M. SILINI 3

Notions fondamentales sur la vapeur d’eau

1 –Vapeur saturée :

Lorsqu’on a dans une enceinte fermée à la fois de l’eau liquide et de la vapeur d’eau, on dit qu’il y avapeur saturante ou saturée. Autrement dit la vapeur est dite saturée quand on l’obtient en présence de l’eauqui lui donne naissance.

1 – 1. Chaleur contenue dans un kilogramme de vapeur saturée :

Pour vaporiser complètement de l’eau il faut :- de la chaleur sensible (qsens) qui élèvera sa température jusqu’à la température d’ébullition- de la chaleur latente (qlat) qui transforme l’eau en vapeur (changement d’état) sans modification de

température.λ = qsens + qlat

λ : quantité de chaleur en kcal/kg

1 – 2. Formule de Regnault

Regnault a donné une formule qui permet de trouver la chaleur contenue dans un kg de vapeur :λ = 606 + 0.305 t

Ouλ : quantité de chaleur en kcal/kgt : température d’ébullition en °C

1 – 3. Propriétés de la vapeur d’eau

La température à laquelle le liquide bout (t) dépend de la pression. La température reste toutefoisconstante pendant toute la durée de l’ébullition.

à la pression atmosphérique t = 100° Cà 10 bars t = 180° Cà 40 bars t = 250° C

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Il existe des formules empiriques qui relient pression et température de la vapeur saturée entre 100°Cet 250°C :

Exemple : P = 0,98 (t / 100)4 valable pour une pression comprise entre 1 et 16 barsPour l’eau des résultats expérimentaux ont donné:

1 – 4. Titre :

En général la vapeur saturée contient un certain pourcentage d’eau: Le titre(X) d’une vapeur saturéeest définit par le rapport entre le poids réel de la vapeur et le poids total du mélange.

)( vapeurliquidemélangedutotalpoidsvapeurladepoidsX

; 10 X

S’il y a vapeur d’eau seulement, la vapeur est dite sèche (saturée sèche): Son titre X = 1

2 – Vapeur surchauffée :

A partir d’un certain moment du chauffage de la vapeur saturée (mélange vapeur-liquide) il n’y auraplus d’eau liquide : on parle alors de vapeur sèche (X = 1). Si on continue à chauffer on obtient une vapeursurchauffée.

Températureen °C

Pression de vapeur saturéeEn mm de Hg En atm

0 4,610 9,1630 31,550 9280 354100 760 1133 3143 4151 5211 20230 28

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Il existe des formules empiriques qui relient pression et température de la vapeur saturée entre 100°Cet 250°C :

Exemple : P = 0,98 (t / 100)4 valable pour une pression comprise entre 1 et 16 barsPour l’eau des résultats expérimentaux ont donné:

1 – 4. Titre :

En général la vapeur saturée contient un certain pourcentage d’eau: Le titre(X) d’une vapeur saturéeest définit par le rapport entre le poids réel de la vapeur et le poids total du mélange.

)( vapeurliquidemélangedutotalpoidsvapeurladepoidsX

; 10 X

S’il y a vapeur d’eau seulement, la vapeur est dite sèche (saturée sèche): Son titre X = 1

2 – Vapeur surchauffée :

A partir d’un certain moment du chauffage de la vapeur saturée (mélange vapeur-liquide) il n’y auraplus d’eau liquide : on parle alors de vapeur sèche (X = 1). Si on continue à chauffer on obtient une vapeursurchauffée.

Températureen °C

Pression de vapeur saturéeEn mm de Hg En atm

0 4,610 9,1630 31,550 9280 354100 760 1133 3143 4151 5211 20230 28

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Il existe des formules empiriques qui relient pression et température de la vapeur saturée entre 100°Cet 250°C :

Exemple : P = 0,98 (t / 100)4 valable pour une pression comprise entre 1 et 16 barsPour l’eau des résultats expérimentaux ont donné:

1 – 4. Titre :

En général la vapeur saturée contient un certain pourcentage d’eau: Le titre(X) d’une vapeur saturéeest définit par le rapport entre le poids réel de la vapeur et le poids total du mélange.

)( vapeurliquidemélangedutotalpoidsvapeurladepoidsX

; 10 X

S’il y a vapeur d’eau seulement, la vapeur est dite sèche (saturée sèche): Son titre X = 1

2 – Vapeur surchauffée :

A partir d’un certain moment du chauffage de la vapeur saturée (mélange vapeur-liquide) il n’y auraplus d’eau liquide : on parle alors de vapeur sèche (X = 1). Si on continue à chauffer on obtient une vapeursurchauffée.

Températureen °C

Pression de vapeur saturéeEn mm de Hg En atm

0 4,610 9,1630 31,550 9280 354100 760 1133 3143 4151 5211 20230 28

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La vapeur surchauffée peut prendre, pour une même pression, toutes les températures depuis latempérature d’ébullition jusqu’à la température compatible avec la résistance des matériaux employés.(Avec nos aciers actuels, la limite de la température de surchauffe se situe vers 550° C).

L’avantage de la vapeur surchauffée est :- Elle peut être refroidie sans condensation (la vapeur est éloignée de la courbe de saturation

en fin de détente) ce qui supprime la condensation dans les conduites et la retarde dans lesmachines.

- Vapeur plus fluides que la vapeur saturée : ce qui diminue les chocs et les frottements.- Elle améliore le rendement du cycle.

Ce rendement est :

1

2

1

2 11qq

TT

Ou :T1 : température de la source chaude qui fournit à chaque kilogramme de gaz une quantité

de chaleur q1T2 : température de la source froide qui enlève à chaque kilogramme de gaz une quantité

de chaleur q2

2 – 1. Chaleur spécifique de la vapeur surchauffée :

La vapeur surchauffée se comporte comme un gaz et présente deux chaleurs spécifiques Cp

et CV dont le rapport : γ 4.1V

P

CC

Cp : la chaleur spécifique à pression constante étant la plus utilisée. Elle n’est pas constanteet varie en fonction de la température et de la pression. 0.45 ≤ Cp ≤ 0.6

Nous l’admettons constante et adoptons : Cp = 0.5 kcal / kg.degréLa quantité de chaleur à fournir pour la surchauffe est donc : qsur = 0,5. (T’ – T)

2 – 2. Chaleur totale de la vapeur surchauffée :

La chaleur totale de la vapeur surchauffée = chal. sensible + chal. latente + chal. de surchauffageQ = qsen + qlat + qsur

λ = qsens + qlat (Regnault)qsur = 0,5. (T’ - T)

Ou :T’ : température sortie surchauffeurT : température entrée surchauffeurQ = λ + 0,5.ΔT kcal / kg vap

2 – 3. Etat critique de la vapeur

Il existe une pression pour laquelle le volume de vapeur est la même que celui du volume d’eau :c’est le point critique. Il est définit par :

Pression = 2250 N / Cm2 et Température = 374° CIl paraît que l’état critique est l’état pour lequel la vapeur ne contient que de la chaleur sensible et pas

de chaleur latente.

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3 – Diagramme de Mollier

Ce diagramme permet l’étude des transformations thermodynamiques des vapeurs.Nous ne parlerons dans ce chapitre que du diagramme pour vapeurs d’eau.

Axes : Abscisses : Entropies :TQS

Ordonnées : Enthalpies : chaleur totale contenue dans 1kg de vapeur.Unités : kcal / kg vapeur.

Courbes :

- Courbes de saturation AB qui délimite le diagramme en deux zones :Au dessus : vapeurs surchauffées.En dessous : vapeurs humides.

- Courbes isobares (ou d’égale pression) : MP.- Courbes isothermes (ou d’égale température) : MN.- Courbes isotitres (ou d’égal titre) : A’B’.

Les isothermes ne se situent que dans la zone des surchauffes. Pour déterminer la température de lavapeur dans l’état M’, il faut remonter l’isobare de M’ jusqu’au point M et lire la température surl’isotherme passant par M.

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3 – Diagramme de Mollier

Ce diagramme permet l’étude des transformations thermodynamiques des vapeurs.Nous ne parlerons dans ce chapitre que du diagramme pour vapeurs d’eau.

Axes : Abscisses : Entropies :TQS

Ordonnées : Enthalpies : chaleur totale contenue dans 1kg de vapeur.Unités : kcal / kg vapeur.

Courbes :

- Courbes de saturation AB qui délimite le diagramme en deux zones :Au dessus : vapeurs surchauffées.En dessous : vapeurs humides.

- Courbes isobares (ou d’égale pression) : MP.- Courbes isothermes (ou d’égale température) : MN.- Courbes isotitres (ou d’égal titre) : A’B’.

Les isothermes ne se situent que dans la zone des surchauffes. Pour déterminer la température de lavapeur dans l’état M’, il faut remonter l’isobare de M’ jusqu’au point M et lire la température surl’isotherme passant par M.

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3 – Diagramme de Mollier

Ce diagramme permet l’étude des transformations thermodynamiques des vapeurs.Nous ne parlerons dans ce chapitre que du diagramme pour vapeurs d’eau.

Axes : Abscisses : Entropies :TQS

Ordonnées : Enthalpies : chaleur totale contenue dans 1kg de vapeur.Unités : kcal / kg vapeur.

Courbes :

- Courbes de saturation AB qui délimite le diagramme en deux zones :Au dessus : vapeurs surchauffées.En dessous : vapeurs humides.

- Courbes isobares (ou d’égale pression) : MP.- Courbes isothermes (ou d’égale température) : MN.- Courbes isotitres (ou d’égal titre) : A’B’.

Les isothermes ne se situent que dans la zone des surchauffes. Pour déterminer la température de lavapeur dans l’état M’, il faut remonter l’isobare de M’ jusqu’au point M et lire la température surl’isotherme passant par M.

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Emploi du diagramme :

1er cas : vapeur saturée sèche (point M).On connaît p.On lit {Q et T : températures d’ébullition}

2e cas : vapeur humide (point M’).On connaît p et xOn lit {Q’, T et x}

3e cas : la surchauffe.On connaît p.D’où l’état M caractérise la vapeur saturée sèche.En surchauffant à pression constante, on remonte l’isobare P de M jusqu’à M’.M’ est l’intersection de l’isobare p avec l’isotherme T’La surchauffe est traduite par MM’.Le degré de surchauffe est : T’ – TLa chaleur de surchauffe est : Q’ - Q

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Emploi du diagramme :

1er cas : vapeur saturée sèche (point M).On connaît p.On lit {Q et T : températures d’ébullition}

2e cas : vapeur humide (point M’).On connaît p et xOn lit {Q’, T et x}

3e cas : la surchauffe.On connaît p.D’où l’état M caractérise la vapeur saturée sèche.En surchauffant à pression constante, on remonte l’isobare P de M jusqu’à M’.M’ est l’intersection de l’isobare p avec l’isotherme T’La surchauffe est traduite par MM’.Le degré de surchauffe est : T’ – TLa chaleur de surchauffe est : Q’ - Q

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Emploi du diagramme :

1er cas : vapeur saturée sèche (point M).On connaît p.On lit {Q et T : températures d’ébullition}

2e cas : vapeur humide (point M’).On connaît p et xOn lit {Q’, T et x}

3e cas : la surchauffe.On connaît p.D’où l’état M caractérise la vapeur saturée sèche.En surchauffant à pression constante, on remonte l’isobare P de M jusqu’à M’.M’ est l’intersection de l’isobare p avec l’isotherme T’La surchauffe est traduite par MM’.Le degré de surchauffe est : T’ – TLa chaleur de surchauffe est : Q’ - Q

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4e cas : la détente adiabatique (ΔQ = 0)La transformation s’effectue à entropie constante (segment MM’).La quantité de chaleur libérée par la détente est : Q - Q’

Le rendement thermodynamique est :QQQ

Exemple :Nous donnons ci-dessous un diagramme de Mollier de format réduit mais relativement précis.

Point (1)Vapeur saturée sèche : p = 200 N/cm2

T = 220° CQ = 665 kcal

Point (2)Vapeur surchauffée : p = 200 N/cm2

T = 450° CQ = 800 kcalDegré de surchauffe = 450° C – 220° C = 230° C

Point (3)Vapeur saturée humide : p = 1 N/cm2

T = 48° CQ = 550 kcalTitre X = 0.88Soit 120 gr d’eau / kg vapeur

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4e cas : la détente adiabatique (ΔQ = 0)La transformation s’effectue à entropie constante (segment MM’).La quantité de chaleur libérée par la détente est : Q - Q’

Le rendement thermodynamique est :QQQ

Exemple :Nous donnons ci-dessous un diagramme de Mollier de format réduit mais relativement précis.

Point (1)Vapeur saturée sèche : p = 200 N/cm2

T = 220° CQ = 665 kcal

Point (2)Vapeur surchauffée : p = 200 N/cm2

T = 450° CQ = 800 kcalDegré de surchauffe = 450° C – 220° C = 230° C

Point (3)Vapeur saturée humide : p = 1 N/cm2

T = 48° CQ = 550 kcalTitre X = 0.88Soit 120 gr d’eau / kg vapeur

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Réalisé par : M. SILINI 8

4e cas : la détente adiabatique (ΔQ = 0)La transformation s’effectue à entropie constante (segment MM’).La quantité de chaleur libérée par la détente est : Q - Q’

Le rendement thermodynamique est :QQQ

Exemple :Nous donnons ci-dessous un diagramme de Mollier de format réduit mais relativement précis.

Point (1)Vapeur saturée sèche : p = 200 N/cm2

T = 220° CQ = 665 kcal

Point (2)Vapeur surchauffée : p = 200 N/cm2

T = 450° CQ = 800 kcalDegré de surchauffe = 450° C – 220° C = 230° C

Point (3)Vapeur saturée humide : p = 1 N/cm2

T = 48° CQ = 550 kcalTitre X = 0.88Soit 120 gr d’eau / kg vapeur

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Réalisé par : M. SILINI 9

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1 – Cycle de Rankine avec surchauffe

Dans les centrales thermiques modernes, pour augmenter le rendement thermique du cycle deRankine, on procède à une surchauffe à pression constante de la vapeur.

L’avantage principal de la surchauffe n’est, en définitive, pas uniquement dans l’augmentation durendement qu’elle entraîne, par rapport au rendement du cycle sans surchauffe, mais surtout dans le faitque, éloignant la vapeur de la saturation en fin de détente, elle supprime la condensation dans l’intérieur dela turbine et, par suite réduit les pertes de chaleurs vers l’extérieur par l’intermédiaire des parois mouillées.

La surchauffe est réalisée en faisant passer la vapeur sortant de la chaudière à travers un serpentin(surchauffeur) chauffé par les gaz du foyer.

Schéma d’une installation à surchauffe

Cycle de Rankine à surchauffe (coordonnées T, S)

● La vaporisation AB s’effectue dans la chaudière ;● La surchauffe BB2 s’effectue dans le surchauffeur ;● La détente B2C1 à lieu dans la turbine ;● La condensation C1D s’effectue dans le condenseur ;● Le refoulement du condensât DA s’effectue par la pompe d’alimentation.

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Cycle de Rankine avec surchauffe (coordonnées T, S)

Dans ce cycle, il y aurait condensation dans la turbine d’une partie de la vapeur, puisque C1 se trouvedans la zone de saturation.

Pour éviter cet inconvénient, on pousse la surchauffe (cycle ci-dessous) de T1 jusqu’à la températureT’

1 telle que la vapeur reste sèche jusqu’à la fin de la détente B2C2 .Cette surchauffe (de T1 à T’1) s’effectue

sous la pression constante P1 qui est celle de la chaudière.Lorsque la vapeur est parvenue à la pression P2 du condenseur (point C2), elle se refroidit d’abord à

T2 avant de commencer à se condenser à cette température.On utilise couramment à l’heure actuelle des températures de surchauffe dépassant 500°C.

Cycle de Rankine avec surchauffe poussée

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Application numérique

Une chaudière (CH) à 200 N/cm2 de pression débite dans un surchauffeur (S) duquel la vapeur sort à450°C. La vapeur surchauffée passe à la turbine (T) dans laquelle elle se détend jusque 1 N/cm2 (pressiondu condenseur Co).

1) Définissez les états 1, 2, 3 (Mollier).2) Déterminer le rendement thermodynamique.

Point 1 Point 2 Point 3

Q1 = 665 kcal Q2 = 800 kcal Q3 = 550 kcalT1 = 220°C T2 = 450°C T3 = 48°CP1 = 200 N/cm2 P2 = P1 = 200 N/cm2 P3 = 1 N/cm2

X3 = 0,88

Rendement : 31,0800

550800

2

32

QQQ

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2 – Etude de la tuyère

2 – 1. Principe de fonctionnement :

La vapeur haute pression est détendue dans la partie fixe de la turbine (tuyères ou aubes distributrices)où elle acquiert une certaine quantité d’énergie cinétique. Puis, en traversant les parties tournantes, c’est-à-dire les couronnes d’aubes, la vapeur réduit sa vitesse en transmettant aux aubes une partie de l’énergieacquise. Nous retrouvons encore ici une application du théorème de Bernoulli.

2 – 2. Etude de la tuyère :

La tuyère est un canal dans lequel la vapeur (ou tout autre gaz) se détend sans produire de travail(w = 0). S’il y a détente sans production de travail, il s’ensuivra une augmentation de la vitesse decirculation du fluide.

Considérons un convergent (fig.A) dans lequel circule de la vapeur d’eau.

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2 – Etude de la tuyère

2 – 1. Principe de fonctionnement :

La vapeur haute pression est détendue dans la partie fixe de la turbine (tuyères ou aubes distributrices)où elle acquiert une certaine quantité d’énergie cinétique. Puis, en traversant les parties tournantes, c’est-à-dire les couronnes d’aubes, la vapeur réduit sa vitesse en transmettant aux aubes une partie de l’énergieacquise. Nous retrouvons encore ici une application du théorème de Bernoulli.

2 – 2. Etude de la tuyère :

La tuyère est un canal dans lequel la vapeur (ou tout autre gaz) se détend sans produire de travail(w = 0). S’il y a détente sans production de travail, il s’ensuivra une augmentation de la vitesse decirculation du fluide.

Considérons un convergent (fig.A) dans lequel circule de la vapeur d’eau.

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2 – Etude de la tuyère

2 – 1. Principe de fonctionnement :

La vapeur haute pression est détendue dans la partie fixe de la turbine (tuyères ou aubes distributrices)où elle acquiert une certaine quantité d’énergie cinétique. Puis, en traversant les parties tournantes, c’est-à-dire les couronnes d’aubes, la vapeur réduit sa vitesse en transmettant aux aubes une partie de l’énergieacquise. Nous retrouvons encore ici une application du théorème de Bernoulli.

2 – 2. Etude de la tuyère :

La tuyère est un canal dans lequel la vapeur (ou tout autre gaz) se détend sans produire de travail(w = 0). S’il y a détente sans production de travail, il s’ensuivra une augmentation de la vitesse decirculation du fluide.

Considérons un convergent (fig.A) dans lequel circule de la vapeur d’eau.

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En A (entrée) : Pression pVitesse vCalories (quantité de chaleur contenue dans un kg de vapeur)

En B (sortie) : Pression p"

Vitesse v'

Calories ’

Il y a conservation (constance) des énergies entre A et B.

Etotale A = Etotale B

24180

24180

2''

'

'2 VPwVP

Dans cette relation w = 0

QP 41804180

(Enthalpie)

''

4180'4180'

QP

(Enthalpie)

Q et Q’ se lisent au diagramme de Mollier (fig.C).

D’où

24180

24180

2''

2 VQVQ 22''

214180 VVQQ

Puisque Q > Q’, on en déduit que V’ > V

On peut conclure (fig.B) q’un gaz qui se détend sans produire du travail voit sa vitesse augmenter aufur et à mesure qu’il perd sa chaleur.

Page 17: Turbines à Vapeur New

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Réalisé par : M. SILINI 16

2 – 3. Calcul de la vitesse de sortie

Reprenons l’équation 22''

214180 VVQQ

Dans cette relation V < V’

Il s’ensuit que V2 est encore plus insignifiant par rapport à V’2.On peut donc négliger le terme V2 et la relation devient :

2)(4180

2'' VQQ

)(41802 '' QQV

'' 5,91 QQV Remarques

- La vitesse de sortie ne dépend que de la chute calorifique- En raison des frottements de la vapeur sur les parois de la tuyère, la vitesse effective de

sortie est inférieure à la vitesse théorique calculée.

V’réel = 0,95 V’

calculé

2 – 4. Forme de la tuyère :

Le principe à la base de la détermination des diverses sections est le suivant :Le débit massique est constant dans toutes les sections de la tuyère.

Qm = S.V.ρOu :

Qm = débit massique en kg/sS = section en m2

ρ = masse spécifique en kg/m3

La vitesse V et la masse spécifique ρ varient en sens contraires, mais pas dans les mêmesProportions.

Le produit [V.ρ] est donc variable et pour tenir la constance de Qm, il faudra faire varierS suivant les fluctuations de [V.ρ].

a) Partie convergente :

Au début, l’augmentation de V est plus importante que la diminution de ρ.Donc [Vρ] augmente

Qm = S [Vρ] ↑Pour avoir Qm constant il faut que S diminue et la tuyère est convergente.

b) Col de la tuyère :

Le produit [Vρ] passe par un maximum pour une pressionP"= 0,58 P

Page 18: Turbines à Vapeur New

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 17

La section minimale correspondante s’appelle col de la tuyère.c) Partie divergente :

A partir de P" = 0,58 P, l’augmentation de V croît moins vite que la diminutionde ρ. Donc [Vρ] diminue.

Qm = S [Vρ] ↓Pour garder la constance du débit, il faudra augmenter la section de la tuyèrequi devient divergente.

En conclusion on peut énoncé que la forme de la tuyère dépendra du rapport entre pression de sortieet pression d’entrée et la tuyère sera :

● simplement convergente, si P’ ≥ P" = 0,58 P ➨ (faibles chutes de pression)

ρρ

ρ

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 17

La section minimale correspondante s’appelle col de la tuyère.c) Partie divergente :

A partir de P" = 0,58 P, l’augmentation de V croît moins vite que la diminutionde ρ. Donc [Vρ] diminue.

Qm = S [Vρ] ↓Pour garder la constance du débit, il faudra augmenter la section de la tuyèrequi devient divergente.

En conclusion on peut énoncé que la forme de la tuyère dépendra du rapport entre pression de sortieet pression d’entrée et la tuyère sera :

● simplement convergente, si P’ ≥ P" = 0,58 P ➨ (faibles chutes de pression)

ρρ

ρ

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Réalisé par : M. SILINI 17

La section minimale correspondante s’appelle col de la tuyère.c) Partie divergente :

A partir de P" = 0,58 P, l’augmentation de V croît moins vite que la diminutionde ρ. Donc [Vρ] diminue.

Qm = S [Vρ] ↓Pour garder la constance du débit, il faudra augmenter la section de la tuyèrequi devient divergente.

En conclusion on peut énoncé que la forme de la tuyère dépendra du rapport entre pression de sortieet pression d’entrée et la tuyère sera :

● simplement convergente, si P’ ≥ P" = 0,58 P ➨ (faibles chutes de pression)

ρρ

ρ

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Réalisé par : M. SILINI 18

● convergente-divergente, si P’ < P" = 0,58 P ➨ (fortes chutes de pression)Application numérique :

Entrée : Vapeur 400 N/Cm2

Surchauffe 450°C

Sortie : Détente jusqu’à 20 N/Cm2

Déterminer :1) La vitesse de sortie2) L’allure de la tuyère

Solution :Mollier donne : Entrée 800 kcal

Sortie 630 kcal

Vitesse finale '' 5,91 QQV

6308005,91 = 1190 m/sAllure de la tuyère

P" = 0,58 P = 0,58 x 400 = 230 N/Cm2 (pression au col)Puisque P"> P' la tuyère est convergente + divergente.

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 18

● convergente-divergente, si P’ < P" = 0,58 P ➨ (fortes chutes de pression)Application numérique :

Entrée : Vapeur 400 N/Cm2

Surchauffe 450°C

Sortie : Détente jusqu’à 20 N/Cm2

Déterminer :1) La vitesse de sortie2) L’allure de la tuyère

Solution :Mollier donne : Entrée 800 kcal

Sortie 630 kcal

Vitesse finale '' 5,91 QQV

6308005,91 = 1190 m/sAllure de la tuyère

P" = 0,58 P = 0,58 x 400 = 230 N/Cm2 (pression au col)Puisque P"> P' la tuyère est convergente + divergente.

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Réalisé par : M. SILINI 18

● convergente-divergente, si P’ < P" = 0,58 P ➨ (fortes chutes de pression)Application numérique :

Entrée : Vapeur 400 N/Cm2

Surchauffe 450°C

Sortie : Détente jusqu’à 20 N/Cm2

Déterminer :1) La vitesse de sortie2) L’allure de la tuyère

Solution :Mollier donne : Entrée 800 kcal

Sortie 630 kcal

Vitesse finale '' 5,91 QQV

6308005,91 = 1190 m/sAllure de la tuyère

P" = 0,58 P = 0,58 x 400 = 230 N/Cm2 (pression au col)Puisque P"> P' la tuyère est convergente + divergente.

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SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 19

Application numérique :

Entrée : Vapeur 50 N/Cm2

Surchauffe 250°CSortie : Détente jusqu’à 35 N/Cm2

Déterminer :1) La vitesse de sortie2) L’allure de la tuyère

Solution :Mollier donne : Entrée 710 kcal

Sortie 690 kcal

Vitesse finale 6907105,91' V= 410 m/s

Allure de la tuyèreP" = 0,58 P = 0,58 x 50 = 29 N/Cm2

Comme P’ = 35 > P’’ = 29Le col n’est pas atteint et la tuyère est simplement convergente.

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 19

Application numérique :

Entrée : Vapeur 50 N/Cm2

Surchauffe 250°CSortie : Détente jusqu’à 35 N/Cm2

Déterminer :1) La vitesse de sortie2) L’allure de la tuyère

Solution :Mollier donne : Entrée 710 kcal

Sortie 690 kcal

Vitesse finale 6907105,91' V= 410 m/s

Allure de la tuyèreP" = 0,58 P = 0,58 x 50 = 29 N/Cm2

Comme P’ = 35 > P’’ = 29Le col n’est pas atteint et la tuyère est simplement convergente.

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Réalisé par : M. SILINI 19

Application numérique :

Entrée : Vapeur 50 N/Cm2

Surchauffe 250°CSortie : Détente jusqu’à 35 N/Cm2

Déterminer :1) La vitesse de sortie2) L’allure de la tuyère

Solution :Mollier donne : Entrée 710 kcal

Sortie 690 kcal

Vitesse finale 6907105,91' V= 410 m/s

Allure de la tuyèreP" = 0,58 P = 0,58 x 50 = 29 N/Cm2

Comme P’ = 35 > P’’ = 29Le col n’est pas atteint et la tuyère est simplement convergente.

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SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 20

Page 22: Turbines à Vapeur New

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 21

1 – Turbines à vapeur

1 – 1. Description● Rotor

Les turbines à vapeur sont des machines dont la seule partie mobile importante est le rotor. Ilcomporte un arbre et des roues à aubes. L’arbre, en acier spécial, est muni d’une longue portée de calage surlaquelle sont montés les disques des roues. A une de ses extrémités, l’arbre est muni d’un tourillon et d’unaccouplement à dilatation.

A l’autre extrémité, l’arbre est muni d’un second tourillon et de cannelures reprenant la pousséeaxiale (point fixe du rotor).

L’arbre est garni en outre de fines cannelures destinées au labyrinthe.Les roues à aubes sont constituées par un disque et des aubes.Le disque, en acier coulé, comporte un moyeu, un voile et une jante munie d’une rainure

circonférentielle en T.L’aube, en acier spécial, comporte un corps profilé, un talon et un embout de rivure. Elles sont

d’abord forgées puis parachevées à la fraise.Une aube et une pièce intercalaire sont alternativement placées dans la rainure en T de la jante.Les embouts des aubes sont rivés sur des bandes de liaison afin d’assurer la rigidité de l’ailettage.Le rôle des intercalaires est de ménager un canal entre les aubes, canal dans lequel circulera la vapeur.

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 21

1 – Turbines à vapeur

1 – 1. Description● Rotor

Les turbines à vapeur sont des machines dont la seule partie mobile importante est le rotor. Ilcomporte un arbre et des roues à aubes. L’arbre, en acier spécial, est muni d’une longue portée de calage surlaquelle sont montés les disques des roues. A une de ses extrémités, l’arbre est muni d’un tourillon et d’unaccouplement à dilatation.

A l’autre extrémité, l’arbre est muni d’un second tourillon et de cannelures reprenant la pousséeaxiale (point fixe du rotor).

L’arbre est garni en outre de fines cannelures destinées au labyrinthe.Les roues à aubes sont constituées par un disque et des aubes.Le disque, en acier coulé, comporte un moyeu, un voile et une jante munie d’une rainure

circonférentielle en T.L’aube, en acier spécial, comporte un corps profilé, un talon et un embout de rivure. Elles sont

d’abord forgées puis parachevées à la fraise.Une aube et une pièce intercalaire sont alternativement placées dans la rainure en T de la jante.Les embouts des aubes sont rivés sur des bandes de liaison afin d’assurer la rigidité de l’ailettage.Le rôle des intercalaires est de ménager un canal entre les aubes, canal dans lequel circulera la vapeur.

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 21

1 – Turbines à vapeur

1 – 1. Description● Rotor

Les turbines à vapeur sont des machines dont la seule partie mobile importante est le rotor. Ilcomporte un arbre et des roues à aubes. L’arbre, en acier spécial, est muni d’une longue portée de calage surlaquelle sont montés les disques des roues. A une de ses extrémités, l’arbre est muni d’un tourillon et d’unaccouplement à dilatation.

A l’autre extrémité, l’arbre est muni d’un second tourillon et de cannelures reprenant la pousséeaxiale (point fixe du rotor).

L’arbre est garni en outre de fines cannelures destinées au labyrinthe.Les roues à aubes sont constituées par un disque et des aubes.Le disque, en acier coulé, comporte un moyeu, un voile et une jante munie d’une rainure

circonférentielle en T.L’aube, en acier spécial, comporte un corps profilé, un talon et un embout de rivure. Elles sont

d’abord forgées puis parachevées à la fraise.Une aube et une pièce intercalaire sont alternativement placées dans la rainure en T de la jante.Les embouts des aubes sont rivés sur des bandes de liaison afin d’assurer la rigidité de l’ailettage.Le rôle des intercalaires est de ménager un canal entre les aubes, canal dans lequel circulera la vapeur.

Page 23: Turbines à Vapeur New

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 22

● Stator

Il se compose d’un corps en deux pièces, de disques à aubes fixes, de paliers et de labyrinthes.Le corps (fig.B) en fonte comporte le canal d’entrée de la vapeur, des logements annulaires pour les

disques fixes, les supports de paliers, et le canal de sortie de la vapeur. Le joint entre le corps inférieur et lechapeau est horizontal et axial. L’étanchéité entre les deux corps est réalisée par simple pose métal surmétal tandis que l’étanchéité corps-arbre est réalisée par labyrinthes.

Le corps inférieur est muni en outre d’une semelle de pose sur la fondation. Le corps complet est garnid’un calorifugeage externe.

Le disque à aubes fixes (fig.D) est constitué par un corps en fonte muni d’un moyeu à labyrinthe etd’une jante rainurée en T dans laquelle sont logées les aubes et les intercalaires fixes.

Les disques laissent entre eux des espaces dans lesquels les roues vont pouvoir se mouvoir.Les paliers sont du type lisse à rotule et à graissage sous pression avec coussinets en métal

antifriction.Le palier à cannelures (fig.C) est également du type lisse à graissage sous pression.L’adoption du type de palier lisse réside dans la grande sécurité qu’il présente.

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 22

● Stator

Il se compose d’un corps en deux pièces, de disques à aubes fixes, de paliers et de labyrinthes.Le corps (fig.B) en fonte comporte le canal d’entrée de la vapeur, des logements annulaires pour les

disques fixes, les supports de paliers, et le canal de sortie de la vapeur. Le joint entre le corps inférieur et lechapeau est horizontal et axial. L’étanchéité entre les deux corps est réalisée par simple pose métal surmétal tandis que l’étanchéité corps-arbre est réalisée par labyrinthes.

Le corps inférieur est muni en outre d’une semelle de pose sur la fondation. Le corps complet est garnid’un calorifugeage externe.

Le disque à aubes fixes (fig.D) est constitué par un corps en fonte muni d’un moyeu à labyrinthe etd’une jante rainurée en T dans laquelle sont logées les aubes et les intercalaires fixes.

Les disques laissent entre eux des espaces dans lesquels les roues vont pouvoir se mouvoir.Les paliers sont du type lisse à rotule et à graissage sous pression avec coussinets en métal

antifriction.Le palier à cannelures (fig.C) est également du type lisse à graissage sous pression.L’adoption du type de palier lisse réside dans la grande sécurité qu’il présente.

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 22

● Stator

Il se compose d’un corps en deux pièces, de disques à aubes fixes, de paliers et de labyrinthes.Le corps (fig.B) en fonte comporte le canal d’entrée de la vapeur, des logements annulaires pour les

disques fixes, les supports de paliers, et le canal de sortie de la vapeur. Le joint entre le corps inférieur et lechapeau est horizontal et axial. L’étanchéité entre les deux corps est réalisée par simple pose métal surmétal tandis que l’étanchéité corps-arbre est réalisée par labyrinthes.

Le corps inférieur est muni en outre d’une semelle de pose sur la fondation. Le corps complet est garnid’un calorifugeage externe.

Le disque à aubes fixes (fig.D) est constitué par un corps en fonte muni d’un moyeu à labyrinthe etd’une jante rainurée en T dans laquelle sont logées les aubes et les intercalaires fixes.

Les disques laissent entre eux des espaces dans lesquels les roues vont pouvoir se mouvoir.Les paliers sont du type lisse à rotule et à graissage sous pression avec coussinets en métal

antifriction.Le palier à cannelures (fig.C) est également du type lisse à graissage sous pression.L’adoption du type de palier lisse réside dans la grande sécurité qu’il présente.

Page 24: Turbines à Vapeur New

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 23

Les labyrinthes (fig.E) constituent l’étanchéité entre l’arbre et le stator. C’est un système qui est basésur la perte de charge créée par l’inflexion brutale d’un fluide dans des chicanes.

Rotor

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 23

Les labyrinthes (fig.E) constituent l’étanchéité entre l’arbre et le stator. C’est un système qui est basésur la perte de charge créée par l’inflexion brutale d’un fluide dans des chicanes.

Rotor

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 23

Les labyrinthes (fig.E) constituent l’étanchéité entre l’arbre et le stator. C’est un système qui est basésur la perte de charge créée par l’inflexion brutale d’un fluide dans des chicanes.

Rotor

Page 25: Turbines à Vapeur New

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 24

1 – 2. Coupe générale dans une turbine

On distingue :- la collerette d’entrée de vapeur E- l’alternance des roues mobiles et des disques fixes- l’augmentation de la hauteur des aubes (augmentation du volume de la vapeur due à la

détente)- la tubulure de soutirage ST

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 24

1 – 2. Coupe générale dans une turbine

On distingue :- la collerette d’entrée de vapeur E- l’alternance des roues mobiles et des disques fixes- l’augmentation de la hauteur des aubes (augmentation du volume de la vapeur due à la

détente)- la tubulure de soutirage ST

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 24

1 – 2. Coupe générale dans une turbine

On distingue :- la collerette d’entrée de vapeur E- l’alternance des roues mobiles et des disques fixes- l’augmentation de la hauteur des aubes (augmentation du volume de la vapeur due à la

détente)- la tubulure de soutirage ST

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SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 25

- la collerette de sortie de la vapeur S- les labyrinthes extrêmes L- les paliers lisses P- le palier à cannelure PC- l’accouplement A- la commande du régulateur CR (également commande de la pompe à huile)- le calorifugeage C et la tôle extérieure T

1 – 3. Graissage

Dans la turbine à vapeur, seuls les paliers nécessitent une lubrification. En raison des fortes chargessur les coussinets et de la grande vitesse du rotor, la puissance dissipée par frottement (et par conséquent lachaleur dissipée) est importante. Aussi il faut un graissage abondant des paliers par pompe à huile avecréfrigérateur.

1 – 4. Travail de la vapeur

Sur le cycle de Rankine (fig.A), il est déterminé par la surface du diagramme.

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 25

- la collerette de sortie de la vapeur S- les labyrinthes extrêmes L- les paliers lisses P- le palier à cannelure PC- l’accouplement A- la commande du régulateur CR (également commande de la pompe à huile)- le calorifugeage C et la tôle extérieure T

1 – 3. Graissage

Dans la turbine à vapeur, seuls les paliers nécessitent une lubrification. En raison des fortes chargessur les coussinets et de la grande vitesse du rotor, la puissance dissipée par frottement (et par conséquent lachaleur dissipée) est importante. Aussi il faut un graissage abondant des paliers par pompe à huile avecréfrigérateur.

1 – 4. Travail de la vapeur

Sur le cycle de Rankine (fig.A), il est déterminé par la surface du diagramme.

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 25

- la collerette de sortie de la vapeur S- les labyrinthes extrêmes L- les paliers lisses P- le palier à cannelure PC- l’accouplement A- la commande du régulateur CR (également commande de la pompe à huile)- le calorifugeage C et la tôle extérieure T

1 – 3. Graissage

Dans la turbine à vapeur, seuls les paliers nécessitent une lubrification. En raison des fortes chargessur les coussinets et de la grande vitesse du rotor, la puissance dissipée par frottement (et par conséquent lachaleur dissipée) est importante. Aussi il faut un graissage abondant des paliers par pompe à huile avecréfrigérateur.

1 – 4. Travail de la vapeur

Sur le cycle de Rankine (fig.A), il est déterminé par la surface du diagramme.

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SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 26

Sur le diagramme de Mollier (fig.B), il est représenté par la chute calorifique IF.Ẃ = E (Q1 – Q2) ; E (équivalent thermique) = 4180 j /kcal

1 – 5. Principe de fonctionnement

Dans la turbine, la vapeur agit par sa vitesse (transformation de l’énergie de pression en énergie devitesse et transformation de cette dernière en travail sur l’arbre).

● Cas d’une seule roue

Dans la tuyère T, on provoque la détente continue de la vapeur. Cette détente génère une élévation dela vitesse régie par

215,91 QQV

Les particules de vapeur, animées de la vitesse V, communiquent à la roue une impulsion dans le sensdu bombage. Il s’ensuivra une rotation de la roue R et de l’arbre A autour de leur axe.

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 26

Sur le diagramme de Mollier (fig.B), il est représenté par la chute calorifique IF.Ẃ = E (Q1 – Q2) ; E (équivalent thermique) = 4180 j /kcal

1 – 5. Principe de fonctionnement

Dans la turbine, la vapeur agit par sa vitesse (transformation de l’énergie de pression en énergie devitesse et transformation de cette dernière en travail sur l’arbre).

● Cas d’une seule roue

Dans la tuyère T, on provoque la détente continue de la vapeur. Cette détente génère une élévation dela vitesse régie par

215,91 QQV

Les particules de vapeur, animées de la vitesse V, communiquent à la roue une impulsion dans le sensdu bombage. Il s’ensuivra une rotation de la roue R et de l’arbre A autour de leur axe.

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 26

Sur le diagramme de Mollier (fig.B), il est représenté par la chute calorifique IF.Ẃ = E (Q1 – Q2) ; E (équivalent thermique) = 4180 j /kcal

1 – 5. Principe de fonctionnement

Dans la turbine, la vapeur agit par sa vitesse (transformation de l’énergie de pression en énergie devitesse et transformation de cette dernière en travail sur l’arbre).

● Cas d’une seule roue

Dans la tuyère T, on provoque la détente continue de la vapeur. Cette détente génère une élévation dela vitesse régie par

215,91 QQV

Les particules de vapeur, animées de la vitesse V, communiquent à la roue une impulsion dans le sensdu bombage. Il s’ensuivra une rotation de la roue R et de l’arbre A autour de leur axe.

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SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 27

● Cas de plusieurs roues

Les roues R1, R2, R3 devant tourner dans le même sens, leurs courbures auront la même orientation(aubes noires).

Il y a lieu de placer entre les roues R1, R2 et R3 des aubes fixes dites directrices (aubes rouges)courbées en sens inverse de celui des aubes de la roue, en vue de donner à la vapeur une direction d’entréedans les roues R2 et R3 conforme au sens de rotation.

1 – 6. Classification

1) Au point de vue mode d’action de la vapeur

a) Turbines à action : La détente de la vapeur s’effectue en une seule fois dans les

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 27

● Cas de plusieurs roues

Les roues R1, R2, R3 devant tourner dans le même sens, leurs courbures auront la même orientation(aubes noires).

Il y a lieu de placer entre les roues R1, R2 et R3 des aubes fixes dites directrices (aubes rouges)courbées en sens inverse de celui des aubes de la roue, en vue de donner à la vapeur une direction d’entréedans les roues R2 et R3 conforme au sens de rotation.

1 – 6. Classification

1) Au point de vue mode d’action de la vapeur

a) Turbines à action : La détente de la vapeur s’effectue en une seule fois dans les

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Réalisé par : M. SILINI 27

● Cas de plusieurs roues

Les roues R1, R2, R3 devant tourner dans le même sens, leurs courbures auront la même orientation(aubes noires).

Il y a lieu de placer entre les roues R1, R2 et R3 des aubes fixes dites directrices (aubes rouges)courbées en sens inverse de celui des aubes de la roue, en vue de donner à la vapeur une direction d’entréedans les roues R2 et R3 conforme au sens de rotation.

1 – 6. Classification

1) Au point de vue mode d’action de la vapeur

a) Turbines à action : La détente de la vapeur s’effectue en une seule fois dans les

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SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 28

tuyères ou les aubes fixes distributrices avant l’entrée dans la couronne d’aubes. Toutel’énergie potentielle disponible est transformée en énergie cinétique avant l’entrée dansla roue.

b) Turbines à réaction : Une partie seulement de la détente s’effectue dans les tuyèresavant l’entrée dans la roue. Le reste de la détente s’effectue pendant la traversée de lacouronne d’aubes. Autrement dit La détente de la vapeur s’effectue dans les canauxfixes et mobiles.

2) Selon le mode d’injection

a) Injection totale : Les tuyères sont réparties sur toute la circonférence.b) Injection partielle : Les tuyères sont réparties sur une portion de circonférence.

3) Au point de vue constructif

a) Turbines à disques : roues à disques construites séparément et calées sur un arbre.b) Turbines à tambour : Les aubes sont calées sur un tambour rapporté sur l’arbre.

4) Selon le mode de circulation :

a) Turbines axiales : La vapeur se déplace parallèlement à l’axe de la turbine (turbinesà disques et turbines à tambour).

b) Turbines radiales : La direction de la vapeur est radiale. (Turbine Stal)

Page 30: Turbines à Vapeur New

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 29

2 – Turbines à action

2 – 1. Principe de la turbine à action :

La détente s’effectue dans les canaux fixes. La pression reste constante dans les canaux mobiles.

2 – 2. Conséquences de la turbine à action :

1) La pression étant constante dans les canaux mobiles, P = P’, et les poussées F et F’ dues àla vapeur sont égales sur les 2 faces de la roue : Il n’y a donc pas de poussée axiale.

2) En outre, puisque P = P’, la vapeur n’aura pas tendance à passer par le joint j en court-circuitant l’aube A de la roue.On pourra donc prévoir entre le rotor et le stator, de grands jeux (ce qui facilite laconstruction et la sécurité pour la dilatation).

Page 31: Turbines à Vapeur New

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Réalisé par : M. SILINI 30

2 – 3. Vitesses

a – Dans les aubages mobiles

Une masse de vapeur M circulant selon la trajectoire ab est soumise à une vitesse d’entraînement u quiest la vitesse tangentielle de la roue ,et à une vitesse relative w qui est la vitesse de circulation de la vapeurdans l’aube (w = Q/S).

La composition des deux vitesses donne la vitesse absolue v qui est la vitesse constatée par unobservateur placé en dehors de la machine.

Lors de son déplacement le long de ab, les vitesses u et w de la masse m sont constantes en grandeur.Mais w change constamment de direction. Il s’ensuivra une variation de v.

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 30

2 – 3. Vitesses

a – Dans les aubages mobiles

Une masse de vapeur M circulant selon la trajectoire ab est soumise à une vitesse d’entraînement u quiest la vitesse tangentielle de la roue ,et à une vitesse relative w qui est la vitesse de circulation de la vapeurdans l’aube (w = Q/S).

La composition des deux vitesses donne la vitesse absolue v qui est la vitesse constatée par unobservateur placé en dehors de la machine.

Lors de son déplacement le long de ab, les vitesses u et w de la masse m sont constantes en grandeur.Mais w change constamment de direction. Il s’ensuivra une variation de v.

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 30

2 – 3. Vitesses

a – Dans les aubages mobiles

Une masse de vapeur M circulant selon la trajectoire ab est soumise à une vitesse d’entraînement u quiest la vitesse tangentielle de la roue ,et à une vitesse relative w qui est la vitesse de circulation de la vapeurdans l’aube (w = Q/S).

La composition des deux vitesses donne la vitesse absolue v qui est la vitesse constatée par unobservateur placé en dehors de la machine.

Lors de son déplacement le long de ab, les vitesses u et w de la masse m sont constantes en grandeur.Mais w change constamment de direction. Il s’ensuivra une variation de v.

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SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 31

b – Dans les aubages fixes

Les aubes étant immobiles, u = 0 et seule w est à considérer. On aura donc v = w

2 – 4. Formes des canaux mobiles

Dans les canaux mobiles, il n’y a aucune détente. La quantité de vapeur passant dans les canaux d’uneroue est constante, donc la vitesse de circulation (w) dans le canal est constante

w = Q/S = Cte. La section de passage est donc constante.Si h = Cte l = CteOù

h : hauteur du canall : largeur

On néglige les forces de frottements.

2 – 5. Formes des canaux Fixes

1 - avec détenteEn raison de la faible détente, les canaux sont des tuyères convergentes. Si h estconstant, la largeur l va en décroissant.Toutefois, le volume de vapeur augmente à cause de la détenteIl faudra donc accroître h au fur et à mesure de la détente.

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Réalisé par : M. SILINI 31

b – Dans les aubages fixes

Les aubes étant immobiles, u = 0 et seule w est à considérer. On aura donc v = w

2 – 4. Formes des canaux mobiles

Dans les canaux mobiles, il n’y a aucune détente. La quantité de vapeur passant dans les canaux d’uneroue est constante, donc la vitesse de circulation (w) dans le canal est constante

w = Q/S = Cte. La section de passage est donc constante.Si h = Cte l = CteOù

h : hauteur du canall : largeur

On néglige les forces de frottements.

2 – 5. Formes des canaux Fixes

1 - avec détenteEn raison de la faible détente, les canaux sont des tuyères convergentes. Si h estconstant, la largeur l va en décroissant.Toutefois, le volume de vapeur augmente à cause de la détenteIl faudra donc accroître h au fur et à mesure de la détente.

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Réalisé par : M. SILINI 31

b – Dans les aubages fixes

Les aubes étant immobiles, u = 0 et seule w est à considérer. On aura donc v = w

2 – 4. Formes des canaux mobiles

Dans les canaux mobiles, il n’y a aucune détente. La quantité de vapeur passant dans les canaux d’uneroue est constante, donc la vitesse de circulation (w) dans le canal est constante

w = Q/S = Cte. La section de passage est donc constante.Si h = Cte l = CteOù

h : hauteur du canall : largeur

On néglige les forces de frottements.

2 – 5. Formes des canaux Fixes

1 - avec détenteEn raison de la faible détente, les canaux sont des tuyères convergentes. Si h estconstant, la largeur l va en décroissant.Toutefois, le volume de vapeur augmente à cause de la détenteIl faudra donc accroître h au fur et à mesure de la détente.

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Réalisé par : M. SILINI 32

2) - sans détenteLa vitesse reste constante puisqu’aucune détente n’a lieu.Les aubes sont construites comme celle des roues. Ce sont de simples redresseursdestinés à changer la direction et non l’intensité de la vitesse.

3 – Turbine de Laval

La vapeur venant de la de la chaudière à la pression p1, se détend complètement et adiabatiquementdans la tuyère et passe à la pression du condenseur p2.

A cause du grand écart de pression, les tuyères sont en général convergentes divergentes.La vapeur en se détendant perd sa chaleur et augmente sa vitesse.Le jet de vapeur, rencontrant les aubes en arc de cercle, s’infléchit sur leur courbure, et par son

impulsion tangentielle imprime à la roue et à son arbre une rotation motrice.

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 32

2) - sans détenteLa vitesse reste constante puisqu’aucune détente n’a lieu.Les aubes sont construites comme celle des roues. Ce sont de simples redresseursdestinés à changer la direction et non l’intensité de la vitesse.

3 – Turbine de Laval

La vapeur venant de la de la chaudière à la pression p1, se détend complètement et adiabatiquementdans la tuyère et passe à la pression du condenseur p2.

A cause du grand écart de pression, les tuyères sont en général convergentes divergentes.La vapeur en se détendant perd sa chaleur et augmente sa vitesse.Le jet de vapeur, rencontrant les aubes en arc de cercle, s’infléchit sur leur courbure, et par son

impulsion tangentielle imprime à la roue et à son arbre une rotation motrice.

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Réalisé par : M. SILINI 32

2) - sans détenteLa vitesse reste constante puisqu’aucune détente n’a lieu.Les aubes sont construites comme celle des roues. Ce sont de simples redresseursdestinés à changer la direction et non l’intensité de la vitesse.

3 – Turbine de Laval

La vapeur venant de la de la chaudière à la pression p1, se détend complètement et adiabatiquementdans la tuyère et passe à la pression du condenseur p2.

A cause du grand écart de pression, les tuyères sont en général convergentes divergentes.La vapeur en se détendant perd sa chaleur et augmente sa vitesse.Le jet de vapeur, rencontrant les aubes en arc de cercle, s’infléchit sur leur courbure, et par son

impulsion tangentielle imprime à la roue et à son arbre une rotation motrice.

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SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 33

Remarques :1 – Le disque de la roue est muni de quatre ouvertures circulaires en vue d’alléger la roue. (Notons

que les pressions de chaque côté sont égales.)2 – La tuyère ne peut être tangente au plan de la roue pour des raisons de construction

L’angle est de 17 à 20°.3 – Ce dessin ne représente qu’une seule tuyère, mais on pourrait avoir plusieurs, ou mieux encore

en disposer un grand nombre sur une partie de la circonférence (injection partielle) ou sur latotalité (injection totale).

3 – 2. Diagrammes des pressions et des vitesses

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 33

Remarques :1 – Le disque de la roue est muni de quatre ouvertures circulaires en vue d’alléger la roue. (Notons

que les pressions de chaque côté sont égales.)2 – La tuyère ne peut être tangente au plan de la roue pour des raisons de construction

L’angle est de 17 à 20°.3 – Ce dessin ne représente qu’une seule tuyère, mais on pourrait avoir plusieurs, ou mieux encore

en disposer un grand nombre sur une partie de la circonférence (injection partielle) ou sur latotalité (injection totale).

3 – 2. Diagrammes des pressions et des vitesses

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 33

Remarques :1 – Le disque de la roue est muni de quatre ouvertures circulaires en vue d’alléger la roue. (Notons

que les pressions de chaque côté sont égales.)2 – La tuyère ne peut être tangente au plan de la roue pour des raisons de construction

L’angle est de 17 à 20°.3 – Ce dessin ne représente qu’une seule tuyère, mais on pourrait avoir plusieurs, ou mieux encore

en disposer un grand nombre sur une partie de la circonférence (injection partielle) ou sur latotalité (injection totale).

3 – 2. Diagrammes des pressions et des vitesses

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Réalisé par : M. SILINI 34

La vapeur, avant d’entrer dans la tuyère, est à la pression P1 et contient Q1 kcal (diagramme deMollier).

A la sortie de la tuyère, après la détente adiabatique, elle contient Q2 kcal. La chute de pression estl’arc d’hyperbole AB du diagramme. Quant à la vitesse, supposée nulle à l’entrée de la tuyère, v1 = 0, elleaugmente suivant la courbe DE et vaut à la sortie :

v2 = 215,91 QQ

Dans la roue, la pression reste constante et est égale à la pression du condenseur P2 (horizontale BC).Quant à la vitesse, de par la courbure des aubes de la roue, elle diminue et sort de la roue avec une

vitesse v3 avec laquelle elle se dirige vers le condenseur (courbe EF).

3 – 3. Travail communiqué à la roue

2VP

Q4180W2

VPQ4180

233

3

222

2

CommeQ2 (entrée de la roue) = Q3 (sortie de la roue)et P2 = P3

On aura :

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 34

La vapeur, avant d’entrer dans la tuyère, est à la pression P1 et contient Q1 kcal (diagramme deMollier).

A la sortie de la tuyère, après la détente adiabatique, elle contient Q2 kcal. La chute de pression estl’arc d’hyperbole AB du diagramme. Quant à la vitesse, supposée nulle à l’entrée de la tuyère, v1 = 0, elleaugmente suivant la courbe DE et vaut à la sortie :

v2 = 215,91 QQ

Dans la roue, la pression reste constante et est égale à la pression du condenseur P2 (horizontale BC).Quant à la vitesse, de par la courbure des aubes de la roue, elle diminue et sort de la roue avec une

vitesse v3 avec laquelle elle se dirige vers le condenseur (courbe EF).

3 – 3. Travail communiqué à la roue

2VP

Q4180W2

VPQ4180

233

3

222

2

CommeQ2 (entrée de la roue) = Q3 (sortie de la roue)et P2 = P3

On aura :

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Réalisé par : M. SILINI 34

La vapeur, avant d’entrer dans la tuyère, est à la pression P1 et contient Q1 kcal (diagramme deMollier).

A la sortie de la tuyère, après la détente adiabatique, elle contient Q2 kcal. La chute de pression estl’arc d’hyperbole AB du diagramme. Quant à la vitesse, supposée nulle à l’entrée de la tuyère, v1 = 0, elleaugmente suivant la courbe DE et vaut à la sortie :

v2 = 215,91 QQ

Dans la roue, la pression reste constante et est égale à la pression du condenseur P2 (horizontale BC).Quant à la vitesse, de par la courbure des aubes de la roue, elle diminue et sort de la roue avec une

vitesse v3 avec laquelle elle se dirige vers le condenseur (courbe EF).

3 – 3. Travail communiqué à la roue

2VP

Q4180W2

VPQ4180

233

3

222

2

CommeQ2 (entrée de la roue) = Q3 (sortie de la roue)et P2 = P3

On aura :

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Réalisé par : M. SILINI 35

)(21 2

32

2 VVW en J/kg de vapeur et ce, pour une machine parfaite.

Tracé des aubes de la roue

Données: α = 17° à 20° (α: inclinaison de la tuyère)

v2 = 215,91 QQ (v2: vitesse absolue d'entrée)

u =60DN (u: vitesse circonférentielle)

3 – 4. Forme des canaux

Tuyère : convergente-divergente (en raison de la longue détente).Canaux mobiles : section constante

● A l’entréeVitesse absolue : V2Vitesse d’entraînement : uVitesse relative : w (obtenue par le parallélogramme des vitesses).

Pour éviter le choc à l’entrée, l’aube doit être tangente à la vitesse relative w.Il y a choc à l’entrée si :

a) on modifie la vitesse de rotation u.b) on modifie la pression aux tuyères car on modifie V2.

● A la sortieW est constant Wen A = Wen BEn outre, A et B ont même vitesse tangentielle u, donc u en A = u en B

3 – 5. Rendement maximal

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 35

)(21 2

32

2 VVW en J/kg de vapeur et ce, pour une machine parfaite.

Tracé des aubes de la roue

Données: α = 17° à 20° (α: inclinaison de la tuyère)

v2 = 215,91 QQ (v2: vitesse absolue d'entrée)

u =60DN (u: vitesse circonférentielle)

3 – 4. Forme des canaux

Tuyère : convergente-divergente (en raison de la longue détente).Canaux mobiles : section constante

● A l’entréeVitesse absolue : V2Vitesse d’entraînement : uVitesse relative : w (obtenue par le parallélogramme des vitesses).

Pour éviter le choc à l’entrée, l’aube doit être tangente à la vitesse relative w.Il y a choc à l’entrée si :

a) on modifie la vitesse de rotation u.b) on modifie la pression aux tuyères car on modifie V2.

● A la sortieW est constant Wen A = Wen BEn outre, A et B ont même vitesse tangentielle u, donc u en A = u en B

3 – 5. Rendement maximal

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Réalisé par : M. SILINI 35

)(21 2

32

2 VVW en J/kg de vapeur et ce, pour une machine parfaite.

Tracé des aubes de la roue

Données: α = 17° à 20° (α: inclinaison de la tuyère)

v2 = 215,91 QQ (v2: vitesse absolue d'entrée)

u =60DN (u: vitesse circonférentielle)

3 – 4. Forme des canaux

Tuyère : convergente-divergente (en raison de la longue détente).Canaux mobiles : section constante

● A l’entréeVitesse absolue : V2Vitesse d’entraînement : uVitesse relative : w (obtenue par le parallélogramme des vitesses).

Pour éviter le choc à l’entrée, l’aube doit être tangente à la vitesse relative w.Il y a choc à l’entrée si :

a) on modifie la vitesse de rotation u.b) on modifie la pression aux tuyères car on modifie V2.

● A la sortieW est constant Wen A = Wen BEn outre, A et B ont même vitesse tangentielle u, donc u en A = u en B

3 – 5. Rendement maximal

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SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 36

D’après la relation du rendement

)(21 2

32

2 VVW

W est maximum quand V3 est minimal.La figure montre que V3 est minimal quand il est perpendiculaire à la roue.Calculons u pour que V3 soit minimal.Les triangles hachurés sont égaux.D’où CE = u et dans le triangle ACD

AC = AD cos AC = 2u ; AD = V2

D’où :2

cos2 Vu mais cos17° ≈ 1

Soit :2

2Vu

3 – 6. Inconvénient de la turbine de Laval

Comme V2 est de l’ordre de 1500 m/s la vitesse d’entraînement donnant max sera u = 750 m/s.Cette haute vitesse tangentielle conduit :

- soit à des roues de trop grands diamètres (5m)- soit à des vitesses de rotation excessives (20 000 tr/min).

En outre, une telle vitesse tangentielle conduit à des tensions inadmissibles dans les disques et dans lesaubes.

Les turbines de Curtiss et de Rateau apportent un correctif à cet inconvénient.

Application numérique :

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Réalisé par : M. SILINI 36

D’après la relation du rendement

)(21 2

32

2 VVW

W est maximum quand V3 est minimal.La figure montre que V3 est minimal quand il est perpendiculaire à la roue.Calculons u pour que V3 soit minimal.Les triangles hachurés sont égaux.D’où CE = u et dans le triangle ACD

AC = AD cos AC = 2u ; AD = V2

D’où :2

cos2 Vu mais cos17° ≈ 1

Soit :2

2Vu

3 – 6. Inconvénient de la turbine de Laval

Comme V2 est de l’ordre de 1500 m/s la vitesse d’entraînement donnant max sera u = 750 m/s.Cette haute vitesse tangentielle conduit :

- soit à des roues de trop grands diamètres (5m)- soit à des vitesses de rotation excessives (20 000 tr/min).

En outre, une telle vitesse tangentielle conduit à des tensions inadmissibles dans les disques et dans lesaubes.

Les turbines de Curtiss et de Rateau apportent un correctif à cet inconvénient.

Application numérique :

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 36

D’après la relation du rendement

)(21 2

32

2 VVW

W est maximum quand V3 est minimal.La figure montre que V3 est minimal quand il est perpendiculaire à la roue.Calculons u pour que V3 soit minimal.Les triangles hachurés sont égaux.D’où CE = u et dans le triangle ACD

AC = AD cos AC = 2u ; AD = V2

D’où :2

cos2 Vu mais cos17° ≈ 1

Soit :2

2Vu

3 – 6. Inconvénient de la turbine de Laval

Comme V2 est de l’ordre de 1500 m/s la vitesse d’entraînement donnant max sera u = 750 m/s.Cette haute vitesse tangentielle conduit :

- soit à des roues de trop grands diamètres (5m)- soit à des vitesses de rotation excessives (20 000 tr/min).

En outre, une telle vitesse tangentielle conduit à des tensions inadmissibles dans les disques et dans lesaubes.

Les turbines de Curtiss et de Rateau apportent un correctif à cet inconvénient.

Application numérique :

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Réalisé par : M. SILINI 37

Vapeur : Entrée 30 N/cm2 et 0,2 kg/sSortie 10 N/cm2

Diamètre: 1,25 mLargeur des aubes: 30 mmPas des aubes: 20 mmInclinaison de la tuyère: α = 20°

Tracé de l'aube (intrados: face intérieure)

v2 = 215,91 QQ = 6106505,91 = 580m/s

2cos2 Vu

220cos580

= 275 m/s

D'où

N =Du60

=

25,1.14,3275.60 = 4200 tr/min

D'où le tracé du parallélogramme des vitesses et déduction du centre de courbure O (sur l'axe de

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Réalisé par : M. SILINI 37

Vapeur : Entrée 30 N/cm2 et 0,2 kg/sSortie 10 N/cm2

Diamètre: 1,25 mLargeur des aubes: 30 mmPas des aubes: 20 mmInclinaison de la tuyère: α = 20°

Tracé de l'aube (intrados: face intérieure)

v2 = 215,91 QQ = 6106505,91 = 580m/s

2cos2 Vu

220cos580

= 275 m/s

D'où

N =Du60

=

25,1.14,3275.60 = 4200 tr/min

D'où le tracé du parallélogramme des vitesses et déduction du centre de courbure O (sur l'axe de

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Réalisé par : M. SILINI 37

Vapeur : Entrée 30 N/cm2 et 0,2 kg/sSortie 10 N/cm2

Diamètre: 1,25 mLargeur des aubes: 30 mmPas des aubes: 20 mmInclinaison de la tuyère: α = 20°

Tracé de l'aube (intrados: face intérieure)

v2 = 215,91 QQ = 6106505,91 = 580m/s

2cos2 Vu

220cos580

= 275 m/s

D'où

N =Du60

=

25,1.14,3275.60 = 4200 tr/min

D'où le tracé du parallélogramme des vitesses et déduction du centre de courbure O (sur l'axe de

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Réalisé par : M. SILINI 38

symétrie et sur la a W en A).Les autres centres O', O" …s'obtiennent en portant OO' = O'O" = ... = le pas.Le tracé du parallélogramme des vitesses à la sortie B montre que la vitesse absolue de sortie V3 estperpendiculaire à la roue (minimale).L'extrados (face extérieure) de l'aube s'obtient en portant des longueurs a égales pour avoir un canalde section

constante.

Puissance

)(21 2

32

2 VVW )200580(21 22 = 148200 j/kg

P = 148200.0,2 = 29640 w = 29,64 kw

4 – Turbine à action à chute de vitesse (Curtiss)

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Réalisé par : M. SILINI 39

4 – 1. Principe

Le défaut des turbines de Laval est l’obligation de conférer une très grande vitesse d’entraînementpour obtenir un bon rendement.

Deux procédés sont utilisés pour remédier à cet inconvénient- soit le fractionnement de la vitesse- soit le fractionnement de la pression.

4 – 2. Fractionnement de la vitesse (procédé Curtiss)

Dans la turbine à chute de vitesse, la détente s’effectue encore entièrement dans la tuyère, mais au lieud’utiliser toute la vitesse dans une seule roue, on la fait tomber sur un certain nombre de roues placées ensérie, et chacune des roues utilise une fraction de la vitesse générée par la tuyère.

Entre les roues, on place bien entendu des aubes directrices fixes laissant des passages d’égale sectionmodifiant la direction de la vapeur de façon à ce qu’elle se présente sans choc à l’entrée de la roue suivante.

Avantage

Puisqu’on n’utilise, dans chaque roue, qu’une fraction de la vitesse générée à la tuyère, la vitessed’entraînement sera moitié de cette fraction de vitesse pour pouvoir travailler au rendement maximal. Ils’ensuit que la vitesse d’entraînement est fortement diminuée par rapport à celle exigée par la turbine deLaval et les aubes ne sont plus soumises à de grandes forces centrifuges dangereuses pour la résistance desmétaux.

4 – 3. Diagramme des pressions et des vitesses

Dans la tuyère, il y a détente complète de la vapeur, la vitesse générée passe de V1 (supposée nulle) àV2 avec :

212 5,91 QQV

Le diagramme traduit ces évolutions.Remarquons que P2 reste constante dans tous les étages.Comme il y a 3 roues, on fractionne V2 en trois valeurs égales.Dans la première roue, la pression est P2 et la vitesse passe de V2 à V3 telle que :

32

32VVV

Dans le premier distributeur, la pression est encore P2 et la vitesse reste V3. La vitesse de la vapeurchange simplement de direction, mais pas d’intensité (les frottements sont supposés nuls).

La seconde roue reçoit la vapeur du premier distributeur avec une direction convenable évitant leschocs. La deuxième roue utilise à son tour le tiers de la vitesse. La vapeur, après avoir évolué dans ladeuxième roue, passe dans le second distributeur et dans la troisième roue, d’où elle sort avec une vitessepratiquement nulle, et se rend au condenseur.

La vitesse d’entraînement donnant un rendement maximal est égale à la moitié de la vitesse utiliséedans les roues.

Page 41: Turbines à Vapeur New

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Réalisé par : M. SILINI 40

Donc, dans ce cas, la vitesse d’entraînement est égale au sixième de la vitesse générée dans latuyère, et, dans le cas général :

nVu2

n étant le nombre de roues

4 – 4. Formes des canaux

a) Tuyère : convergente-divergente ou simplement convergente suivant la détenteeffectuée.

b) Canaux distributeurs (fixes) : puisqu’aucune détente n’est opérée dans cescanaux, la section de passage sera constante. Ce sont de simples redresseursdestinés à changer la direction de la vitesse.

c) Canaux mobiles : Comme il n’y a aucune détente, la section de passage est constante.

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Réalisé par : M. SILINI 40

Donc, dans ce cas, la vitesse d’entraînement est égale au sixième de la vitesse générée dans latuyère, et, dans le cas général :

nVu2

n étant le nombre de roues

4 – 4. Formes des canaux

a) Tuyère : convergente-divergente ou simplement convergente suivant la détenteeffectuée.

b) Canaux distributeurs (fixes) : puisqu’aucune détente n’est opérée dans cescanaux, la section de passage sera constante. Ce sont de simples redresseursdestinés à changer la direction de la vitesse.

c) Canaux mobiles : Comme il n’y a aucune détente, la section de passage est constante.

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Réalisé par : M. SILINI 40

Donc, dans ce cas, la vitesse d’entraînement est égale au sixième de la vitesse générée dans latuyère, et, dans le cas général :

nVu2

n étant le nombre de roues

4 – 4. Formes des canaux

a) Tuyère : convergente-divergente ou simplement convergente suivant la détenteeffectuée.

b) Canaux distributeurs (fixes) : puisqu’aucune détente n’est opérée dans cescanaux, la section de passage sera constante. Ce sont de simples redresseursdestinés à changer la direction de la vitesse.

c) Canaux mobiles : Comme il n’y a aucune détente, la section de passage est constante.

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Réalisé par : M. SILINI 41

4 – 5. Inconvénient de la turbine à chute de vitesse

Calculons le travail développé par la vapeur sur chacune des roues :

Roue 1 : ))((2

)(2 3232

23

221 VVVVmVVmW

Roue 2 : ))((2

)(2 4343

24

232 VVVVmVVmW

Roue 3 : ))((2

)(2 5454

25

243 VVVVmVVmW

Les facteurs (V2 – V3), (V3 – V4) et (V4 – V5) sont égaux et valent3V ; mais les facteurs (V2 + V3),

(V3 + V4) et (V4 + V5) ne sont pas égaux et sont décroissants suivant une progression arithmétique de raison

proportionnelle à3

2V .

Par conséquent, chaque roue utilise une même fraction de la vitesse, mais ne produit pas le mêmetravail.

4 – 6. Nombre de roues généralement utilisées

On n’a pas intérêt à adopter de grands nombres de roues, car le rendement tombe rapidement.Les turbines à chute de vitesse se rencontrent le plus souvent avec deux roues, et s’appellent dans ce

cas roues Curtiss.La roue Curtiss ne comporte en réalité qu’un seul disque dont la jante porte deux couronnes d’aubes

mobiles. Elle n’est pas souvent employée seule et se combine souvent avec une turbine à chute de pressionlui faisant suite.

Son efficacité réside dans le fait qu’elle absorbe la plus grande partie de la chute de pression.

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Réalisé par : M. SILINI 41

4 – 5. Inconvénient de la turbine à chute de vitesse

Calculons le travail développé par la vapeur sur chacune des roues :

Roue 1 : ))((2

)(2 3232

23

221 VVVVmVVmW

Roue 2 : ))((2

)(2 4343

24

232 VVVVmVVmW

Roue 3 : ))((2

)(2 5454

25

243 VVVVmVVmW

Les facteurs (V2 – V3), (V3 – V4) et (V4 – V5) sont égaux et valent3V ; mais les facteurs (V2 + V3),

(V3 + V4) et (V4 + V5) ne sont pas égaux et sont décroissants suivant une progression arithmétique de raison

proportionnelle à3

2V .

Par conséquent, chaque roue utilise une même fraction de la vitesse, mais ne produit pas le mêmetravail.

4 – 6. Nombre de roues généralement utilisées

On n’a pas intérêt à adopter de grands nombres de roues, car le rendement tombe rapidement.Les turbines à chute de vitesse se rencontrent le plus souvent avec deux roues, et s’appellent dans ce

cas roues Curtiss.La roue Curtiss ne comporte en réalité qu’un seul disque dont la jante porte deux couronnes d’aubes

mobiles. Elle n’est pas souvent employée seule et se combine souvent avec une turbine à chute de pressionlui faisant suite.

Son efficacité réside dans le fait qu’elle absorbe la plus grande partie de la chute de pression.

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4 – 5. Inconvénient de la turbine à chute de vitesse

Calculons le travail développé par la vapeur sur chacune des roues :

Roue 1 : ))((2

)(2 3232

23

221 VVVVmVVmW

Roue 2 : ))((2

)(2 4343

24

232 VVVVmVVmW

Roue 3 : ))((2

)(2 5454

25

243 VVVVmVVmW

Les facteurs (V2 – V3), (V3 – V4) et (V4 – V5) sont égaux et valent3V ; mais les facteurs (V2 + V3),

(V3 + V4) et (V4 + V5) ne sont pas égaux et sont décroissants suivant une progression arithmétique de raison

proportionnelle à3

2V .

Par conséquent, chaque roue utilise une même fraction de la vitesse, mais ne produit pas le mêmetravail.

4 – 6. Nombre de roues généralement utilisées

On n’a pas intérêt à adopter de grands nombres de roues, car le rendement tombe rapidement.Les turbines à chute de vitesse se rencontrent le plus souvent avec deux roues, et s’appellent dans ce

cas roues Curtiss.La roue Curtiss ne comporte en réalité qu’un seul disque dont la jante porte deux couronnes d’aubes

mobiles. Elle n’est pas souvent employée seule et se combine souvent avec une turbine à chute de pressionlui faisant suite.

Son efficacité réside dans le fait qu’elle absorbe la plus grande partie de la chute de pression.

Page 43: Turbines à Vapeur New

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 42

Tracé des aubes

Soit une roue à deux chutes de vitesse (Curtiss).

∙ Roue 1:

Entrée A: On connaît V1 et4

Vu 1 d'où W

.L'aube est tg à W et est symétrique d'où le centre O1.

Sortie B: On connaît W, tg à l'aube en B, et u d'où V2.

∙ Directrice:

Entrée B: l'aube est tg à la vitesse V2 (pour entrer sans choc dans le distributeur).Sortie C: l'aube est symétrique; d'où V2.

∙ Roue 2: comme pour la roue 1.

D'où la loi:A l'entrée, les aubes sont tangentes:

a) à la vitesse relative pour les aubes mobiles;b) à la vitesse absolue pour les aubes fixes.

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Réalisé par : M. SILINI 42

Tracé des aubes

Soit une roue à deux chutes de vitesse (Curtiss).

∙ Roue 1:

Entrée A: On connaît V1 et4

Vu 1 d'où W

.L'aube est tg à W et est symétrique d'où le centre O1.

Sortie B: On connaît W, tg à l'aube en B, et u d'où V2.

∙ Directrice:

Entrée B: l'aube est tg à la vitesse V2 (pour entrer sans choc dans le distributeur).Sortie C: l'aube est symétrique; d'où V2.

∙ Roue 2: comme pour la roue 1.

D'où la loi:A l'entrée, les aubes sont tangentes:

a) à la vitesse relative pour les aubes mobiles;b) à la vitesse absolue pour les aubes fixes.

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Réalisé par : M. SILINI 42

Tracé des aubes

Soit une roue à deux chutes de vitesse (Curtiss).

∙ Roue 1:

Entrée A: On connaît V1 et4

Vu 1 d'où W

.L'aube est tg à W et est symétrique d'où le centre O1.

Sortie B: On connaît W, tg à l'aube en B, et u d'où V2.

∙ Directrice:

Entrée B: l'aube est tg à la vitesse V2 (pour entrer sans choc dans le distributeur).Sortie C: l'aube est symétrique; d'où V2.

∙ Roue 2: comme pour la roue 1.

D'où la loi:A l'entrée, les aubes sont tangentes:

a) à la vitesse relative pour les aubes mobiles;b) à la vitesse absolue pour les aubes fixes.

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Réalisé par : M. SILINI 43

Application numérique :

DonnéesTurbine à vapeur à action type Curtiss.Entrée: 400 N/cm2 ; 450°CSortie: 200 N/cm2

Déterminer les caractéristiquesDessiner les aubes si la largeur est 24 mm et le pas est 40 mm

Le diagramme de Mollier donne:Entrée: 795 kcalSortie: 747kcal

∙ Tuyère

Vitesse de sortie

7477955,91V1 = 632 m/s

∙ Roue 1:

Vitesse d'entraînement

4V

u 14

632 = 158 m/s

Vitesse relative (voir dessin ci-dessous)W = 470 m/s

L'aube est tangente à W: son centre est O1. On porte des distances a égales entre elles en vue de créerun passage d'égale section.

D'où l'extrados (face extérieure) de l'aube.

A la sortie de l'aube les vitesses sontu = 158 m/s , w = 470 m/s et V2 = 340 m/s

∙ Distributeur 1

L'aube doit être tangente à V2 : d'où son centre en O.En portant des distances b égales entre elles, on détermine l'extrados des aubes fixes.Ainsi de suite pour la roue 2.

Page 45: Turbines à Vapeur New

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 44

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 44

SH/IAP SKIKDA TURBINES A VAPEEUR

Réalisé par : M. SILINI 44

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Réalisé par : M. SILINI 45

5 – Turbine à action à chute de pression (Rateau)

5 – 1. Principe

Au lieu de provoquer la détente complète de la vapeur dans la première tuyère fixe, on fractionne lachute de pression. Les détentes successives auront lieu dans les divers aubages fixes. Chaque détente donnelieu à une vitesse réduite qui est utilisée sur la roue mobile suivante. Cette turbine est une succession deturbines de Laval placées en série.

5 – 2. Particularité

Afin d’obtenir des travaux égaux sur toutes les roues, les vitesses utilisées sur chacune d’elles doiventêtre égales. Or, l’égalité des vitesses implique une égalité des chutes calorifiques puisque :

V = Q5,91

Il faut donc fractionner en parties égales la chute calorifique et non la chute de pression. Les diversespressions intermédiaires s’obtiennent par le diagramme de Mollier.

La figure ci-dessous donne le processus de détermination

On divise Q1 - Q4 par le nombre de chutes désirées (trois dans notre cas), ou bien on divise AB entrois parties, les points de division C et D se trouvent sur les courbes de pression correspondant auxpressions de sortie des diverses tuyères intermédiaires.

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Réalisé par : M. SILINI 45

5 – Turbine à action à chute de pression (Rateau)

5 – 1. Principe

Au lieu de provoquer la détente complète de la vapeur dans la première tuyère fixe, on fractionne lachute de pression. Les détentes successives auront lieu dans les divers aubages fixes. Chaque détente donnelieu à une vitesse réduite qui est utilisée sur la roue mobile suivante. Cette turbine est une succession deturbines de Laval placées en série.

5 – 2. Particularité

Afin d’obtenir des travaux égaux sur toutes les roues, les vitesses utilisées sur chacune d’elles doiventêtre égales. Or, l’égalité des vitesses implique une égalité des chutes calorifiques puisque :

V = Q5,91

Il faut donc fractionner en parties égales la chute calorifique et non la chute de pression. Les diversespressions intermédiaires s’obtiennent par le diagramme de Mollier.

La figure ci-dessous donne le processus de détermination

On divise Q1 - Q4 par le nombre de chutes désirées (trois dans notre cas), ou bien on divise AB entrois parties, les points de division C et D se trouvent sur les courbes de pression correspondant auxpressions de sortie des diverses tuyères intermédiaires.

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Réalisé par : M. SILINI 45

5 – Turbine à action à chute de pression (Rateau)

5 – 1. Principe

Au lieu de provoquer la détente complète de la vapeur dans la première tuyère fixe, on fractionne lachute de pression. Les détentes successives auront lieu dans les divers aubages fixes. Chaque détente donnelieu à une vitesse réduite qui est utilisée sur la roue mobile suivante. Cette turbine est une succession deturbines de Laval placées en série.

5 – 2. Particularité

Afin d’obtenir des travaux égaux sur toutes les roues, les vitesses utilisées sur chacune d’elles doiventêtre égales. Or, l’égalité des vitesses implique une égalité des chutes calorifiques puisque :

V = Q5,91

Il faut donc fractionner en parties égales la chute calorifique et non la chute de pression. Les diversespressions intermédiaires s’obtiennent par le diagramme de Mollier.

La figure ci-dessous donne le processus de détermination

On divise Q1 - Q4 par le nombre de chutes désirées (trois dans notre cas), ou bien on divise AB entrois parties, les points de division C et D se trouvent sur les courbes de pression correspondant auxpressions de sortie des diverses tuyères intermédiaires.

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Réalisé par : M. SILINI 46

5 – 3. Fonctionnement

Soit une turbine à trois chutes de pression.La pression d’entrée est P1 et la pression de sortie P4. Le diagramme de Mollier a fixé les pressions

intermédiaires P2 et P3.Dans la première tuyère on provoque une chute de pression de P1 à P2. Il s’ensuit une élévation de la

vitesse de 0 à V telle que :V = 215,91 QQ

La première roue utilise entièrement la vitesse V, la pression P2 restant constante.Dans la seconde tuyère, on provoque la chute de pression de P2 à P3. Il s’ensuivra une élévation de la

vitesse de 0 à V telle que :V = 325,91 QQ

Vu que les chutes calorifiques sont égales V générée dans la seconde tuyère est égale à celle généréedans la première tuyère.

La seconde roue utilisera entièrement la vitesse V et la pression P3 restera constante.Le même phénomène se reproduira autant de fois qu’il y a de roues.

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Réalisé par : M. SILINI 46

5 – 3. Fonctionnement

Soit une turbine à trois chutes de pression.La pression d’entrée est P1 et la pression de sortie P4. Le diagramme de Mollier a fixé les pressions

intermédiaires P2 et P3.Dans la première tuyère on provoque une chute de pression de P1 à P2. Il s’ensuit une élévation de la

vitesse de 0 à V telle que :V = 215,91 QQ

La première roue utilise entièrement la vitesse V, la pression P2 restant constante.Dans la seconde tuyère, on provoque la chute de pression de P2 à P3. Il s’ensuivra une élévation de la

vitesse de 0 à V telle que :V = 325,91 QQ

Vu que les chutes calorifiques sont égales V générée dans la seconde tuyère est égale à celle généréedans la première tuyère.

La seconde roue utilisera entièrement la vitesse V et la pression P3 restera constante.Le même phénomène se reproduira autant de fois qu’il y a de roues.

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Réalisé par : M. SILINI 46

5 – 3. Fonctionnement

Soit une turbine à trois chutes de pression.La pression d’entrée est P1 et la pression de sortie P4. Le diagramme de Mollier a fixé les pressions

intermédiaires P2 et P3.Dans la première tuyère on provoque une chute de pression de P1 à P2. Il s’ensuit une élévation de la

vitesse de 0 à V telle que :V = 215,91 QQ

La première roue utilise entièrement la vitesse V, la pression P2 restant constante.Dans la seconde tuyère, on provoque la chute de pression de P2 à P3. Il s’ensuivra une élévation de la

vitesse de 0 à V telle que :V = 325,91 QQ

Vu que les chutes calorifiques sont égales V générée dans la seconde tuyère est égale à celle généréedans la première tuyère.

La seconde roue utilisera entièrement la vitesse V et la pression P3 restera constante.Le même phénomène se reproduira autant de fois qu’il y a de roues.

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Réalisé par : M. SILINI 47

5 – 4. Travail sur chaque roue

Etant donné qu’on épuise entièrement la force vive de la vapeur dans la roue, on écrira : W2

2mv

Si : m = 1kg W2

2v C’est donc le travail par kg de vapeur.

Et comme : )(41802

'2

QQV

On aurait pu écrire : W 4180 Q

Il s’agit bien entendu du travail théorique (pertes et vitesse de sortie des roues supposées nulles).

5 – 5. Formes des canaux

a) Tuyère d’entrée : En raison du fractionnement important de la détente, les tuyèresd’entrées sont en général convergentes.

b) Tuyères intermédiaires (T2 , T3,…) : Toujours en raison du fractionnement important de ladétente, ces tuyères intermédiaires, dans lesquelles s’opèrent desdétentes, sont convergentes.

c) Canaux mobiles (R1, R2,…) : Comme il n’y a aucune détente, la section de passage estconstante.

5 – 6. Réduction de la vitesse d’entraînement

Avec une turbine à une seule roue, pour une chute calorifique totale de Q calories, la vitessed’entraînement vaut :

Qu 5,9121

Avec une turbine à n chutes de pression, pour une chute calorifique totale de Q calories, la vitessed’entraînement devient

nQu

5,9121'

Le rapportnu

u 1'

, montre que la vitesse d’entraînement est réduite proportionnellement à la

racine carrée du nombre de roues mobiles.

Tracé des aubes

∙ Roue 1:

V = vitesse absolue de sortie des tuyères.

U = vitesse d'entraînement =2

V

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Réalisé par : M. SILINI 48

W = vitesse relativeL'aube de la roue R1 est tg à W et est une aube symétrique.On en déduit la vitesse absolue de sortie V' par le parallélogramme des vitesses.

∙ Distributeur 1:

On lui donne une forme telle que V' tangentiellement à l'entrée, que la chute de pression se produiseet que la vitesse absolue à sa sortie V" soit dirigée suivant α = 17°

∙ Roue 2:

Même processus que pour la roue 1

Application numérique :

Données : Turbine à vapeur à 4 chutes de pression.Entrée : 200 N/cm2 ; 350°CSortie : 1 N/cm2

Déterminer :a) les pressions intermédiairesb) dessiner le diagramme des P et des Vc) la vitesse d’entraînement

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Réalisé par : M. SILINI 48

W = vitesse relativeL'aube de la roue R1 est tg à W et est une aube symétrique.On en déduit la vitesse absolue de sortie V' par le parallélogramme des vitesses.

∙ Distributeur 1:

On lui donne une forme telle que V' tangentiellement à l'entrée, que la chute de pression se produiseet que la vitesse absolue à sa sortie V" soit dirigée suivant α = 17°

∙ Roue 2:

Même processus que pour la roue 1

Application numérique :

Données : Turbine à vapeur à 4 chutes de pression.Entrée : 200 N/cm2 ; 350°CSortie : 1 N/cm2

Déterminer :a) les pressions intermédiairesb) dessiner le diagramme des P et des Vc) la vitesse d’entraînement

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Réalisé par : M. SILINI 48

W = vitesse relativeL'aube de la roue R1 est tg à W et est une aube symétrique.On en déduit la vitesse absolue de sortie V' par le parallélogramme des vitesses.

∙ Distributeur 1:

On lui donne une forme telle que V' tangentiellement à l'entrée, que la chute de pression se produiseet que la vitesse absolue à sa sortie V" soit dirigée suivant α = 17°

∙ Roue 2:

Même processus que pour la roue 1

Application numérique :

Données : Turbine à vapeur à 4 chutes de pression.Entrée : 200 N/cm2 ; 350°CSortie : 1 N/cm2

Déterminer :a) les pressions intermédiairesb) dessiner le diagramme des P et des Vc) la vitesse d’entraînement

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Réalisé par : M. SILINI 49

d) la puissance effective, si le débit est de 50 kg/min et le rendement mécanique est de 85%Solution :

a) pressions intermédiaires :Mollier donne :

Q = 748 kcal et Q’ = 526 kcal

ΔQ = 222 kcal par chute : 5,554

222 kcal

D’où les pressions intermédiaires :75 – 23 – 5,5 N/cm2

b) diagramme des P et des V :V = 5,555,91 = 680 m/s

c) vitesse d’entraînement :

3402

6802

Vu M/s

d) Puissance effective :

W2

2V =2

6802

= 231 200 J/kg vapeur

Travail par minuteW = 231 200 x 50 = 11 560 000 J/min

Puissance théorique

P =60

11560000= 193000 w = 193 kw

Puissance effectiveP = 193 x 0.85 = 164 kw

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Réalisé par : M. SILINI 49

d) la puissance effective, si le débit est de 50 kg/min et le rendement mécanique est de 85%Solution :

a) pressions intermédiaires :Mollier donne :

Q = 748 kcal et Q’ = 526 kcal

ΔQ = 222 kcal par chute : 5,554

222 kcal

D’où les pressions intermédiaires :75 – 23 – 5,5 N/cm2

b) diagramme des P et des V :V = 5,555,91 = 680 m/s

c) vitesse d’entraînement :

3402

6802

Vu M/s

d) Puissance effective :

W2

2V =2

6802

= 231 200 J/kg vapeur

Travail par minuteW = 231 200 x 50 = 11 560 000 J/min

Puissance théorique

P =60

11560000= 193000 w = 193 kw

Puissance effectiveP = 193 x 0.85 = 164 kw

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Réalisé par : M. SILINI 49

d) la puissance effective, si le débit est de 50 kg/min et le rendement mécanique est de 85%Solution :

a) pressions intermédiaires :Mollier donne :

Q = 748 kcal et Q’ = 526 kcal

ΔQ = 222 kcal par chute : 5,554

222 kcal

D’où les pressions intermédiaires :75 – 23 – 5,5 N/cm2

b) diagramme des P et des V :V = 5,555,91 = 680 m/s

c) vitesse d’entraînement :

3402

6802

Vu M/s

d) Puissance effective :

W2

2V =2

6802

= 231 200 J/kg vapeur

Travail par minuteW = 231 200 x 50 = 11 560 000 J/min

Puissance théorique

P =60

11560000= 193000 w = 193 kw

Puissance effectiveP = 193 x 0.85 = 164 kw

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Réalisé par : M. SILINI 50

6 – Turbine mixte à action

C’est une combinaison en série d’une turbine à chute de vitesse et d’une turbine à chute de pression.

a) On place en général une roue Curtiss (2 chutes de vitesses) utilisant une chute de pressionde P1 à P2 et générant une vitesse v’ qui est utilisée en deux chutes sur les roues mobiles.

b) On procède ensuite à une chute fractionnée de la pression dans n éléments Rateau à chutede pression.

Si les roues ont le même diamètre, il faut avoir2

'vv afin d’égaler les vitesses d’entraînement pour

obtenir le rendement maximal.

But de la roue Curtiss: faire tomber rapidement la vitesse pour diminuer le nombre de roues à lapartie Rateau.

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Réalisé par : M. SILINI 50

6 – Turbine mixte à action

C’est une combinaison en série d’une turbine à chute de vitesse et d’une turbine à chute de pression.

a) On place en général une roue Curtiss (2 chutes de vitesses) utilisant une chute de pressionde P1 à P2 et générant une vitesse v’ qui est utilisée en deux chutes sur les roues mobiles.

b) On procède ensuite à une chute fractionnée de la pression dans n éléments Rateau à chutede pression.

Si les roues ont le même diamètre, il faut avoir2

'vv afin d’égaler les vitesses d’entraînement pour

obtenir le rendement maximal.

But de la roue Curtiss: faire tomber rapidement la vitesse pour diminuer le nombre de roues à lapartie Rateau.

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Réalisé par : M. SILINI 50

6 – Turbine mixte à action

C’est une combinaison en série d’une turbine à chute de vitesse et d’une turbine à chute de pression.

a) On place en général une roue Curtiss (2 chutes de vitesses) utilisant une chute de pressionde P1 à P2 et générant une vitesse v’ qui est utilisée en deux chutes sur les roues mobiles.

b) On procède ensuite à une chute fractionnée de la pression dans n éléments Rateau à chutede pression.

Si les roues ont le même diamètre, il faut avoir2

'vv afin d’égaler les vitesses d’entraînement pour

obtenir le rendement maximal.

But de la roue Curtiss: faire tomber rapidement la vitesse pour diminuer le nombre de roues à lapartie Rateau.

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Réalisé par : M. SILINI 51

7 – Turbines à réaction Type Parsons

7 – 1. Principe

Une partie seulement de la détente s’effectue dans les tuyères avant l’entrée dans la roue. Le reste dela détente s’effectue pendant la traversée de la couronne d’aubes.

Autrement dit la détente s’effectue dans les canaux fixes et mobiles.

7 – 2. Conséquences de la turbine à réaction

a) Si nous considérons une roue de la turbine à réaction, nous constatons que P P’

Il en résulte une poussée axiale : A = P - P’ qui sera reprise par le palier butée.

b) D’autre part, comme P P’, la vapeur à tendance à passer par le jeu j en court-circuitantl’aube. Afin d’éviter cela, on réalise j très petit; mais cela nécessite des précautions dans lamise en marche (dilatations) : j = 0,4mm à froid, 0,2mm à chaud.

7 – 3. Degré de réaction (D)

C’est le rapport entre la chute calorifique dans les aubages mobiles et la chute calorifique totale.

D =totaleecalorifiquchutemobilesaubagesecalorifiquchute

Si D =21 cela veut dire que la chute calorifique dans roues = chute calorifique dans les aubages fixes.

7 – 4. Vitesse d’entraînement (u)

Pour avoir ηmax il faut avoir u = v

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7 – Turbines à réaction Type Parsons

7 – 1. Principe

Une partie seulement de la détente s’effectue dans les tuyères avant l’entrée dans la roue. Le reste dela détente s’effectue pendant la traversée de la couronne d’aubes.

Autrement dit la détente s’effectue dans les canaux fixes et mobiles.

7 – 2. Conséquences de la turbine à réaction

a) Si nous considérons une roue de la turbine à réaction, nous constatons que P P’

Il en résulte une poussée axiale : A = P - P’ qui sera reprise par le palier butée.

b) D’autre part, comme P P’, la vapeur à tendance à passer par le jeu j en court-circuitantl’aube. Afin d’éviter cela, on réalise j très petit; mais cela nécessite des précautions dans lamise en marche (dilatations) : j = 0,4mm à froid, 0,2mm à chaud.

7 – 3. Degré de réaction (D)

C’est le rapport entre la chute calorifique dans les aubages mobiles et la chute calorifique totale.

D =totaleecalorifiquchutemobilesaubagesecalorifiquchute

Si D =21 cela veut dire que la chute calorifique dans roues = chute calorifique dans les aubages fixes.

7 – 4. Vitesse d’entraînement (u)

Pour avoir ηmax il faut avoir u = v

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7 – Turbines à réaction Type Parsons

7 – 1. Principe

Une partie seulement de la détente s’effectue dans les tuyères avant l’entrée dans la roue. Le reste dela détente s’effectue pendant la traversée de la couronne d’aubes.

Autrement dit la détente s’effectue dans les canaux fixes et mobiles.

7 – 2. Conséquences de la turbine à réaction

a) Si nous considérons une roue de la turbine à réaction, nous constatons que P P’

Il en résulte une poussée axiale : A = P - P’ qui sera reprise par le palier butée.

b) D’autre part, comme P P’, la vapeur à tendance à passer par le jeu j en court-circuitantl’aube. Afin d’éviter cela, on réalise j très petit; mais cela nécessite des précautions dans lamise en marche (dilatations) : j = 0,4mm à froid, 0,2mm à chaud.

7 – 3. Degré de réaction (D)

C’est le rapport entre la chute calorifique dans les aubages mobiles et la chute calorifique totale.

D =totaleecalorifiquchutemobilesaubagesecalorifiquchute

Si D =21 cela veut dire que la chute calorifique dans roues = chute calorifique dans les aubages fixes.

7 – 4. Vitesse d’entraînement (u)

Pour avoir ηmax il faut avoir u = v

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Réalisé par : M. SILINI 52

La turbine à réaction devra donc tourner plus vite que la turbine à action (pour une même vitesseabsolue à la sortie des tuyères).

Mais pour diminuer le nombre de roues, qui est grand dans les turbines à réaction, on adopte engénéral une Vitesse d’entraînement u plus petite que la vitesse absolue v.

7 – 5. F ormes des canaux

Puisqu’il y a détente dans les aubes fixes et mobiles, ces canaux seront tous deux des tuyères.Elles seront en général convergentes à cause du fractionnement important de la détente.Toutefois, en hauteur, les canaux seront divergents pour tenir compte de l’augmentation du volume

due à la détente. De plus les aubes ne seront plus symétriques.

7 – 6. Fonctionnement

Les chutes de pression dans les tuyères sont : ab, cd, ef, gh.Elles entraînent des évaluations de vitesse mn, pq, rs, tu, avec

V = Q5,91

Ces vitesses, générées dans les tuyères sont utilisées dans les roues. Mais il y a détente égalementdans les roues : bc, de, fg, hi.

Ces détentes provoquent dans les roues des élévations de vitesse xy qui n’apparaissent pasdirectement sur le diagramme, car elles sont transformées immédiatement en travail dans la roue elle même,contrairement à ce qui se passe pour les aubages fixes.

Le travail sur chaque roue proviendra donc de deux chutes de vitesse, l’une np et l’autre x’y’…Pour déterminer xy, il suffirait de rechercher la chute calorifique correspondant à la chute de pression

bc (Mollier), et on aura

V’= '5,91 Q

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La turbine à réaction devra donc tourner plus vite que la turbine à action (pour une même vitesseabsolue à la sortie des tuyères).

Mais pour diminuer le nombre de roues, qui est grand dans les turbines à réaction, on adopte engénéral une Vitesse d’entraînement u plus petite que la vitesse absolue v.

7 – 5. F ormes des canaux

Puisqu’il y a détente dans les aubes fixes et mobiles, ces canaux seront tous deux des tuyères.Elles seront en général convergentes à cause du fractionnement important de la détente.Toutefois, en hauteur, les canaux seront divergents pour tenir compte de l’augmentation du volume

due à la détente. De plus les aubes ne seront plus symétriques.

7 – 6. Fonctionnement

Les chutes de pression dans les tuyères sont : ab, cd, ef, gh.Elles entraînent des évaluations de vitesse mn, pq, rs, tu, avec

V = Q5,91

Ces vitesses, générées dans les tuyères sont utilisées dans les roues. Mais il y a détente égalementdans les roues : bc, de, fg, hi.

Ces détentes provoquent dans les roues des élévations de vitesse xy qui n’apparaissent pasdirectement sur le diagramme, car elles sont transformées immédiatement en travail dans la roue elle même,contrairement à ce qui se passe pour les aubages fixes.

Le travail sur chaque roue proviendra donc de deux chutes de vitesse, l’une np et l’autre x’y’…Pour déterminer xy, il suffirait de rechercher la chute calorifique correspondant à la chute de pression

bc (Mollier), et on aura

V’= '5,91 Q

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Réalisé par : M. SILINI 52

La turbine à réaction devra donc tourner plus vite que la turbine à action (pour une même vitesseabsolue à la sortie des tuyères).

Mais pour diminuer le nombre de roues, qui est grand dans les turbines à réaction, on adopte engénéral une Vitesse d’entraînement u plus petite que la vitesse absolue v.

7 – 5. F ormes des canaux

Puisqu’il y a détente dans les aubes fixes et mobiles, ces canaux seront tous deux des tuyères.Elles seront en général convergentes à cause du fractionnement important de la détente.Toutefois, en hauteur, les canaux seront divergents pour tenir compte de l’augmentation du volume

due à la détente. De plus les aubes ne seront plus symétriques.

7 – 6. Fonctionnement

Les chutes de pression dans les tuyères sont : ab, cd, ef, gh.Elles entraînent des évaluations de vitesse mn, pq, rs, tu, avec

V = Q5,91

Ces vitesses, générées dans les tuyères sont utilisées dans les roues. Mais il y a détente égalementdans les roues : bc, de, fg, hi.

Ces détentes provoquent dans les roues des élévations de vitesse xy qui n’apparaissent pasdirectement sur le diagramme, car elles sont transformées immédiatement en travail dans la roue elle même,contrairement à ce qui se passe pour les aubages fixes.

Le travail sur chaque roue proviendra donc de deux chutes de vitesse, l’une np et l’autre x’y’…Pour déterminer xy, il suffirait de rechercher la chute calorifique correspondant à la chute de pression

bc (Mollier), et on aura

V’= '5,91 Q

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7 – 7. Travail

Le travail sur une roue sera donc W2

2v +2

2'v

Particularités

En raison du grand nombre de roues, on remplace l’arbre par un tambour afin d’augmenter la rigidité.D’autre part, on ne peut pas ici faire de l’injection partielle, par ce que les aubes doivent être alimentées enpermanence et non par intermittence, comme c’est possible sur les turbines à action pour lesquelles lapression est constante. On aura donc toujours l’injection totale. De plus, il faudra toujours la présence depistons d’équilibre pour équilibrer la poussée axiale.

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7 – 7. Travail

Le travail sur une roue sera donc W2

2v +2

2'v

Particularités

En raison du grand nombre de roues, on remplace l’arbre par un tambour afin d’augmenter la rigidité.D’autre part, on ne peut pas ici faire de l’injection partielle, par ce que les aubes doivent être alimentées enpermanence et non par intermittence, comme c’est possible sur les turbines à action pour lesquelles lapression est constante. On aura donc toujours l’injection totale. De plus, il faudra toujours la présence depistons d’équilibre pour équilibrer la poussée axiale.

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7 – 7. Travail

Le travail sur une roue sera donc W2

2v +2

2'v

Particularités

En raison du grand nombre de roues, on remplace l’arbre par un tambour afin d’augmenter la rigidité.D’autre part, on ne peut pas ici faire de l’injection partielle, par ce que les aubes doivent être alimentées enpermanence et non par intermittence, comme c’est possible sur les turbines à action pour lesquelles lapression est constante. On aura donc toujours l’injection totale. De plus, il faudra toujours la présence depistons d’équilibre pour équilibrer la poussée axiale.

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7 – 8. Comparaison entre turbine à action et à réaction

Désignation Turbine à action Turbine à réaction

1) Poussée axiale aucune existe et est reprise par des pistonsd’équilibre

2) Fuite entre rotor et stator aucune : d’où jeuxlarges

existe : d’où jeux réduits

3) Mode d’injection partielle ou total obligatoirement injection totale

4) Vitesse de circulation dans lescanaux

nQu

5,91

(n chutes de pression)nQu

25,91

(degré de réaction ½ : on a 2n chutes au lieu den).Pertes par frottement moins fortes.

5) Construction arbre et disques tambour

6) Nombre de chutes peu élevé très élevé : 60 à 70

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8 – Turbine mixte à action et à réaction

On allie turbine à action et turbine à réaction afin de tirer le maximum davantage de chacune d’elles.La roue Curtiss a comme but de faire tomber rapidement la pression (on détend jusqu’aux ¾ de la

pression initiale).On fait de l’injection partielle, donc grand diamètre autorisé.La vapeur se détend ensuite dans une turbine à réaction dont le nombre d’étages sera peu élevé en

raison de la faible chute de pression (la partie encombrante est remplacée par la turbine Curtiss).Le rendement de la turbine à réaction est plus élevé que celui de la turbine à action. Nous aurons donc

un bon rendement.La poussée axiale est reprise par le piston d’équilibre.

Pertes thermiques

1) Perte au condenseur : chaleur latente de vaporisation abandonnée au condenseur.2) Pertes par frottement de la vapeur : elles sont récupérables à cause de l’élévation de température

de la vapeur (sauf dernière roue).3) Pertes aux parois : diminuées par calorifugeage.4) Fuites de vapeur.

Pertes mécaniques

1) Frottements des tourillons (abondante lubrification).2) Energie des appareils auxiliaires (pompe de circulation, pompe de graissage, mécanisme de

régulation).

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8 – Turbine mixte à action et à réaction

On allie turbine à action et turbine à réaction afin de tirer le maximum davantage de chacune d’elles.La roue Curtiss a comme but de faire tomber rapidement la pression (on détend jusqu’aux ¾ de la

pression initiale).On fait de l’injection partielle, donc grand diamètre autorisé.La vapeur se détend ensuite dans une turbine à réaction dont le nombre d’étages sera peu élevé en

raison de la faible chute de pression (la partie encombrante est remplacée par la turbine Curtiss).Le rendement de la turbine à réaction est plus élevé que celui de la turbine à action. Nous aurons donc

un bon rendement.La poussée axiale est reprise par le piston d’équilibre.

Pertes thermiques

1) Perte au condenseur : chaleur latente de vaporisation abandonnée au condenseur.2) Pertes par frottement de la vapeur : elles sont récupérables à cause de l’élévation de température

de la vapeur (sauf dernière roue).3) Pertes aux parois : diminuées par calorifugeage.4) Fuites de vapeur.

Pertes mécaniques

1) Frottements des tourillons (abondante lubrification).2) Energie des appareils auxiliaires (pompe de circulation, pompe de graissage, mécanisme de

régulation).

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8 – Turbine mixte à action et à réaction

On allie turbine à action et turbine à réaction afin de tirer le maximum davantage de chacune d’elles.La roue Curtiss a comme but de faire tomber rapidement la pression (on détend jusqu’aux ¾ de la

pression initiale).On fait de l’injection partielle, donc grand diamètre autorisé.La vapeur se détend ensuite dans une turbine à réaction dont le nombre d’étages sera peu élevé en

raison de la faible chute de pression (la partie encombrante est remplacée par la turbine Curtiss).Le rendement de la turbine à réaction est plus élevé que celui de la turbine à action. Nous aurons donc

un bon rendement.La poussée axiale est reprise par le piston d’équilibre.

Pertes thermiques

1) Perte au condenseur : chaleur latente de vaporisation abandonnée au condenseur.2) Pertes par frottement de la vapeur : elles sont récupérables à cause de l’élévation de température

de la vapeur (sauf dernière roue).3) Pertes aux parois : diminuées par calorifugeage.4) Fuites de vapeur.

Pertes mécaniques

1) Frottements des tourillons (abondante lubrification).2) Energie des appareils auxiliaires (pompe de circulation, pompe de graissage, mécanisme de

régulation).

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Rendements

1) Rendement effectif

arbre

entréevapeur

WW

(25%)

2) Rendement mécanique (environ 90%).

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9 – Turbine spéciales

9 – 1. Turbines à contre-pression

Qui fonctionnent sans condenseur avec de la vapeur qui n’est pas détendue complètement. Elles sontlargement utilisées en raffinerie pour entraîner les pompes et la vapeur sortante est récupérée pour lechauffage des produits lourds.

9 – 2. Turbines à resurchauffe

Sil l’augmentation de pression dans la chaudière entraîne une augmentation du rendement thermique,elle favorise aussi la condensation dans la machine.

Comme le montre le diagramme T-S la verticale B2 ayant tendance à couper la courbe de rosée X = 1.En effet la détente des vapeurs à haute pression engendre vite de la condensation qui est nuisible au

bon fonctionnement des turbines car :

a) les particules d’eau donnent naissance à des chocs sur les aubesproduisant une usure rapide ;

b) les particules d’eau peuvent provoquer des balourds engendrant desvibrations anormales ;

c) la condensation peut oxyder les aubes.

Afin d’éviter cette condensation et les inconvénients qu’elle entraîne on resurchauffe : on prélève lavapeur au point où, lors de la détente, elle atteint son point de saturation, et on la dirige dans unresurchauffeur où on élève la température sans changer la pression. La vapeur est alors réintroduite dans laturbine et continue sa détente.

Schéma d’une installation à resurchauffe

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9 – Turbine spéciales

9 – 1. Turbines à contre-pression

Qui fonctionnent sans condenseur avec de la vapeur qui n’est pas détendue complètement. Elles sontlargement utilisées en raffinerie pour entraîner les pompes et la vapeur sortante est récupérée pour lechauffage des produits lourds.

9 – 2. Turbines à resurchauffe

Sil l’augmentation de pression dans la chaudière entraîne une augmentation du rendement thermique,elle favorise aussi la condensation dans la machine.

Comme le montre le diagramme T-S la verticale B2 ayant tendance à couper la courbe de rosée X = 1.En effet la détente des vapeurs à haute pression engendre vite de la condensation qui est nuisible au

bon fonctionnement des turbines car :

a) les particules d’eau donnent naissance à des chocs sur les aubesproduisant une usure rapide ;

b) les particules d’eau peuvent provoquer des balourds engendrant desvibrations anormales ;

c) la condensation peut oxyder les aubes.

Afin d’éviter cette condensation et les inconvénients qu’elle entraîne on resurchauffe : on prélève lavapeur au point où, lors de la détente, elle atteint son point de saturation, et on la dirige dans unresurchauffeur où on élève la température sans changer la pression. La vapeur est alors réintroduite dans laturbine et continue sa détente.

Schéma d’une installation à resurchauffe

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9 – Turbine spéciales

9 – 1. Turbines à contre-pression

Qui fonctionnent sans condenseur avec de la vapeur qui n’est pas détendue complètement. Elles sontlargement utilisées en raffinerie pour entraîner les pompes et la vapeur sortante est récupérée pour lechauffage des produits lourds.

9 – 2. Turbines à resurchauffe

Sil l’augmentation de pression dans la chaudière entraîne une augmentation du rendement thermique,elle favorise aussi la condensation dans la machine.

Comme le montre le diagramme T-S la verticale B2 ayant tendance à couper la courbe de rosée X = 1.En effet la détente des vapeurs à haute pression engendre vite de la condensation qui est nuisible au

bon fonctionnement des turbines car :

a) les particules d’eau donnent naissance à des chocs sur les aubesproduisant une usure rapide ;

b) les particules d’eau peuvent provoquer des balourds engendrant desvibrations anormales ;

c) la condensation peut oxyder les aubes.

Afin d’éviter cette condensation et les inconvénients qu’elle entraîne on resurchauffe : on prélève lavapeur au point où, lors de la détente, elle atteint son point de saturation, et on la dirige dans unresurchauffeur où on élève la température sans changer la pression. La vapeur est alors réintroduite dans laturbine et continue sa détente.

Schéma d’une installation à resurchauffe

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Diagramme T,S du cycle à resurchauffe

Après avoir traversé un certain nombre d’étages de la turbine, la vapeur, dont le point d’état est C2sur la courbe de rosée X = 1 (cycle à resurchauffe), est envoyée dans un resurchauffeur où sa températureest élevée jusqu'à T’

1 sous la pression constante P’ (parcours C2B3). Elle revient ensuite à la turbine ou ellesubit, dans les étages inférieurs, une détente (parcours B3C3 ), et, de là, elle se rend enfin au condenseur.

Si besoin est, en plus du premier resurchauffeur R (schéma ci-dessous), on place un secondresurchauffeur R’, dans lequel on élève à nouveau la température sans changer la pression et la vapeurresurchauffée est réintroduite et achève sa détente.

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Diagramme T,S du cycle à resurchauffe

Après avoir traversé un certain nombre d’étages de la turbine, la vapeur, dont le point d’état est C2sur la courbe de rosée X = 1 (cycle à resurchauffe), est envoyée dans un resurchauffeur où sa températureest élevée jusqu'à T’

1 sous la pression constante P’ (parcours C2B3). Elle revient ensuite à la turbine ou ellesubit, dans les étages inférieurs, une détente (parcours B3C3 ), et, de là, elle se rend enfin au condenseur.

Si besoin est, en plus du premier resurchauffeur R (schéma ci-dessous), on place un secondresurchauffeur R’, dans lequel on élève à nouveau la température sans changer la pression et la vapeurresurchauffée est réintroduite et achève sa détente.

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Diagramme T,S du cycle à resurchauffe

Après avoir traversé un certain nombre d’étages de la turbine, la vapeur, dont le point d’état est C2sur la courbe de rosée X = 1 (cycle à resurchauffe), est envoyée dans un resurchauffeur où sa températureest élevée jusqu'à T’

1 sous la pression constante P’ (parcours C2B3). Elle revient ensuite à la turbine ou ellesubit, dans les étages inférieurs, une détente (parcours B3C3 ), et, de là, elle se rend enfin au condenseur.

Si besoin est, en plus du premier resurchauffeur R (schéma ci-dessous), on place un secondresurchauffeur R’, dans lequel on élève à nouveau la température sans changer la pression et la vapeurresurchauffée est réintroduite et achève sa détente.

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Application numérique : resurchauffe

Dans le problème précédant (page 13), en fin de détente (3) la vapeur est humide, ce qui est néfastepour les aubes de la turbine.

Pour y remédier, on resurchauffe en soutirant à la pression intermédiaire (Pi) définie par le point M.On resurchauffe suivant MN de façon que la fin de la détente (point 4) soit à la fois sur P2 et sur la

courbe de saturation.

On trouve sur MollierPi = 14 N/cm2

Ti = 110°COn surchauffe jusqu’à 340°C (point N).

9 – 3. Turbines à soutirage de vapeur :

But du soutirage (prélèvement) : Réchauffage de l’eau d’alimentation par de la vapeur prélevée en unou différents étages la turbine.

Une partie seulement de la vapeur circulant dans la turbine est prélevée, et de plus, cette vapeurprélevée a déjà cédée à la turbine la majeure partie de son énergie.

L’échange de chaleur s’effectue dans un échangeur de chaleur à surface. La vapeur refroidie estensuite redirigée vers le condenseur.

Avantage:La canalisation XY sur laquelle se place l'échangeur est à la pression atmosphérique, d'où petite

épaisseur du tube et échange de chaleur meilleur.On évite alors l'économiseur sur la canalisation UV, peu efficace en raison de la haute pression

exigeant une forte épaisseur du tube.Comme le montre l’installation ci-dessous comportant un seul prélèvement.

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Application numérique : resurchauffe

Dans le problème précédant (page 13), en fin de détente (3) la vapeur est humide, ce qui est néfastepour les aubes de la turbine.

Pour y remédier, on resurchauffe en soutirant à la pression intermédiaire (Pi) définie par le point M.On resurchauffe suivant MN de façon que la fin de la détente (point 4) soit à la fois sur P2 et sur la

courbe de saturation.

On trouve sur MollierPi = 14 N/cm2

Ti = 110°COn surchauffe jusqu’à 340°C (point N).

9 – 3. Turbines à soutirage de vapeur :

But du soutirage (prélèvement) : Réchauffage de l’eau d’alimentation par de la vapeur prélevée en unou différents étages la turbine.

Une partie seulement de la vapeur circulant dans la turbine est prélevée, et de plus, cette vapeurprélevée a déjà cédée à la turbine la majeure partie de son énergie.

L’échange de chaleur s’effectue dans un échangeur de chaleur à surface. La vapeur refroidie estensuite redirigée vers le condenseur.

Avantage:La canalisation XY sur laquelle se place l'échangeur est à la pression atmosphérique, d'où petite

épaisseur du tube et échange de chaleur meilleur.On évite alors l'économiseur sur la canalisation UV, peu efficace en raison de la haute pression

exigeant une forte épaisseur du tube.Comme le montre l’installation ci-dessous comportant un seul prélèvement.

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Application numérique : resurchauffe

Dans le problème précédant (page 13), en fin de détente (3) la vapeur est humide, ce qui est néfastepour les aubes de la turbine.

Pour y remédier, on resurchauffe en soutirant à la pression intermédiaire (Pi) définie par le point M.On resurchauffe suivant MN de façon que la fin de la détente (point 4) soit à la fois sur P2 et sur la

courbe de saturation.

On trouve sur MollierPi = 14 N/cm2

Ti = 110°COn surchauffe jusqu’à 340°C (point N).

9 – 3. Turbines à soutirage de vapeur :

But du soutirage (prélèvement) : Réchauffage de l’eau d’alimentation par de la vapeur prélevée en unou différents étages la turbine.

Une partie seulement de la vapeur circulant dans la turbine est prélevée, et de plus, cette vapeurprélevée a déjà cédée à la turbine la majeure partie de son énergie.

L’échange de chaleur s’effectue dans un échangeur de chaleur à surface. La vapeur refroidie estensuite redirigée vers le condenseur.

Avantage:La canalisation XY sur laquelle se place l'échangeur est à la pression atmosphérique, d'où petite

épaisseur du tube et échange de chaleur meilleur.On évite alors l'économiseur sur la canalisation UV, peu efficace en raison de la haute pression

exigeant une forte épaisseur du tube.Comme le montre l’installation ci-dessous comportant un seul prélèvement.

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Schéma d’une installation à un soutirage

Une masse M de vapeur, surchauffée à la température T’1, arrive à la turbine et travaille d’abord dans

le premier étage, quand, au cours de sa détente, la température de cette vapeur est tombée à T"1, unefraction de masse M0, est soutirée et envoyée dans un réchauffeur pour chauffer l’eau que la pompealimentaire (PE) véhicule.

Le reste de la vapeur, soit une masse (M-M0), continue son cycle dans les étages inférieurs de laturbine, puis passe dans le condenseur où elle se condense et en sort sous forme d’eau.

La masse M d’eau reconstituée dans le condenseur (la vapeur des étages inférieurs mélangée avec lecondensât partiel sortant du réchauffeur) est enfin réinjectée dans la chaudière.

Le soutirage améliore le rendement global de l’installation.En dépit des complications apportées aux installations par l'augmentation du nombre de soutirage, ce

nombre atteint et même dépasse dix dans certaines grosses installations.

Schéma d’une installation à quatre soutirages

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9 – 4. Turbines à plusieurs corps:

Pour les grandes puissances, on devrait allonger très fort les rotors des turbines, ce qui entraînerait degrandes flexions.

Pour éviter cet inconvénient, on réalise des unités en plusieurs corps et on fractionne alors la détente.De plus, en vue d'équilibrer les poussées axiales, on dispose les corps en opposition.

La figure A en donne un schéma de principe tandis que La figure B en donne une réalisation.

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9 – 4. Turbines à plusieurs corps:

Pour les grandes puissances, on devrait allonger très fort les rotors des turbines, ce qui entraînerait degrandes flexions.

Pour éviter cet inconvénient, on réalise des unités en plusieurs corps et on fractionne alors la détente.De plus, en vue d'équilibrer les poussées axiales, on dispose les corps en opposition.

La figure A en donne un schéma de principe tandis que La figure B en donne une réalisation.

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9 – 4. Turbines à plusieurs corps:

Pour les grandes puissances, on devrait allonger très fort les rotors des turbines, ce qui entraînerait degrandes flexions.

Pour éviter cet inconvénient, on réalise des unités en plusieurs corps et on fractionne alors la détente.De plus, en vue d'équilibrer les poussées axiales, on dispose les corps en opposition.

La figure A en donne un schéma de principe tandis que La figure B en donne une réalisation.

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9 – 5. La turbine STAL : flux radial

Dans une turbine Stal, la vapeur pénètre au centre de la turbine et s’écoule radialement à travers destuyères formées par des aubes disposées en cercle sur la face d’un disque tournant. En sortant du premieranneau, la vapeur entre dans un deuxième, les anneaux d’aubes ou couronnes pouvant tourner librement. Decette façon, la vapeur provoque d’abord une réaction dans la première couronne et l’actionne dans un sensdéterminé; elle provoque ensuite une réaction semblable, mais de sens opposé, dans la deuxième couronne.

Double rotation

Pour obtenir la contre rotation, on fixe les anneaux d’aubes sur des disques opposés de façon qu’ilssoient disposés concentriquement. L’absence d’aubes directrices fixes contribue largement au rendementélevé de la turbine Stal.

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9 – 5. La turbine STAL : flux radial

Dans une turbine Stal, la vapeur pénètre au centre de la turbine et s’écoule radialement à travers destuyères formées par des aubes disposées en cercle sur la face d’un disque tournant. En sortant du premieranneau, la vapeur entre dans un deuxième, les anneaux d’aubes ou couronnes pouvant tourner librement. Decette façon, la vapeur provoque d’abord une réaction dans la première couronne et l’actionne dans un sensdéterminé; elle provoque ensuite une réaction semblable, mais de sens opposé, dans la deuxième couronne.

Double rotation

Pour obtenir la contre rotation, on fixe les anneaux d’aubes sur des disques opposés de façon qu’ilssoient disposés concentriquement. L’absence d’aubes directrices fixes contribue largement au rendementélevé de la turbine Stal.

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9 – 5. La turbine STAL : flux radial

Dans une turbine Stal, la vapeur pénètre au centre de la turbine et s’écoule radialement à travers destuyères formées par des aubes disposées en cercle sur la face d’un disque tournant. En sortant du premieranneau, la vapeur entre dans un deuxième, les anneaux d’aubes ou couronnes pouvant tourner librement. Decette façon, la vapeur provoque d’abord une réaction dans la première couronne et l’actionne dans un sensdéterminé; elle provoque ensuite une réaction semblable, mais de sens opposé, dans la deuxième couronne.

Double rotation

Pour obtenir la contre rotation, on fixe les anneaux d’aubes sur des disques opposés de façon qu’ilssoient disposés concentriquement. L’absence d’aubes directrices fixes contribue largement au rendementélevé de la turbine Stal.

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Remarque : La turbine radiale est appelée parfois turbine centrifuge.Les grandes figures citées de la mécanique appliquée

● Bernoulli (1700-1782)Physicien suisseTravaux sur les écoulements.Découvre le théorème sur l’écoulement permanent

● Joule (1818 - 1889)Physicien anglaisEvalue l’équivalent calorifique de l’énergie mécaniqueEnonce le premier principe de thermodynamique

● Mayer (1814-1878)Physicien et médecin allemandTravaux sur la chaleur.Enonce, avec Joule, le premier principe de la thermodynamique

● MollierPhysicien françaisTravaux sur les vapeurs d’eau.Conçoit le diagramme qui porte son nom

● Rankine (1820-1872)Ingénieur et physicien écossaisTravaux de thermodynamique.Propose le cycle thermodynamique de la turbine à vapeur.

● Regnault (1810 - 1878)Physicien et chimiste françaisTravaux sur les chaleurs les chaleurs spécifiques.Trouve la formule donnant la chaleur des vapeurs saturées.

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Liste des Références

1. Thermodynamique Technique 2b. machines thermiques et frigorifiques.M. BaillyBordas

2. Mécanique appliquée.TOME 1 Mécanique des fluides et thermodynamiqueR. Thibaut

3. Mécanique appliquéeTOME 2 Machines motrices et réceptricesR. Thibaut