Transcript C - Barback
TURBINES A GAZ TURBOPROPULSEURS
Généralités :
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Nombreux avantages / moteurs alternatifs
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Principe :
Récupération puissance cinétique et / ou mécanique importantes via fonctionnement continu
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Applications :
Turbomoteurs d’hélicoptères Turbopropulseurs : moteurs avions Turboalternateurs : production d’électricité Turbopompes : industrie pétrolière
I. Différents types de Turbines à Gaz : I.1. Turbines liées Un seul ensemble tournant = arbre reliant : compresseur C, turbine de détente TG et récepteur de puissance R : turboalternateurs, turbopompes..
C C C TG Tuy
P m
R • • • • • • •
Eléments principaux : C : Compresseur centrifuge ou axial CC : Chambre de combustion annulaire TG : Turbine générateur de détente multi étagée Tuy : tuyère A
r
bre de transmission R : Réducteur
I.2. Etude du cycle de la turbine liée Air (0) 1
C
2
C C
3
TG
4
Tuy
P m
R •
1-2 : Compression adiabatique de l’air dans compresseur 5
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2-3 : Apport isobare de chaleur dans chambre de combustion
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3-4 : Détente adiabatique dans turbine
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4–5 : Détente adiabatique dans la tuyère d’échappement
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5-0 : Refroidissement isobare des gaz d’échappement et éjection à hautes vitesses * L’admission d’air 0-1 sera traitée dans la partie turboréacteur
I.2.1 Diagramme (T,s) du cycle turbine liée T Isobare P 2 = P 3 3 2s 2 Isobare P 1 = P 5 = P 0 4s 4 5 5s
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Hypothèses : 1 a b s
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Cycle ouvert : P 5 = P 0 = pression atmosphérique
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Rque : L’indice s designe une transformation isentropique
I.2.4 Exemple d’une turbine liée de chez Turbomeca
I.2.4 Exemple d’une turbine liée de chez Turbomeca
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Conditions standards air : P débit d’air q ma = 5,55 kg/s 0 = 101,3 kPa ; T 0 = 288 K) : taux de compression P 2 /P 1 = 10 rendement isentropique de compression
h
c = 0,785 température entrée turbine T 3 = 1 300 K taux de détente P 3 /P 4 = 8,75 rendement isentropique de détente rendement du réducteur
h
red
h
= 0,98 puissance sur l’arbre W consommation horaire C m H TG = 1 268 kW = 379 kg/h = 0,90 consommation spécifique C rendement thermique
h
th s = 0,299 kg/(kW · h) = 0,279 avec vitesse de rotation du générateur N TG vitesse de rotation de la prise de puissance N = 33 100 tr/min pp = 6 000 tr/min
I.3. Turbines libres I.3.1. Généralités Turbine puissance distincte de la turbine générateur
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TG sert uniquement à entraîner le compresseur
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TP entraîne l’arbre de puissance via reducteur
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Applications : Turbines aéronautiques… Air (0) 1
C C C
3
TG
4
TP
5
Tuy
6 P m
R • • • • • • •
Eléments principaux : C : Compresseur centrifuge ou axial CC : Chambre de combustion annulaire TG : Turbine générateur multi étagée TP : Turbine de puissance Tuy : Tuyère Arbre de transmission
I.3.2. Description du cycle Air (0) 1
C
p m
R
2
C C
3
TG
4
TP
5
Tuy
0-1 : admission de l’air : compression cinétique supposée isentropique 1-2 : Compression isentropique de l’air 2-3 : Combustion isobare 3-4 : Détente polytropique TG 4-5 : Détente polytropique TP 5-6 : Détente polytropique Tuy 6-0 : Refroidissement des gaz brûlés 6
I.3.5. Exemple d’une turbine libre Turbomoteur à turbine libre TM 333
(doc. Turboméca)
I.3.5. Exemple d’une turbine libre
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Données standards air : P
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débit d’air q ma 0 = 3,03 kg/s
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taux de compression P 2 /P 1 = 10,13 kPa ; T = 11 rendement isentropique de compression
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température entrée turbine T
h
C = 1 350 K 3
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taux de détente turbine générateur P /P 0 = 250 K = 0,783 = 3,58 3 4
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rendement isentropique de détente de la turbine générateur pp
h
TG = 0,847
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perte de pression totale dans le canal inter-turbines D P
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taux de détente turbine libre P /P = 2,70 4,3 4,4
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rendement isentropique de détente de la turbine libre
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rendement du réducteur
h
R = 0,98
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puissance sur l’arbre de sortie W m = 705 kW
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consommation horaire C H
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consommation spécifique C rendement thermique
h
th s = 217 kg/h = 0,308 kg/(kW · h) = 0,271 vitesse de rotation de la prise de puissance : N
h
4 ;4,3 TP = 2,5 % = 0,878 avec vitesse de rotation du générateur de gaz : N vitesse de rotation de la turbine libre : N = 45 000 tr/min g = 37 500 tr/min tl = 6 000 tr/min
I.4. Turbine à échangeur de chaleur Obtention d’une combustion efficace et économe : récupération partie enthalpie de combustion via un échangeur de chaleur