Transcript CYCLES A GAZ

CYCLES A GAZ
TAG
Introduction
• Production d’énergie mécanique à partir de
cycle à gaz non condensable
• Cycle à combustion interne
• Production électrique
• Propulsion des véhicules terrestre, maritime et
aérien
• Cycles séquentiels (moteurs alternatifs à
allumage commandé ou diesel)
• Cycles ouverts (TAG, turbopropulseur à hélice,
turboréacteurs,…
Introduction
Cycle à fonctionnement séquentiel
Cycle à fonctionnement Continu
• Faible à moyenne puissance
< 100 kW
• Technologie relativement
simple
• véhicules terrestre (voitures),
générateur d’électricité,..
• Moyenne à forte puissance de
100 kW à 100 MW
• Technologie très élaborée
TAV
• Mise en route de l’ordre de 12
à 24 heures
• Production électrique
• Assez bon rendement
TAG
• Plus souple que TAV et de
mise en route rapide ( 20 mn),
utilisée comme centrale
d’appoint
• Rendement assez faible
• véhicules terrestre (Blindés),
maritime (navires) et aérien
(avions, hélicoptères)
Deux types de TAG
• TAG industrielles
• Lourdes, robustes
 h : 28% à 38 %
 50 kW < WT<200 MW
• TAG aéronautiques
• + légères
 h : 35% à 42 %
• 0.5 MW < WT<20 MW
TAG industrielle aéro - dérivées
• TAG initiale : Rolls Royce
SMIC à 2 arbres de propulsion
(maritime)
• TAG dérivée : Alstom Power
GT24 1 GT226
TAG Industrielle
•
•
•
•
•
•
Puissance de 20 MW
T entrée de turbine de 740 °C
Rapport de compression de 22
11 étages de compression
2+2 étages de détente
•
•
•
•
•
•
Puissance 180 à 260 MW
T entrée de turbine de 1255 °C
Rapport de compression de 30
22 étages de compression
1+4 étages de détente
Poids 225 & 370 tonnes
Vitesse de rotation 3000 &
3600 tr/mn
• Rendement 37,5 %
Turbine à gaz
Compresseur
Turbine
Chambre de Combustion
Évolution des turbines à gaz
ABB Technik 2/97
Tm:
TIT:
hth:
Température du matériau
Température à l’entrée de la turbine
Rendement du cycle combine
Description de la turbine à gaz
Principe de fonctionnement
Combustible
Air extérieur
Rejet
1
4
Turbine
COMPRESSEUR
2
C.C.
3

Q
 net  W
 W

W
T
C
Air + fumées
 ne t
W
h

Q
p2
3
T3
Turbine
C.C.
T4
2’
T2
2
Compresseur
T1
1
4’
4
p1
TAG à régénération
Combustible
Air extérieur
5
1
COMPRESSEUR
C.C.
2
3
Rejet
6
4
Turbine
TAG à régénération
Cycle à gaz à régénération
1200
4
1100
Psup
1000
Chambre de combustion
Pinf
900
T (K)
800
700
DeltaT
5
3
600
DeltaT
6 rejet
500
2
400
300
1 entrée d'air
200
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
s (kJ/K)
1,25
1,50
1,75
TAG
Modélisation en air parfait
TAG Idéale : solution théorique
Hypothèses
 air parfait, on néglige les fumées
hIC  hIT  1
Rendements isentropiques
Température entrée de turbine t4=880°C
Entrée : t1=15°C, p1= 1 bar
3
T3
Air extérieur
p2
Rejet
Turbin
e
1
COMPRESSEU
R
2
’
p1
4’
T2’
2’
2
3
T4’
Apport de chaleur
T1
4’
1
TAG Idéale : solution théorique

 T2'  y C T1


 T3  T1

 T  T1
 4' y T
 m
 C pT2  T1   m
 C pT1 y C  1
W
C
yT  1

 C pT4  T3   m
 C pT1 
WT  m
yT
y 1



 C pT1
  y 
Wnet  WT  WC  m
y
 m
 C pT  T   m
 C pT   y 
Q
3
2


W
  y C y C  1
1
net
Re ndeme nt: h   
 1
Q
y C   y C 
yC



W
y C  1  y C 
1 
net


CW 

   y C  1 
 C pT1
m
yC
yC 

1
TURBINE IDEALE
0.70
0.60
Eta, Cw
0.50
0.40
eta
0.30
CW
0.20
0.10
0.00
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Yc
2.2
2.4
2.6
2.8
3
TAG : solution théorique
Hypothèses
 air parfait, on néglige les fumées
Rendements isentropiques hIC  85%, hIT  90%
Température entrée de turbine t4=880°C
Entrée : t1=15°C, p1= 1 bar
3
T3
Air extérieur
p2
Rejet
Turbin
e
1
COMPRESSEU
R
2
’
3
Apport de chaleur
4’
T4
T2
T1
p1
2’
2
1
4’
4
TAG : solution théorique


yC  1 

T1
T2   1 
hIC 



T3  T1

T  T  1  h y T  1 
1
IC
 4
y T 


yC  1
 m

W
C
p
T
C
1
hIC
yT  1
  m

W
C
p
T

h
T
1
IT
y
y 1




hIC hIT   y 
Wnet  WT  WC  m C pT1 
hIT y

y  1
 m
 C pT1   hIT 
Q
y 



W
hIC hIT   y 
net
Re nde me nt: h   
Q
hIC hIT 

W
y 1
net
hIC hIT   y
CW 

 CpT1 hIT y
m
TAG non isentropique teta=3
0.70
0.60
Eta, Cw
0.50
0.40
eta
0.30
CW
0.20
0.10
0.00
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
Yc
TAG non isentropique teta=4
0.70
0.60
Eta, Cw
0.50
0.40
eta
0.30
CW
0.20
0.10
0.00
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Yc
2.2
2.4
2.6
2.8
3
TAG à régénération : solution théorique
Hypothèses
 air parfait, on néglige les fumées
Rendements isentropiques hIC  85%, hIT  90%
Température entrée de turbine t4=880°C
Entrée : t1=15°C, p1= 1 bar
Pincement de l’échangeur : T  T5  T3  T6  T2  50C
Combustible
Air extérieur
5
1
COMPRESSEUR
C.C.
2
3
Rejet 6
4
Turbine
TAG à régénération :

T2

T
 3

T
 4

T5

T
 6

y 1
T1
  1  C
h IC 

 T5  T
 T1

y 1
T1
 T1  1  h IC T
yT 

 T2  T
yC  yT
yC  1


WC  m C pT1
h IC
yT  1
  m

W
C
p
T

h
T
1
IT
y
y 1
  W
 W
 m

hIC hIT   y 
W
C
p
T

net
T
C
1
h IT y

y  1 T 


Q  m C pT1   h IT 


y
T
1 



W
hIC hIT   y 
y 1
net
Re nde me nt: h 


hIC 
Q
T 
 hIT y  1  y

T
1 

TAG à régénération : résultats
Coefficient de puissance nette et rendem ent
0.7
0.6
0.5
Pi, eta
0.4
Piw
eta
0.3
0.2
0.1
0
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
y
2.4
2.6
2.8
3
y
Pw
Pq
h
t
1.26
0.44
0.92
0.477
2.24
1.8
0.66
1.78
0.3720
7.82
3.2
h
maxi
Wnet maxi
TAG à régénération : résultats
Points
pression
(bar)
T (K)
t (°C)
1
1
288
15
2
2.24
376
103
3
2.24
889
4
2.24
5
6
Bilan
d'énergie
kJ/kg
q
264
616
WC
88
1153
880
WT
-214
1
939
666
Wnet
126
1
426
153
Bilan
d'énergie
Pour m=595 kg/s
MWATT
Q
157
WC
52
WT
-127
Wnet
75
TAG à régénération : influence de la perte de charge
Échangeur
C.C.
p2-p3=0.10 bar
p5-p6=0.10 bar
p3-p4=0.15 bar
Yc inchangé 2,24 Wc égal
Yd décroit
1,18 Wt décroit
Wnet décroit
Points
pression
(bar)
T (K)
t (°C)
Bilan d'énergie
1
1
288
15
Q
212
2
2.24
376
103
WC
88
3
2.14
941
668
WT
-162
4
1.99
1153
880
5
1.1
991
718
Wnet
74
6
1
426
153
rendement
0.348
FRACTIONNEMENT DE LA COMPRESSION ET DE LA DETENTE
C1
C2
T1
8
6
1
T2
2
4
7
CC1
3
CC2
5
9
échangeur
10
échangeur
FRACTIONNEMENT DE LA COMPRESSION ET DE LA DETENTE
T












s