Ce qu'il faut retenir sur les turbines à combustion

1- Définition de la turbine à combustion

 

Une turbine à combustion(TAC) est un moteur thermique qui exploite la vitesse et la pression des gaz chauds issus de la combustion pour fournir une énergie mécanique. Celle-ci est récupérée sur un arbre en rotation en vue d’entraîner une charge (pompe, compresseur, alternateur…).

La turbine à combustion interne et à flux continu est aussi appelée turbine à gaz. On notera que l’expression turbine à gaz (TAG) résulte de l’état du fluide utilisé dans le cycle thermodynamique, lequel est gazeux et non du combustible de base qui est soit un gaz, soit un hydrocarbure liquide.

 

2- Généralités sur les turbines à combustion

 

2-1 Historique

Inventeur méthodique et infatigable, John Barber, né en Angleterre en 1734, déposa plusieurs brevets entre 1773 et 1792. Cependant, le brevet le plus déterminant est celui qui se rapportait au fonctionnement d’une turbine à gaz, déposé en 1791 après plusieurs travaux sur ce concept.

D’autres constructeurs et exploitants vont s’illustrer au 19ième et au début du 20ième siècle : parmi eux, on peut citer l’ingénieur français Armengaud avec l’hydroélectricité et le Docteur Holzwarth avec le moteur à explosion.

S’il est admis que l’essor de la turbine à gaz a été retardé par d’autres inventions en général et par les machines à vapeur à piston en particulier, il sied de reconnaître que l’insuffisance des connaissances sur les matériaux n’ouvrait à l’époque pas la voie pour assurer son développement.

Déjà, en 1904, Franz Stolze développa en Allemagne une turbine à gaz capable de fonctionner, mais ne délivrant encore aucune puissance utile.

Finalement, les progrès ainsi réalisés ont abouti à la mise au point d’une turbine à combustion ayant vocation de produire de l’énergie électrique. Fabriquée par Brown, Boveri et Cie, elle a été présentée à l’exposition nationale suisse de 1939 à Zurich avant d’être installée dans un abri souterrain de Neuchâtel. Elle était alimentée par des gaz chauffés à hauteur de 550°C, débitant une puissance de 4MW et ayant un rendement avoisinant 0.17%.

 

2-2  Classification

Il existe plusieurs types de turbines à combustion. Leurs performances sont tributaires du contexte géographique (climat, altitude…) et des choix faits par chaque constructeur en vue d’augmenter au maximum la température des flammes.

La classification peut se faire selon:

  • le cycle :

Cycle ouvert : l’élément actif entre dans la turbine à partir de l’air libre et retourne à l’air libre

Cycle fermé : l’élément actif passe successivement dans le compresseur, la chambre de combustion et la turbine sans qu’il ne puisse sortir à l’air libre

  • le mode de circulation du gaz :

Turbine axiale : les gaz se déplacent parallèlement à l’arbre de laturbine

Turbine radiale : le flux du fluide de travail est radial à l’arbre de la turbine

  • la disposition de l’arbre :

A arbre unique: les composants rotatifs sont couplés mécaniquement sur un arbre commun (5001, 6001…)

A 2 arbres : l’ensemble compresseur/chambre de combustion/turbine de travail est monté sur un arbre commun et une turbine fixe solidaire d’un autre arbre

A arbres multiples : les rotors des éléments mécaniques sont montés sur plus d’un arbre rotatif. Ces arbres peuvent tourner ou non entre eux avec un rapport de vitesse bien déterminé ; ils sont appelés arbres flottants à l’exception de l’arbre d’accouplement

  • le mode de construction :

Turbine à disque : roues à disque construites séparément et calées sur un arbre

Turbine à tambour : aubes sont calées sur un tambour solidaire de l’arbre

  • le travail fourni :

Générateur de gaz : turbine ayant un ou plusieurs arbres, produisant des gaz d’échappement chauds et pas de travail mécanique

Turbine de puissance : machine tournante dans laquelle une partie de l’énergie de l’élément actif est convertie en énergie mécanique et utilisée pour entraîner une charge.

 

2-3 Différentes applications

  • Propulsion aéronautique, navale et ferroviaire :

La faculté des turbines à gaz à développer de fortes puissances les prédispose à la propulsion aéronautique, en particulier sur les turboréacteurs et les hélicoptères. La propulsion navale fait aussi appel aux moteurs à combustion interne et à flux continu,  notamment pour les navires à grande vitesse (ferry, porte-aéronefs…). Il existe enfin quelques applications à la propulsion ferroviaire.

  • Production de l’électricité :

Une turbine à combustion constitue un moyen approprié pour entraîner un alternateur. C’est ce qui explique le développement des centrales à gaz sur les plateformes pétrolières et à proximité de certaines agglomérations en vue de couvrir ou combler les besoins en électricité de la demande tout en minimisant les pertes de ligne.

  • Cycle combiné :

Les gaz d’échappement de la turbine à gaz traditionnelle non seulement réduisent le rendement de la machine, mais en plus agressent la biodiversité.

D’où la récupération et la valorisation de ces gaz au travers d’une chaudière et leur introduction dans une turbine à vapeur en vue de générer le courant et améliorer ainsi le rendement de la turbine à gaz : le mariage turbine à gaz et turbine à vapeur est désigné par cycle combiné.

 

Pour votre gouverne:

En général, une turbine à combustion fonctionne comme suit :

  • Elle extrait de l’air de l’atmosphère via son compartiment d’aspiration ou d’admission d’air
  • Elle comprime cet air à une pression très élevée par le moyen d’un compresseur dit axial
  • Elle augmente le niveau d’énergie de l’air comprimé en ajoutant et brûlant du combustible dans une (des) chambre(s) de combustion
  • Elle achemine les vapeurs chaudes sous pression vers la section de la turbine où l’énergie thermique est convertie en énergie mécanique, utile à la rotation de l’arbre et au fonctionnement de l’organe entraîné
  • Elle décharge dans l’atmosphère les vapeurs à basses pression et température, résultant de la transformation mentionnée ci-dessus

Pour en savoir plus, merci de vous procurer dans la boutique Africa-workshop le support didactique ci-après: PRINCIPES DE BASE DES TURBINES A COMBUSTION

Poster un commentaire

  • Paiement sécurisé
    Commandez en toute sécurité!
  • HEAD OF MANAGING
    info@africa-workshop.com
  • Customers
    relationclient@africa-workshop.com
  • Satisfait ou remboursé
    14 jours pour changer d'avis
Voir les Voir le produits trouvés produit trouvé Pas de produits trouvés icon-close
Une erreur s'est produite, veuillez réessayer ultérieurement. Voir le produit Aucun produit n'a été trouvé lors de la recherche Nouveauté Promotion Solde Vente flash  € loading ending recherche
Chargement..