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Turbine à vapeur

Turbine à vapeur

Une turbine à vapeur est un dispositif utilisé pour convertir la haute pression de la vapeur en rotation d'un axe fournissant une puissance de sortie (arbre). Ce type de turbine est principalement utilisé dans les centrales électriques (par exemple, dans les centrales solaires thermiques solaires à haute température), mais également dans d'autres applications nécessitant des capacités importantes, telles que les navires offshore.

Avec une turbine à vapeur moderne, la vapeur est guidée contre une rangée d'aubes de rotor, ce qui modifie le plus possible le sens de la vapeur. Ensuite, la vapeur passe à travers une rangée d'aubes de stator, où elle tourne à nouveau du sens à la rangée suivante d'aubes de rotor. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que la vapeur se soit étendue au maximum. Lorsque l'énergie de la vapeur est tellement épuisée que des gouttelettes d'eau commencent à se former, elle est expulsée de la turbine car les gouttelettes d'eau se déplaçant à une vitesse supersonique dans les aubes de la turbine entraînent une érosion. Cela se produit lorsque environ 20% des molécules d'eau se condensent.

Histoire de la turbine à vapeur

La turbine à vapeur a été inventée vers 1883 par l'ingénieur suédois Gustav de Laval dans sa forme la plus simple, la turbine à lave. Cette turbine consistait en un grand nombre d'aubes en forme de cube qui collectaient la vapeur et la transformaient en un mouvement circulaire. Il a utilisé cette turbine pour conduire une centrifugeuse à lait.

En 1884, l'ingénieur britannique Charles Algernon Parsons conçut la turbine à réaction. Cette turbine permet à la vapeur de s'écouler dans la direction longitudinale de l'arbre et réduit progressivement la pression, répartie sur plusieurs roues à aubes.

En collaboration avec Parsons, Auguste Rateau a conçu une turbine dans laquelle la pression n'est réduite que dans les aubes du stator. Cette différence entraîne une augmentation significative des rendements. De nos jours, cela s'appelle Zoellyturbines et ce sont en fait des turbines à lave connectées en série. En raison de la présence de plusieurs niveaux de pression et de vitesse successifs, la vitesse périphérique "U" diminue. La raison en est que la vitesse périphérique et la perte de chaleur dans l'étage de pression sont proportionnelles. Le piège à chaleur par étage de pression sera plus petit et, par conséquent, la vitesse périphérique diminuera également. Cependant, le piège thermique de chaque étage de pression (en tenant compte des turbines connectées) doit rester le même, sinon des vitesses périphériques différentes seraient obtenues dans un axe principal.

Classification de la turbine à vapeur

Source d'énergie

La vapeur utilisée dans les turbines à vapeur peut être chauffée en brûlant du mazout ou du gaz, en utilisant l'énergie nucléaire, en utilisant l'énergie solaire ou l'énergie géothermique.

De base

Les turbines à vapeur sont classées en plusieurs bases: axiale / radiale, pression directe (impulsion) / surpression (réaction), type de composé et condensation / drainage.

La distinction de base est faite dans les propriétés d'expansion. Par exemple, la classification principale est généralement basée sur la question de savoir si les turbines à pression et à surpression sont. Cette expansion peut être réalisée de deux manières différentes:

Turbines à courant continu

Les turbines à pression égale sont ainsi nommées parce que la pression d'entrée dans la roue à aubes est égale à la pression de sortie après l'aube. L'expansion complète de la vapeur a lieu dans les buses / buses. Ceux-ci sont classés dans les turbines à impulsion. Par exemple, les turbines laval, curtis et rat peuvent être trouvées sous cette forme de dilatation, chacune avec son domaine d'application spécifique, qui peut à son tour être classé en fonction de divers critères, tels que l'efficacité, le rapport de vitesse optimal , vitesse de la lame, angle de la lame, coût, maintenance et consommation / livraison d'énergie.

  • Turbine de lave Inventé par l'ingénieur Gustav de Laval. Cette turbine se compose d'une roue avec un grand nombre d'aubes en forme de godet qui collecte la vapeur et la transforme en un mouvement circulaire. Ce type de turbine n'est pas très efficace, car elle fonctionnait trop vite entre 20 000 et 25 000 tr / min.
  • Turbine Curtiste. Cette turbine se compose de deux roues rotatives avec un grand nombre d'aubes en forme de cube qui collectent la vapeur et la transforment en un mouvement circulaire. Entre ces deux roues, il y a un ensemble de lames de réaction qui s'arrêtent. Ce type d'éolienne n'est pas aussi performant, mais sa vitesse (tr / min) est plus basse. Cette turbine peut être composée de deux étages ou d'un seul étage. La turbine est utilisée comme ballast, elle est souvent utilisée dans les centrales de la turbine à haute pression pour abaisser la température et la pression de la vapeur.
  • Rateauturbine ou Zoellyturbine. Auguste Rateau a conçu une turbine qui réduit la pression de vapeur par étapes. Cela conduit à une augmentation de l'efficacité. Elles sont appelées turbines Zoelly et sont essentiellement des turbines à lave connectées en série, chacune à une pression inférieure. Comme il y a plusieurs étapes de pression et de vitesse, la vitesse est réduite.

Turbine à pression

Il s'agit d'une turbine dont la pression de sortie est inférieure à celle de l'entrée. L'expansion se produit en partie dans les aubes directrices et en partie dans les aubes directrices. Celles-ci sont appelées turbines à réaction / impulsion ou simplement turbines à réaction. La turbine à pasteur est logée ici. Le guide et les palettes mobiles sont fabriqués de manière relativement uniforme et, avec cette turbine, la différence d'enthalpie par étage (lei + boucle) est la même, la puissance obtenue ou pouvant être obtenue peut être calculée à partir du nombre d'étages. Cependant, avec ce type de turbines, il y a une charge axiale de l'arbre due à la perte de charge par étage.

Pasteur turbine. En 1884, l'ingénieur britannique Charles Algernon Parsons conçut la turbine à réaction. Cette turbine permet à la vapeur de s'écouler dans la direction longitudinale de l'arbre et réduit progressivement la pression, répartie sur plusieurs roues à aubes. La vitesse est maintenant 1500 ou 3000 tr / min. Toutes les turbines contemporaines sont des turbines à pastilles.

Ljungström turbine, une turbine à deux axes de rotation opposés. Les aubes directrices tournent également, mais dans le sens opposé.

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Dernier examen: 26 avril 2019

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