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7 Chapitre 1: Etude bibliographique 1.1 Introduction Les turbomachines sont des

7 Chapitre 1: Etude bibliographique 1.1 Introduction Les turbomachines sont des machines composées d'une ou plusieurs séries d'aubages alternativement sur le stator et le rotor. Les turbomachines thermiques permettent la conversion de l`énergie thermique en énergie mécanique par l'intermédiaire d’un fluide de travail. La transformation de l énergie entre l`arbre tournant et continue et se produit par l`intermédiaire d`aubes en rotation. Elles sont utilisées aujourd`hui dans un très large domaine de la technique moderne (Production de l`électricité. propulsion des véhicules et dans divers procédés technique et Chimique) leur taille peut varier de quelques centimètres a plusieurs mètres. Le constructeur des turbomachines doit faire face à un très large éventail de domaines Techniques qui comprennent:  La mécanique des fluides  La thermique et la combustion  La mécanique des vibrations  La science des matériaux  Les procédés de fabrication  Les techniques des mesures  L’acoustique  Le réglage Les problèmes se multiplient encore par le fait que les turbomachines doivent travailler dans des conditions différentes en dehors de leur point de fonctionnement nominal et supporter des changements brutaux de conditions de fonctionnement. L’art de l’ingénieur consiste à trouver la solution optimale pour des exigences souvent contradictoires entre les paramètres aérodynamiques et structurels. L`ingénieur doit concevoir et dimensionner les éléments de la machine dans le but d`obtenir la meilleure performance avec des solutions de fabrication simples et économiques tout en garantissant la durée de vie et la fiabilité avec un minimum de risque [1]. 1.2 Historique de la turbine à gaz : Parmi les précurseurs de la turbine a gaz , on doit mentionner les inventeurs des moteur thermiques fonctionnant avec un gaz permanent ( plus précisément avec l’air chaud) , bien que ces moteurs aient été conçu d’âpres le principe des machines a vapeur a piston . Ces inventions ont, en, effet permis de déterminer les différentes transformations dont le cycle 8 thermodynamique de la turbine a gaz. D’ailleurs certain cycle de cette machine porte encore à présent les noms de leurs inventeurs : Cycle de Joule, Cycle d’Ericsson. Première turbine à gaz employée industriellement : Allemagne, 1909-1910.  1791 Premier brevet de turbine à gaz de John Barber , Angleterre  1900/1904 Premier essais avec la turbine à air chaud selon Stolze  1905 Conception de la turbine à explosion selon Holzwarth  1906/1908 Constriction de la première turbine à explosion par BBC pour Dr.Holzwarth  1928 BBC reprend la fabrication d’une turbine Holzwarth améliorée  1933 Mise en opération de la première turbine Hozwarth de BBC, alimentée en gaz de haut fourneau.  1934 Développement de la chaudière Volex suralimentée. Environ 80 compresseurs/turbines à gaz furent installés jusqu’à 1939  1937 Mise en service du premier groupe compresseur/turbine à gaz à cycle simple  1939 Mise en service de la première turbine à gaz de 4000KW à la centrale de Neuchâtel 1.3 Définition de la turbine à gaz : Les turbines à gaz font partie des TURBOMACHINES définies par râteau comme étant des appareils dans lesquels a lieu un échange d’énergie entre un rotor tournant autour d’un axe à vitesse constante et un fluide en écoulement permanent. Est une machine tournante thermodynamique appartenant à la famille des moteurs à combustion interne dont le rôle est de produire de l’énergie mécanique (rotation d’un arbre) à partir de l’énergie contenue dans un hydrocarbure. Dans sa forme la plus simple elle comprend trois éléments principaux :  Le compresseur  La chambre de combustion  La turbine En effet, elle prend et comprime l'air atmosphérique dans son propre compresseur, augmente la puissance énergétique de l'air dans sa chambre de combustion et convertie cette puissance en énergie mécanique utile pendant les L'énergie mécanique qui en résulte est machine réceptrice, qui produit la puissance utile pour le processus industriel. 1.4 Composition de la turbine à gaz Figure: 1.4.1 Les sections principales : principaux présents dans l’ordre suivent 1.4.1.1 Le Compresseur L'air extérieur est d'abord aspiré dans le compresseur de typ fournir des débits d'air élevés, nécessaires pour obtenir une puissance élevée dans un espace restreint. Il est également utilisé pour fournir une source d'air nécessaire au refroidissement des parois du les aubes et les disques de turbine. En outre, le compresseur fournit de l'air pour le refroidissement de la turbine et pour l'étanchéité de l'huile de lubrification dans les roulements. 9 gie mécanique utile pendant les processus de détente qui a lieu dans ie mécanique qui en résulte est transmise par l'intermédiaire d'un accouplement à une machine réceptrice, qui produit la puissance utile pour le processus industriel. Composition de la turbine à gaz : Figure: І-1 Schéma générale de la turbine à gaz Les sections principales : Une turbine a gaz est composée de plusieurs éléments principaux présents dans l’ordre suivent : Le Compresseur : L'air extérieur est d'abord aspiré dans le compresseur de type axial car il est capable de fournir des débits d'air élevés, nécessaires pour obtenir une puissance élevée dans un espace Il est également utilisé pour fournir une source d'air nécessaire au refroidissement des parois sques de turbine. En outre, le compresseur fournit de l'air pour le refroidissement de la turbine et pour l'étanchéité de l'huile de lubrification dans les roulements. processus de détente qui a lieu dans la section turbine. accouplement à une machine réceptrice, qui produit la puissance utile pour le processus industriel. Une turbine a gaz est composée de plusieurs éléments e axial car il est capable de fournir des débits d'air élevés, nécessaires pour obtenir une puissance élevée dans un espace Il est également utilisé pour fournir une source d'air nécessaire au refroidissement des parois En outre, le compresseur fournit de l'air pour le refroidissement de la turbine et pour Composants principaux :  Le rotor  Le stator  L’enveloppe d’admission  Le corps du compresseur  L’enveloppe d’évacuation du compresseur  Tubes d'interconnexion Figure I 1.4.1.2 La chambre de combustion Placée en aval du compresseur, Elles entourent les moteurs comme un anneau creux entre le compresseur et la turbine. La combustion du mélange air bougies, lorsque l’allumage se produit dans une des chambres, les gaz chauds de combustion passent dans des tubes foyers et vont allumer le m Figure: 10 L’enveloppe d’admission compresseur L’enveloppe d’évacuation du compresseur Tubes d'interconnexion Figure I.2 : Compresseur de la turbine à gaz La chambre de combustion : Placée en aval du compresseur, Elles entourent les moteurs comme un anneau creux entre le La combustion du mélange air-gaz a lieu dans cette section. Elle est déclenchés par des bougies, lorsque l’allumage se produit dans une des chambres, les gaz chauds de combustion passent dans des tubes foyers et vont allumer le mélange des autres chambres. Figure: І-3 Schéma de la chambre de combustion. Placée en aval du compresseur, Elles entourent les moteurs comme un anneau creux entre le gaz a lieu dans cette section. Elle est déclenchés par des bougies, lorsque l’allumage se produit dans une des chambres, les gaz chauds de combustion élange des autres chambres. 11 1.4.1.3 La turbine : La section turbine est la partie où produit du travail mécanique par la détente des gaz de combustion. Cette section comprend les éléments suivants : - Corps de turbine - Tuyère 1ère étage - Roue de turbine 1ère étage (roue HP) - Tuyère 2ème étage (aubage réglable ou directrice) - Roue de turbine 2ème étage (roue BP)  Corps de turbine: C’est l’élément structurel principal de la turbine car il contient tous les organes qui constituent la voie d’écoulement des gaz depuis les chambres de combustion à travers les roues jusqu’à l’échappement.  Tuyère 1ère étage: Les gaz chauds à haute pression quittant les chambres de combustion passent par une pièce de transition et sont dirigés vers les aubes de la roue HP via la tuyère 1ère étage (figure: І-4). La tuyère comprend les segments d'aube directrice montés dans une bague de retenue, soutenue dans la veine des gaz chauds par un dispositif de fixation. Les tuyères sont soumises à des températures très élevées ce qui nécessite leur fabrication à partir d’alliages spéciaux, elles sont aussi refroidies avec de l’air de combustion.  Tuyères 2ème étage: La tuyère du second étage se compose d’aubes formant une directrice à angles variables dans l'espace circulaire de la veine des gaz chauds. Elle est insérée juste avant la roue BP (Figure: І-5). Ces aubes peuvent être variées en même temps grâce à un mécanisme qui comporte une bague de commande qui tourne sous l'action d'un cylindre hydraulique.  Roues de turbine: La turbine comprend 2 roues : - La roue de turbine HP qui entraîne le compresseur axial et qui est directement boulonnée sur le demi-arbre arrière du rotor du compresseur de manière à former un rotor haute pression. Ce rotor HP est soutenu par deux paliers N°1 et N°2. - La roue de turbine BP qui entraîne la charge (compresseur centrifuge) et qui est directement boulonnée sur un arbre pour former le rotor de turbine basse pression. Ce rotor BP est soutenu par deux paliers N°3 uploads/Industriel/ chapiters-1-2-3.pdf