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1 Introduction générale 2 Mon projet de fin d’études «PFE» intitulé «créer un m

1 Introduction générale 2 Mon projet de fin d’études «PFE» intitulé «créer un modèle de calcul de la performance d’une turbine à gaz» entre dans le cadre de la collaboration entre l’Institut Supérieur des Sciences et d Technologie de l’environnement Borj Cédria « I.S.S.T.E » et la société General Electric « GE ». Comme nous le savons, les turbines à gaz, ces machines thermiques qui servent à la conversion de l’énergie thermique en énergie mécanique ont connu ces dernières années un développement important dans de nombreuses applications industrielles en particulier dans le domaine des hydrocarbures et les centrales thermiques. Malgré ces avantages, leur haute sensibilité à l’influence de la température de l’air ambiant qui varie considérablement entre le jour et la nuit, l’été et l’hiver, fait que le rendement thermique d’exploitation de ces machines se trouve affecté. Actuellement pour solutionner le problème, on procède lors du projet, compte tenu des régions d’exploitation au surdimensionnement systématique des groupes d’entraînement par rapport aux machines entraînées. Ce moyen certes assez fiable est loin d’être économique compte tenu des prix élevés de ces machines et du nombre d’installations en exploitation. Généralement les turbines à gaz sont conçues à partir de conditions ambiantes bien précises (conditions ISO) à savoir une température ambiante de 15° C, une humidité relative de 60%, et une altitude de 0 mètre. Cependant, en exploitation ces conditions ne sont pas toujours réunies puisqu’elles dépendent des conditions météorologiques variables d’un jour à l’autre et d’une région à l’autre (climat sec, humide, aride, chaud). A cet effet, les performances de la même turbine à gaz ne sont pas constantes et varient au cours de l’année. Le cycle d’une turbine à gaz est un cycle très souple de sorte que ses paramètres de performance puissent être améliorés, en ajoutant des composantes supplémentaires au cycle simple. Ce travail concerna l’étude de l’effet de plusieurs paramètres tels que la température ambiante, la pression atmosphérique et l’humidité du climat sur les performances des installations des turbines à gaz et de créer un modèle de calcul de la performance de la turbine à gaz et de proposer plusieurs méthodes pour améliorés le rendement de notre turbines. 3 Plusieurs techniques sont développées afin de conditionner les installations de turbine à gaz sur site. Parmi ces techniques, on trouve le refroidissement par évaporation d’eau (injection de bouillard ou par ruissellement) et le refroidissement par l’utilisation d’un groupe frigorifique. L’objet de ce projet est de créer un modèle de calcul de la performance de la turbine gaz et d’aborder une étude sur l’amélioration des paramètres de performances de cette machine. A cet effet, nous avons considéré la turbine à gaz GE MS9001E utilisé dans l’industrie des hydrocarbures dans Le STEG Goulette 2 comme machine d’application de notre étude. Le présent travail est réparti en quatre chapitres :  Dans le premier chapitre une synthèse bibliographie sur la turbine à gaz et de donner leurs applications, limitations, avantages et désavantages.  Le deuxième chapitre porte essentiellement une présentation générale de la société General Electric.  Le troisième chapitre est une description de la turbine à gaz.  Le quatrième chapitre, représente l’étude de performance d’une turbine à gaz.  Enfin le cinquième chapitre, représente les techniques ont proposé pour améliorer le performance de la TAG. 4 Chapitre1 : Bibliographique 5 1. Introduction : L’objectif de ce chapitre est de faire une recherche bibliographique pour les turbines à gaz et de donner leurs applications, limitations, avantages et désavantages. 2. Historique de la turbine à gaz : La turbine à gaz industrielle est une technologie récente. Les turbines à vapeur et les diesel ont été employées depuis plus d'un siècle. L'utilisation des turbines à gaz dans le monde industriel et dans le but de produire de l'énergie ne date que d'une quarantaine d'années. Les premières turbines à gaz expérimentales ont été fabriquées au début du siècle, mais leur essor n'est apparu que pendant la seconde guerre pour la propulsion aéronautique. Le faible rendement de ces machines et leurs faibles capacités de puissance, malgré un rapport poids/puissance remarquable, n'ont pu les rendre intéressantes dans un contexte industriel avant les années 70. Dans les années 70, l'amélioration des rendements et des puissances liés aux avantages de démarrage rapide et de faible maintenance en ont fait un des moyens idéaux de production d'énergie en périodes de pointe et d'urgence. De nos jours, des turbines à gaz de plus en plus performantes et puissantes sont utilisées dans des cycles de cogénération ou des cycles combinés à haut rendement et répondant aux critères actuels de non pollution. • Quelques dates : 1847 : Claude Bourdin invente le mot turbine. 1903 : Première turbine à explosion expérimentale.(construite par Armengaud). 1936 : Première turbine à gaz aéronautique (Grande Bretagne). 1939 : Turbine à gaz industrielle en cycle fermé par Escher Wyss.2 MW (Suisse). 1944 : Turbine à gaz pour la propulsion marine (Elliot). 1960 : Développement de la turbine à gaz Frame 5 par GE. (Modèle développé à l'origine pour la traction ferroviaire). 1975 : Modèle 9001 B qui développe une puissance supérieure à 80 MW. 1992 : une turbine à gaz développe la puissance record de 216 MW. (modèle 9001 F de GE). 6 3. Applications : Les turbines à gaz sont plus généralement connues pour leur utilisation dans le domaine de l'aéronautique, mais elles ont également été utilisées pour la propulsion ferroviaire et marine. Elles sont actuellement et de façon croissante utilisées dans des applications industrielles et statiques. Ce dernier domaine est en pleine évolution, alors que le domaine aéronautique se consolide. Les principales applications industrielles sont: • Production d'électricité • Applications mécaniques de pompage • Compression pour l'industrie du gaz ou du pétrole • Utilisation des gaz chauds en cycles combinés 4. Evolutions et développements: Le rendement et la puissance d'une turbine à gaz peuvent être améliorés par l'augmentation de la température de flamme : (Température à l'entrée de la 1ère directrice). Un des principaux facteurs d'évolution est donc la tenue à de plus fortes températures, sans réduction de la durée de vie des pièces (cela représente des contraintes plus grandes tant en corrosion, érosion, qu'en fatigue thermique). Dans ce sens, GE utilise des matériaux encore plus performants, mais également tend à améliorer le refroidissement des parties chaudes de la machine. Ainsi, au cours des vingt dernières années, la température de flamme a été augmentée depuis 800°C jusqu'à 1288°C. 5. Limites techniques, Avantages, Désavantages : 5.1 Les limites de la turbine à gaz :  taux de compression (et donc rendement) limité par le nombre d’étage de compression nécessaires,  Baisse importante de rendement des compresseurs centrifuges à un régime plus faible que le régime nominal, 7  Température de combustion (et donc rendement) limitée par la résistance mécanique de la turbine.  Chute importante du rendement à charge partielle en particulier pour les machines à simple arbre.  Coût d’usinage des aubages notamment de la turbine.  Inaptitude aux arrêts et démarrages fréquents et peu progressifs.  Coût de maintenance plus élevé que pour un moteur diesel  Bien qu'à l'étude, les turbines à gaz ne peuvent pas brûler de fioul lourd contrairement au moteur diesel. Elles utilisent donc des carburants chers. 5.2 Les avantages de la turbine à gaz:  Aucun refroidissement externe.  Possibilité d’une variété de combustibles.  Démarrage rapide.  Faible encombrement et puissance élevée par rapports au poids.  Faible taux de vibration.  Echappement peu pollué.  Haute fiabilité nécessitant peu d’entretien.  Mise de fonds peu élevée. 5.3 les désavantages de la turbine à gaz :  Faible rendement thermique individuel.  Débit élevé de gaz d’échappement chauds.  Nécessité d’un démarrage auxiliaire.  Niveau de bruit élevé. 8 Chapitre 2 : Présentation générale de la société General Electric 9 1. Présentation générale de la société General Electric « GE » : Présente dans plus de 100 pays à travers le monde, GE est une entreprise diversifiée dans l’industrie, la technologie et les services. Avec des activités allant des moteurs d’avion et de la production d’électricité aux services financiers, en passant par les systèmes d’imagerie médicale et les programmes de télévisions, le groupe est présent dans plus de 100 pays et compte plus de 300 000 salariés dans le monde. Figure 1: les divisions de GE 1.1. Historique de la société : General Electric a été fondé en 1892 par la fusion de Thomson Houston et de Edison General Electric Company. En 1896, la « General Electric » fut l'une des douze compagnies qui ont formé le Dow Jones Industrial Average. Elle est la seule à y être encore. Jack Welch fut directeur général de General Electric de 1981 à 2001. Il est considéré par la presse comme un des meilleurs managers de l'histoire. Jeffrey Immelt succède à Jack Welch en 2001. Depuis, Immelt a permis à GE de maintenir une croissance interne de plus de 8%. General Electric a mis en place un plan de réorganisation destiné à accélérer la croissance et à développer la rentabilité du groupe. 10 uploads/Industriel/ 4.pdf