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I.1. Les turbomachines : On classe comme turbomachine toute machine dans laquel

I.1. Les turbomachines : On classe comme turbomachine toute machine dans laquelle de l’énergie est transférée ou perdue par le débit continue d’un fluide agissant sur des roues mobile à ailettes monté sur un rotor qu’on appelle aubes. Le mot ‘Turbo’ vient du latin et implique la rotation, cette rotation des aubes permet le changement de l’enthalpie du fluide accomplissant un travail positif ou négatif. Les changements d’enthalpie sont reliés avec le changement de pression du fluide. Suivant ce principe Deux types de turbomachine sont identifiés : Premièrement, ceux qui consomment de la puissance pour augmenter la pression du fluide (pompes et compresseurs) ; deuxièmement, ceux qui produisent de la puissance en détendant le fluide. L’écoulement du fluide par rapport à la disposition des aubes peut être : -Radial : quand le fluide parcours un chemin vertical par rapport aux aubes -Axial : quand l’écoulement est parallèle au passage dans les aubes. Centrifuge : le fluide suit dans ce cas un chemin dévié et rotationnel. a) Turbomachines et énergie hydraulique : Les turbomachines ont depuis longtemps servi à produire de l’électricité dans les centrales hydraulique de puissance inférieure à 10MW [17], et dans les grandes centrales ou elle est supérieure à 10MW. Turbines Pelton, Francis et Kaplan. b) Turbomachines et biomasse : Elles trouvent leur utilité dans : - Les distilleries fournissant le biocarburant pour le transport -Les chaudières biocombustible (bois, sciure, paille, etc.) fournissant du chauffage ou de l’électricité. -Bio digesteurs (déchets organique, poubelles) produisant du biogaz pour la production d’électricité en centrale. Elles ne participent pas au processus de transformation mais sont essentiel dans la création d’énergie. c) Turbomachines et géothermie : Utilisé principalement dans les centrales à basse et moyenne énergie T< 150°C et à haute énergie T >°C[17] . I.4.1. Turbine à vapeur : I.4.1.1. Définition : La turbine à vapeur est un des matériels stratégiques des installations de production d’énergie électrique. Son indisponibilité entraîne la perte de la production d’énergie, contrairement à d’autres matériels (pompes alimentaires, pompes de circulation assistée, ventilateurs...) dont la redondance permet de poursuivre l’exploitation des installations soit à pleine charge, soit éventuellement à charge partielle. I.4.1.2. Types des turbines à vapeur : Les turbines à vapeur sont classées selon les conditions de la vapeur à l’évacuation, soit des types à condensation ou sans condensation. Dans les turbines à condensation, la vapeur d’admission est habituellement surchauffée pour minimiser la condensation à l’intérieur de la turbine et la vapeur d’échappement est à une pression inférieure à la pression atmosphérique. La faible pression d’échappement est produite par un échangeur de chaleur externe qui refroidit la vapeur et la condense alors qu’elle s’échappe de la turbine. Dans les turbines sans condensation, quelquefois appelées turbines à contrepression, la vapeur d’échappement est égale ou supérieure à la pression atmosphérique. Comme la vapeur d’admission est souvent à la pression et à la température de saturation, on obtient un mélange de vapeur et de condensat, soit une vapeur humide à l’échappement. I.4.1.3. Composants de la turbine : Nous avons vu précédemment que l’ampleur des accidents majeurs est la conséquence des niveaux d’énergie emmagasinés dans les rotors. Nous nous intéressons ici aux actions de maintenance qui concernent ces seuls composants, destinées à garantir leur intégrité, sachant que la maintenance visant à limiter les risques d’emballement de la ligne d’arbres est traitée dans le paragraphe relatif aux organes d’admission vapeur. Les turbines à vapeur sont équipées de rotors construits selon trois types de conception : -Rotor monobloc forgé ; -Rotor à disques frettés ; -Rotor soudé. Ces différentes conceptions, qui dépendent de la dimension des pièces et de la maîtrise des techniques correspondante des constructeurs, sont déterminantes pour la définition des zones sensibles à contrôler sur ces composants. 1) Organes d’admission vapeur : Les organes d’admission vapeur comprennent : -les vannes d’arrêt destinées à interrompre le débit de vapeur dans un temps requis de quelques dixièmes de seconde lors des déclenchements. -les soupapes de réglage dont le rôle est de régler la vitesse de la turbine et, une fois le groupe turboalternateur couplé au réseau électrique, de régler sa puissance. Il faut considérer que les soupapes de réglage, également capables d’interrompre le flux de vapeur en cas de déclenchement, constituent, avec les vannes d’arrêt, un système de sécurité redondant. 2) Clapets de soutirage : a) Limitation du risque d’emballement de la ligne d’arbres : Les clapets de soutirage protègent la turbine contre les survitesses consécutives à une éventuelle re- vaporisation de l’eau contenue dans les réchauffeurs lors de la fermeture des organes d’admission. Les dispositions de maintenance visent à vérifier leur fonctionnement lors d’essais périodiques et à examiner leur état lors des révisions. Elles sont similaires aux dispositions prises pour la maintenance des organes d’admission vapeur. b) Retours d’eau dans la turbine : Sans conduire dans tous les cas à la mise en survitesse de la ligne d’arbres, la défaillance d’un clapet de soutirage peut entraîner des dommages importants tels que la déformation d’un rotor par retour d’eau ou de vapeur « froide » des réchauffeurs. I.4.1.3. Principe de fonctionnement de la turbine à vapeur : Une turbine à vapeur transforme l’énergie de la vapeur en puissance à l’arbre soit par l’impact, soit par le passage de la vapeur sur les aubes fixées à l’arbre. Dans une turbine à action, la vapeur se détend dans les tuyères, ce qui a pour effet de réduire la pression et d’augmenter la vitesse. Les profils de pression. La vapeur haute vitesse est acheminée à travers la première rangée d’aubes mobiles. Celles-ci absorbent une partie de la vitesse et font tourner l’arbre. La vapeur traverse ensuite une rangée d’aubes fixes qui la redirige vers une deuxième rangée d’aubes mobiles où la vitesse de la vapeur est réduite de nouveau pour exploiter au mieux l’énergie. L’effet cumulatif des forces réactionnelles sur les aubes mobiles assure la puissance rotative communiquée à l’arbre. Une turbine Multi étagée peut comporter plusieurs rangées d’aubes fixes et mobiles tandis qu’une turbine à un seul étage ne comprend que des aubes mobiles. Dans une turbine à réaction pure, la vapeur traverse un premier étage d’aubes fixes qui réduisent la pression et accélèrent la vapeur vers le premier étage d’aubes mobiles. Le processus se répète sur des couronnes successives d’aubes fixes et mobiles pour assurer la puissance de l’arbre. En pratique, la plupart des turbines fonctionnent par action et réaction. Les aubes courtes traversées par de la vapeur haut pression, fonctionnent surtout par action tandis que celles plus longues traversées par de la vapeur basse pression, fonctionnent surtout par réaction. La plupart des turbines à vapeur alimentant les compresseurs, les ventilateurs, les pompes et les petits générateurs comprennent de une à trois rangées d’aubes fonctionnant surtout par action. a) Turbine à action : Ou turbine a pressions égales qui dépend presque ou totalement de son fonctionnement à partir de la ‘force de contact’ d’un écoulement de vapeur sur les aubes du rotor. Ainsi la turbine à action est conçue de sorte que la diminution de pression de la vapeur circulant à travers les aubes et responsable du travail accompli, se passe entièrement dans les canaux fixes, pratiquement aucune diminution de pression n’a lieu dans les canaux mobiles [15]. Le concepteur donne aux aubes mobiles la force qui cause la rotation à travers l’effet de poussée de l’écoulement de vapeur sur les aubes fixes b) Turbine à réaction : Elle dépend principalement de la force réactive du jet de vapeur aux bords des aubes mobile à des vitesses plus grande que celle à l’entrée de l’aube. Ainsi une turbine à réaction est conçue de sorte que la moitié de la perte de pression de la vapeur qui y circule et qui produit le travail sur l’arbre se passe sur les aubes mobiles, et l’autre moitié a lieu sur les aubes fixes. Pour les turbines à réaction la grille d’aube est conçue de sorte que le flux de vapeur ne produise pas d’effet de choc sur les aubes mobile lors de son écoulement rapide à l’entrée et accélérée à la sortie de l’aube, ainsi la rotation du rotor est produite par réaction [15]. On conclue ainsi que la différence entre une turbine à action est à réaction est que il n’y a aucune différence entre la pression abordant les aubes fixes à l’entrée et à la sortie, alors que dans une turbine à réaction il a y une différence entre la pression à l’entrée et celle à la sortie. c) Turbine à réaction et à action : Est une turbine dont certain de ses étages ont a action et d’autre sont à réaction, et ceci est utilisé pour les turbines de grandes dimensions. I.4.1.5. Avantages et inconvénients des turbines à vapeur : a) Avantages : Lorsqu’une usine est bien alimentée en vapeur, l’installation de la turbine à vapeur peut être plus économique que celle de gros moteurs électriques ou de turbines à gaz. La puissance de sortie des turbines à vapeur est plus élevée que celle des turbines à gaz de taille et de consommation uploads/Industriel/ les-turbomachines.pdf