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Université HASSANE II CASABLANCA FACULTE DE SCIENCE ET TECHNIQUE MOHAMMEDIA Mod

Université HASSANE II CASABLANCA FACULTE DE SCIENCE ET TECHNIQUE MOHAMMEDIA Modélisation d’une turbine a gaz Génie énergétique 2 Réaliser par : AROUHAL ASMAA Encadrer par : DR ASSOU BELGHOUT ABDERRAHMAN CHADDOU ABDESSAMAD LACHHAB HAMZA ZOUINA OUSSAMA INTRODUCTION Plusieurs économies mondiales se reposent essentiellement sur l'énergie (gaz et pétrole) et pour produire de l'électricité, injecter les matières dans les zones de raffinage, de liquéfaction et de transport on utilise des machines appelées turbines. Les plus importantes sont les turbines à gaz où leur utilisation conduit à des émissions des Gaz brulés à des très hautes températures près de 500°C. Afin de réduire la pollution de ces gaz et de préserver l'environnement, plusieurs recherches scientifiques ont été conduites sur la façon d'exploiter les gaz d’échappement, elles ont atteint à établir un cycle combiné, qui nécessite essentiellement une haute température pour produire la vapeur nécessaire pour alimenter la turbine à vapeur. Dans ce projet, on s'intéresse à décrire une turbine à gaz d’une façon globale à travers ses étapes de fonctionnement et d’une façon locale à travers l'étude énergétique c’est-à-dire étude qui analyse les caractéristiques thermodynamiques de cette centrale (les puissances produites par les turbines et leurs rendements thermodynamiques….) ensuite, deux méthodes actuelles suivies pour améliorer les performances du TAG et enfin une petite conclusion. Chapitre I : Généralités et applications : Définitions : la turbine à gaz est un moteur à combustion interne de tous les points de vue ; Elle peut être considérée comme un système autosuffisant : 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 processus de détente qui ont lieu dans la section turbine ; L’énergie mécanique qui résulte est transmise par l’intermédiaire d’un accouplement à une réceptrice, qui produit la puissance utile pour le processus industriel.  Description des composantes d’une turbine à gaz : Dans le plus simple, une turbine à gaz est constituée par un filtre d’entrée d’air, un compresseur, une chambre de combustion, une turbine de détente et le système d’échappement vers l’atmosphère.  Le système de l’admission « Entrée d’air » : Il comporte un système de filtration générant une perte de charge modélisée par un coefficient de perte charge, qui peut être estimé sur une perte de charge de 0,6% à pleine puissance .Dans le cas où la turbine à gaz dispose d’un système de refroidissement en amont du compresseur la température ne doit pas descendre au-dessous de 5 à 7°C pour éviter les problèmes de givrage .Le refroidissement s’effectue par des systèmes à évaporation d’eau ou par l’intermédiaire d’un groupe frigorifique soit de compression ou d’absorption .Le premier et le dernier de ces systèmes induisent une perte de charge supplémentaire de l’ordre de 0,25%.Les deux premiers sont efficaces en cas d’air chaud et sec et utilisent l’enthalpie de vaporisation de l’eau pour refroidir l’air en accroissant son humidité à respectivement 90% et 95%. • Compresseur : Son rôle est de comprimer l’air avant son admission dans la chambre de combustion, il utilise plus que la moitié de la puissance produite par la turbine de détente  La chambre de combustion : Dans laquelle un combustible gazeux ou liquide est injecté sous pression, puis brûlé avec l'air comprimé, avec un fort excès d'air afin de limiter la température des gaz d'échappement.  Turbine de détente : Produit du travail mécanique par la détente des gaz de combustion pour entrainer le compresseur ou l’alternateur Figure I.1 : Schéma d’une turbine de détente  Classification des turbines à gaz : On peut classifier les turbines selon différents points: Par le mode de travail. Par le mode de fonctionnement thermodynamique. Par le mode de construction. Figure I.2: Classification des turbines à gaz  Par le mode de construction : L'objectif pour lequel, on utilise la turbine à gaz définit le type qu'on doit choisir. Dans l'industrie, on trouve les turbines à un seul arbre, dites aussi mono-arbre. Elles sont généralement utilisées dans le cas où on cherche un fonctionnement avec une charge constante (pour entraîner les générateurs d'électricité). Un deuxième type, englobe les turbines à deux arbres (bi-arbres); elles ont l'avantage d'entraîner des appareils à charges variables (pompes, compresseur,…). Elles se composent de deux parties, la première assure l'autonomie de la turbine, la deuxième est liée à la charge. Une troisième peut être aussi cité, ce sont les turbines dites dérivées de l'aéronautique; Elles ont une conception spéciale suivant le domaine dans lequel elles sont utilisées. Dans ce troisième type, la partie qui assure l'autonomie de la turbine existe toujours, et l'énergie encore emmagasinée dans les gaz d'échappement est utilisée pour créer la poussée, en transformant cette énergie (thermique et de pression) en une énergie cinétique de jet dans une tuyère (figure I.3). Figure I.3: Turbines à gaz à un arbre et à deux arbres.  Par le mode de travail : On distingue deux types de turbine : -Turbine à action : Où l’énergie thermique est transformée complètement en énergie cinétique dans la directrice. L’évolution des gaz dans la roue se fait sans variation de pression statique P1>P2=P3. -Turbine à réaction : Une partie de l’énergie thermique est transformée dans la roue en énergie cinétique et mécanique. L’évolution des gaz dans la roue se fait avec variation de la pression statique P1>P2>P3. Le taux de réaction ε caractérisera le % d’énergie thermique totale.  Par le mode de fonctionnement thermodynamique Il existe deux cycles thermodynamiques : Turbine à gaz à cycle fermé : Dans laquelle le même fluide est repris après chaque cycle. Turbine à gaz à cycle ouvert : C’est une turbine dont l’aspiration et l’échappement s’effectuent directement dans l’atmosphère. Ce type de turbine qui est le plus répandu se divise en deux classes : Turbine à cycle simple : C’est une turbine utilisant un seul fluide pour la production d’énergie mécanique, après la détente, les gaz possédant encore un potentiel énergétique sont perdus dans l’atmosphère à travers l’échappement. Turbine à cycle régénéré : C’est une turbine dont le cycle thermodynamique fait intervenir plusieurs fluides moteurs dans le but d’augmenter le rendement de l’installation. De nos jours la turbine à gaz connaît une large utilisation et dans différents domaines et en particulier dans le domaine des hydrocarbures à cause de leur grande gamme de puissance et leurs propres avantages.  Domaines d’application des turbines à gaz Les domaines d’application des turbines à gaz se devisent en deux catégories : A- Domaines fixes (utilisation industrielle) : o Entraînement des compresseurs. o Entraînement des pompes. o Entraînement des alternateurs. B-Domaines mobiles : o Pour la traction automobile. o Pour la traction ferroviaire. o Pour l’application marine. o Pour l’aviation (turboréacteur et turbo hélice). [4] • Avantages et inconvénients des turbines à gaz • Avantages : Une puissance élevée dans un espace restreint dans lequel un groupe diesel de même puissance ne pourrait pas être logé ; A l'exception de démarrage et arrêt, la puissance est produite d'une façon continue. Démarrage facile même à grand froid; Diversité de combustible pour le fonctionnement; Possibilité de fonctionnement à faible charge. • Inconvénients : Au-dessous d'environ 3000KW, prix d'installation supérieur de celui d'un groupe diesel; Temps de lancement beaucoup plus long que celui d’un groupe diesel ; à titre indicatif 30 à 120 s pour une turbine, 8 à 20 s pour un groupe diesel; Rendement inférieur à celui d’un moteur diesel (cycle simple). À titre indicatif : 28 à 33 % pour une turbine de 3000 KW, 32 à 38 % pour un groupe diesel. Chapitre II : Principe de fonctionnement :  Section d'admission : La section d'admission (figure II.1) d'une turbine à gaz a pour but de diriger l'air ambiant dans l'admission du compresseur axial afin de garantir : • Une bonne filtration de l'air pour le bon fonctionnement de la turbine. • Les particules solides contenues dans l'air admis (surtout pour les atmosphères humides) peuvent être collées sur les bouts d'ailettes de compresseur, ainsi que sur la base des aubes de stator par effet des forces centrifuges, donc une perte de rendement du compresseur et une augmentation de la consommation spécifique de la turbine. • Des grains de sable non bloqués par le filtre pour le cas des turbines implantées dans le Sahara, causent une usure érosive surtout aux hautes vitesses de rotation, cela peut changer le profil aérodynamique des ailettes, et peut même aller jusqu'à l'arrachement des ailettes du compresseur. • La présence des agents corrosifs par exemple : (Chlorure de Sodium près de la mer et dans les régions salées), peut induire une dégradation corrosive des équipements de la machine. Un débit d'air admis régulier afin de produire la puissance voulue. Le bouchage du filtre limite le débit d'air admis, qui a pour conséquences une chute de puissance, et une augmentation de la consommation spécifique. La section d'admission comprend les éléments principaux suivants : filtre d'admission, conduite, silencieux, coude, caisson d'admission et accessoires. L'air entre dans le filtre, traverse uploads/Industriel/ modelisation-d-x27-une-turbine-a-gaz.pdf