Présentation
Auteur(s)
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Michel PLUVIOSE : Professeur honoraire du Conservatoire national des arts et métiers (CNAM)
-
Christelle PÉRILHON : Maître de conférences - Chaire de turbomachines du CNAM
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Lire l’articleINTRODUCTION
La puissance réelle absorbée par une machine de compression est toujours supérieure à celle d’une machine parfaite, c’est-à-dire sans pertes, qui fonctionnerait entre les mêmes niveaux de pression. Entre ces mêmes niveaux de pression, une machine de détente fournit une puissance plus faible que celle que l’on serait en droit d’attendre si la machine était parfaite.
Le but de cet article est de faire apparaître l’origine et la nature des pertes qui altèrent l’échange d’énergie dans une turbomachine.
On définit ensuite les rendements qui caractérisent l’importance des pertes sur les transferts énergétiques.
Une application des principes à l’étude d’une turbine axiale conclut cet article ; elle récapitule les notions rappelées ou développées précédemment.
Cet article constitue le dernier volet d’une série consacrée aux turbomachines :
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Turbomachines- Description. Principes de base - Turbomachines. Description. Principes de base ;
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Turbomachines- Mécanisme de la conversion d’énergie - Turbomachines. Mécanisme de la conversion d’énergie ;
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Turbomachines- Thermodynamique de la conversion d’énergie - Turbomachines. Thermodynamique de la conversion d’énergie ;
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BM 4 283 - Turbomachines. Bilan énergétique et applications ;
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- Turbomachines. Pour en savoir plus.
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VERSIONS
- Version courante de août 2019 par Michel PLUVIOSE, Christelle PÉRILHON
DOI (Digital Object Identifier)
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Machines hydrauliques, aérodynamiques et thermiques
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Application à l’étude d’une turbomachine de détente1. Pertes et bilan énergétique d’une turbomachine
1.1 Classification des pertes
On peut classer les pertes d’une turbomachine selon deux optiques différentes :
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si l’on considère leur nature physique, elles se subdivisent en :
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pertes aérodynamiques d’aubages (ou hydrauliques), qui ont pour cause essentielle la viscosité du fluide, et qui se manifestent principalement dans tout canal fixe ou mobile par un terme de perte de charge 1.2.1,
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pertes par frottement de disque 1.2.2, dues à la viscosité du fluide, qui sont aussi des pertes aérodynamiques agissant sur les surfaces inactives du rotor,
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pertes par fuites (ou volumétriques) 1.2.3, dues à ce que de faibles fractions du fluide empruntent les passages étroits qu’il faut nécessairement ménager entre le rotor et le stator afin d’éviter des contacts mécaniquement dangereux. Ces fuites suivent de ce fait une évolution particulière. On analysera séparément celles qui traversent les garnitures d’étanchéité et celles qui se produisent aux extrémités libres des aubages mobiles,
-
pertes mécaniques, qui correspondent à la puissance consommée par les organes (paliers, butée) dont le rôle est de maintenir le rotor en position, ainsi que par les auxiliaires de la machine (pompe à huile de graissage, variateur de vitesse, etc.) ;
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-
si l’on s’intéresse à la destination de la quantité d’énergie dissipée, on est amené à identifier des :
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pertes internes, lorsque cette énergie dégradée est recueillie par l’écoulement principal,
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pertes externes, lorsqu’elle échappe à ce dernier ;
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en combinant ces deux points de vue, on constate que :
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les pertes aérodynamiques dans les aubages et les frottements de disque sont de nature interne,
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les fuites se partagent...
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