Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Le but du présent article est de décrire les différentes catégories de machines tournantes véhiculant un fluide, de présenter leurs principaux organes constitutifs, et d’exposer les particularités de leurs écoulements internes. Le fonctionnement de ces turbomachines est commenté en prenant comme exemples, une pompe centrifuge et une turbine axiale, ouvrant ainsi la voie vers des développements ultérieurs. Les principes de base de mécanique des fluides et de thermodynamique utilisés sont rappelés. Un exemple numérique est proposé, il permet de comprendre la démarche utilisée tout en précisant les ordres de grandeur et les unités.
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This article describes the different categories of rotating machines that convey a fluid. It presents their main constituent organs and details their internal flows. The workings of these turbomachines is illustrated with some examples – a centrifugal pump and an axial turbine – which are paving the way for further developments. The basic principles of thermodynamics and fluid mechanics that will be used are stated. A numerical example is proposed that has the advantage of showing orders of magnitude and units.
Auteur(s)
-
Michel PLUVIOSE : Professeur honoraire du CNAM, Paris, France
-
Christelle PÉRILHON : Maître de conférences Chaire de turbomachines du CNAM, Paris, France
INTRODUCTION
Tout processus énergétique consiste à établir des transferts de travail et de chaleur dans des appareils appropriés.
Dans les machines volumétriques, objets de différents articles de ce traité, cet échange d’énergie a lieu par déformations de capacités à l’intérieur desquelles le fluide est provisoirement emprisonné. Dans les turbomachines, les écoulements sont supposés permanents en première approximation, ce qui n’est pas le cas pour les machines volumétriques.
Les turbomachines — pompes, ventilateurs, compresseurs et turbines —, qui entraînent des débits de fluide plus grands que les machines volumétriques, jouent dans ces conversions d’énergie un rôle important d’échangeur de travail entre le fluide évoluant d’une part et un organe mécanique d’autre part. Ce dernier possède une partie en mouvement constituée d’un rotor muni d’ailettes. Par exemple, une turbine est un dispositif permettant d’extraire du travail sur un fluide lorsqu’il se détend depuis une haute pression jusqu’à une pression plus faible.
Les turbomachines de compression et de détente sont des machines dans lesquelles un fluide subit une transformation lors de son écoulement, en partie le long de conduits fixes formant le stator de la machine, et en partie le long de conduits mobiles appartenant au rotor, organe recevant ou transmettant la puissance mécanique selon le cas. Ces conduits offerts au fluide sont munis d’aubes. Dans une turbine, le rotor ou arbre d’entraînement transmet la puissance mécanique à un appareil récepteur qui peut être un alternateur, une pompe, un compresseur, etc. lequel utilise cette puissance à ses propres fins.
L’objectif de cet article est de présenter tout d’abord les différentes familles de turbomachines, leurs constituants, ainsi que les écoulements en leur sein. Dans un second temps, on rappelle les principes de base nécessaires à leur étude et à la compréhension de leur fonctionnement.
Cet article constitue le premier d’une série consacrée aux turbomachines [BM 4 281] [BM 4 282] [BM 4 283].
Un glossaire et un tableau des symboles utilisés sont présentés en fin d’article.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
turbomachine | pump | fan | compressor | turbine
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 2002 par Michel PLUVIOSE, Christelle PÉRILHON
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Principes de bases utilisés dans l’étude des turbomachines
En anglais
1. Description
1.1 Différentes familles de turbomachines
Une turbomachine est un ensemble mécanique dont le rôle est d’assurer un échange d’énergie entre un fluide en écoulement et un rotor animé d’un mouvement de rotation généralement uniforme autour de son axe.
On supposera, dans la suite de cet article, que l’écoulement est permanent.
Selon le sens de l’échange d’énergie, la turbomachine est dite :
-
génératrice lorsqu’elle communique de l’énergie au fluide ;
-
réceptrice lorsqu’elle en reçoit de celui-ci.
Puisqu’elle consomme ou recueille de l’énergie mécanique sur son arbre, la turbomachine doit être nécessairement accouplée à une autre machine jouant un rôle de :
-
moteur dans le cas des turbomachines génératrices (moteur électrique, moteur Diesel, turbomachine réceptrice) ;
-
machine entraînée dans le cas des turbomachines réceptrices (dynamo, alternateur, turbomachine génératrice).
Comme d’une manière générale un apport d’énergie au fluide s’accompagne d’une augmentation de sa pression et qu’inversement un emprunt d’énergie est associé à une diminution de pression, on parle indistinctement de turbomachine génératrice ou de compression et de turbomachine réceptrice ou de détente.
Parmi les différentes familles de turbomachines, les hélices marines et aériennes, ainsi que les éoliennes, tiennent une place particulière du fait qu’elles empruntent et rejettent le fluide dans un même milieu illimité.
Les turbomachines de détente portent le nom de turbines, alors que celles de compression se subdivisent en :
-
pompes, dans lesquelles le fluide en mouvement est liquide, et donc incompressible ;
-
ventilateurs, dans lesquels le fluide gazeux se comporte de manière incompressible c’est-à-dire que sa variation de volume massique au cours de la traversée de la machine est négligeable ;
-
compresseurs et soufflantes dans lesquelles la compressibilité du fluide gazeux intervient.
Ces turbomachines sont largement utilisées pour réaliser des cycles thermodynamiques ; c’est le cas des compresseurs...
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Description
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SEDILLE (M.) - Turbomachines hydrauliques et thermiques – tome 2 – Pompes centrifuges et axiales, turbines hydrauliques. - Masson (1967).
-
(2) - SEDILLE (M.) - Turbomachines hydrauliques et thermiques – tome 3 – Thermodynamique technique. - Masson (1969).
-
(3) - SEDILLE (M.) - Turbomachines hydrauliques et thermiques – tome 4 – Mécanique des fluides compressibles. - Masson (1970).
-
(4) - SEDILLE (M.) - Ventilateurs et compresseurs centrifuges et axiaux – tome 1 – Aérodynamique générale, calcul et fonctionnement. - Eyrolles, Masson (1973).
-
(5) - FRIBERG (J.) - Approche théorique et calcul pratique des diffuseurs. - LAJF Éditeur, Palaiseau (1996).
-
(6) - DIXON (S.L.), HALL (C.A.) - Fluid mechanics...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Se référer à l’article TI [BM 4 225]
HAUT DE PAGE
PROFLUID : association française des pompes et agitateurs, des compresseurs et de la robinetterie http://www.profluid.org
FIM Énergétique : association syndicale des équipements énergétiques http://www.fim-energetique.fr
Uniclima : syndicat des industries thermiques, aérauliques et frigorifiques http://www.uniclima.fr
Cetiat : centre technique des industries aérauliques et thermiques http://www.cetiat.fr
HAUT DE PAGE
Pour fixer les ordres de grandeur et résumer quantitativement ce chapitre, on peut proposer, pour l’ensemble des compresseurs, la classification approchée pression-débit de la figure 1.
Le tableau 1 résume, pour les machines et turbomachines, les différents cas généraux rencontrés. La décomposition en machine radiale ou axiale pourrait être également rajoutée.
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