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Auteur(s)
-
Michel VINCENT DE PAUL : Ingénieur de l’École centrale de Paris - Chef du département Recherches, Grandes Turbines à Vapeur de GEC-ALSTHOM
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans la partie « Conception et fonctionnement » de l’article « Turbines à fluide compressible », on voit que le rendement global d’une turbine dépend :
-
du rendement mécanique ;
-
du rendement volumétrique, fonction du débit q passant par le jeu nécessaire entre stator et rotor ;
-
du rendement adiabatique du groupe d’étages, fonction des coefficients de ralentissement ϕ et ψ et du coefficient m de perte par vitesse restante.
Nous n’étudierons pas les pertes mécaniques dont les origines sont diverses. Nous allons, dans cette partie, analyser les différents phénomènes qui contribuent à la diminution du rendement et montrer comment il est possible de limiter cette diminution. Nous avons classé ces pertes de rendement en deux catégories.
Les manques à gagner représentent une énergie disponible, mais qu’on ne peut pas transformer ; il s’agit :
-
de l’énergie cinétique à la sortie du dernier étage ;
-
de l’énergie du débit de fuite q qui ne va pas produire de travail.
Les pertes proprement dites, liées à l’écoulement, se concrétisent par une augmentation d’entropie et sont représentées essentiellement par les coefficients de ralentissement ϕ et ψ et partiellement par le coefficient m (pour les pertes entre étages).
l’article « Turbines à fluide compressible » fait l’objet de plusieurs fascicules : BM 4 560 Conception et fonctionnement BM 4 561 Pertes et moyens de les réduire
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres.
Le lecteur devra assez souvent se reporter à l’autre fascicule. Le numéro de fascicule est suivi du numéro de paragraphe ou de figure.
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Réduction des « manques à gagner »
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2. Analyse des pertes liées à l’écoulement et moyens de les réduire
Nous allons nous intéresser dans ce paragraphe aux pertes, qui se concrétisent par une augmentation d'entropie, et qui interviennent dans le rendement (BM 4 560 § 2) par les coefficients de ralentissement ϕ et ψ. Auparavant, nous donnerons quelques précisions sur les angles de sortie α1 ou β2 que nous avons considérés dans notre discussion sur le rendement comme étant fixés uniquement par la géométrie de la grille d'aubes.
2.1 Angle de sortie d'une grille d'aubes en écoulement bidimensionnel
En subsonique, l'angle de sortie reste très voisin de Arcsin (c /t). Mais compte tenu des angles faibles utilisés dans les distributeurs, un faible écart peut entraîner un écart non négligeable sur le débit et, si la veine est trop fermée, la puissance maximale garantie ne pourra pas être atteinte.
un écart de 1× pour un angle moyen de 12× entraîne un écart de 9 % sur le débit, en supposant que l'étagement des pressions soit inchangé.
Soit « c », la largeur ABi –1 de la section de sortie ; la conservation du débit entre cette section et une section loin à l'aval (indice •) où l'écoulement est redevenu uniforme (figure 18) s'écrit :
Posons :
ϕc étant le coefficient de ralentissement représentant la perte jusqu'à la section (c) et βc et βsc des coefficients représentant la non-uniformité des vitesses réelles ou isentropiques dans cette section (c).
En posant αc = Arcsin
, on trouve :
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