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RÉSUMÉ
Cet article est consacré aux turbines centripètes fonctionnant avec des fluides compressibles, avec notamment leurs principes fondamentaux et les techniques utilisées. Après quelques généralités sur les turbomachines et l’historique ayant conduit à l’émergence des turbines centripètes, il décrit les différentes distributions possibles des turbines centripètes (à volute, à aubes à calage variable, à injection partielle). Sont ensuite présentées toutes les relations thermodynamiques utiles à ces turbomachines, puis les lois de la mécanique des fluides régissant leur fonctionnement.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Marcel FRELIN : Sous-directeur de Laboratoire honoraire au Conservatoire National des Arts et Métiers
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Michel TOUSSAINT : Ingénieur de recherches au Conservatoire National des Arts et Métiers
INTRODUCTION
Le développement des turbines centripètes, fonctionnant avec des fluides compressibles, est lié à la part importante prise, aujourd’hui, par la suralimentation des moteurs à combustion interne.
Ce dossier, composé de deux parties, [BM 4 570] et , a pour but de décrire le fonctionnement et l’étude générale de ces turbines centripètes. Après avoir précisé le fonctionnement et diverses techniques utilisées, il est rappelé, dans cette première partie, les principes fondamentaux des turbomachines, principes spécifiques et nécessaires à l’étude de ces petites turbines centripètes.
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Utilisation des turbines centripètes
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1. Présentation
1.1 Généralités sur les turbomachines
Dans son utilisation usuelle, c’est-à-dire en régime stationnaire, il est commode de définir la notion de turbomachine (du latin turbo, turbinis = tourbillon, toupie) : c’est une machine tournante dont le rôle est d’assurer un échange d’énergie mécanique entre un rotor, muni d’aubages ou de pales, animé d’un mouvement de rotation à vitesse constante autour d’un axe et un fluide en écoulement quasi permanent dans son stator. Le corps, ou stator, se raccorde à la tuyauterie d’amenée par sa bride d’entrée et à celle du refoulement par sa bride de sortie.
Une turbomachine peut extraire et rejeter un fluide dans un même milieu mais elle est souvent interposée entre deux ou plusieurs enceintes contenant le même fluide à des niveaux de pression et de température différents. Sa fonction est d’emprunter ou de fournir de l’énergie à ce fluide. Suivant le sens de ce transfert la turbomachine sera dite réceptrice ou de détente lorsqu’elle reçoit de l’énergie du fluide et génératrice ou de compression quand elle lui en communique.
On différencie également les turbomachines en indiquant si le fluide véhiculé est incompressible ou compressible et en précisant la nature de l’écoulement interne dans la roue conformément à la figure 1.
Le tableau 1 représente les principales familles de turbomachines classées suivant ces trois critères.
Sur ce tableau les ventilateurs apparaissent dans la colonne des fluides incompressibles alors qu’ils véhiculent des gaz. Par opposition aux compresseurs, le taux de compression de ces appareils étant faible, on peut négliger les petites variations de masse volumique du fluide et, de ce fait, le considérer comme incompressible. Par contre, dans le cas des ventilateurs de grande puissance, on ne retiendra pas toujours cette hypothèse pour des raisons de rendement. Le calcul de ces machines sera affiné en tenant compte des petites variations de masse volumique du fluide.
Lorsque le fluide véhiculé dans les turbines est un liquide, généralement de l’eau, on dit qu’on a affaire à des turbines hydrauliques [16].
Cette classification n’est pas exhaustive, en particulier le spécialiste est souvent tenu d’apporter des informations complémentaires sur certains...
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