Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Le point faible d’une turbine, thermodynamiquement parlant, reste à coup sûr la volute, responsable de plus de la moitié de la dégradation énergétique de cette machine. Par une approche unidimensionnelle de l’écoulement dans la volute, cet article commence par exprimer l’expression des composantes de la vitesse à l’entrée de la roue. Sur la base d’hypothèses simples, une méthode rapide permet d’ébaucher une géométrie de la turbine, puis sa modélisation et l’accès à ses caractéristiques.
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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
Dans le projet d’une turbine, le point le plus délicat est celui de la volute qui est responsable de plus de la moitié de la dégradation énergétique totale et ceci sans tenir compte des transferts de chaleur qu’elle occasionne. Une approche unidimensionnelle de l’écoulement dans la volute a été détaillée afin d’obtenir l’expression des composantes de la vitesse à l’entrée de la roue.
L’écoulement dans la volute n’est pas adiabatique et il est proposé une loi de similitude pour l’ensemble de la turbine. Ces nombres adimensionnels présentent pour l’ingénieur une méthode facile et approchée pour transposer des résultats dans des conditions différentes d’essais et de fonctionnement.
En utilisant des hypothèses simplificatrices il est présenté un calcul rapide, suivi d’une application numérique, visant à satisfaire un point nominal de fonctionnement. Les résultats obtenus permettent d’ébaucher une géométrie de la machine et de s’assurer ainsi de la faisabilité d’utiliser une turbine centripète. En partant de sa géométrie une modélisation unidimensionnelle de l’ensemble turbine est développée afin de prévoir ses courbes caractéristiques.
Un tableau des notations et symboles est situé dans la première partie .
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Approche unidimensionnelle de l’ensemble turbine
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3. Similitude des turbines centripètes
Le lecteur pourra également se reporter à [23], dans les Techniques de l’Ingénieur.
3.1 Similitude des turbomachines
Connaissant expérimentalement les caractéristiques d’une turbomachine, dans des conditions d’essais données, nous savons que l’utilisation des variables, déduites de l’analyse dimensionnelle, permet non seulement de prédire les performances de cette machine dans d’autres utilisations mais également de déterminer celle de tout autre appareil qui lui serait homothétique.
Ainsi, pour une famille de turbines homothétiques, le taux de détente
est représenté en fonction du débit sous forme adimensionnelle
pour plusieurs valeurs constantes du nombre de Mach de fonctionnement, rapport entre la vitesse périphérique et la vitesse du son en un point de référence choisi arbitrairement à l’entrée de la turbine
. Le taux de détente, fonction de ces deux variables, est représenté par une famille de courbes ; une courbe est nécessaire pour chaque valeur du nombre de Mach de fonctionnement. Dans ce système de coordonnées nous avons :
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Similitude des turbines centripètes
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BORNEMISZA (T.), NAPIER (J.) - Comparison of Ceramic Vs. Advanced Superalloy Options for a Small Gas Turbine Technology Demonstrator. - ASME Congress Amsterdam (1988).
-
(2) - DESCOMBES (G.) - Contribution à l’étude des performances d’une petite turbine de suralimentation à géométrie variable. - Thèse Paris 6 (1997).
-
(3) - DUAN (Q.) - Contribution à l’étude des caractéristiques d’une petite turbine de suralimentation. - Thèse Paris 6 (1991).
-
(4) - FEVRE (S.) - Application de la vélocimétrie Laser Doppler à des mesures de vitesses dans une petite turbine de suralimentation. - Thèse Paris 6 (1990).
-
(5) - FRELIN (M.) - Caractéristiques des fluides. - Techniques de l’Ingénieur BM 4 215.
-
(6) - FRELIN (M.) - Prévision...
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