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Lesturbines :

Les turbine sont des machines rotatives qui convertissent lnergie fournie par lexpansion des gaz chaudes ou

de la vapeur en nergie mcanique. La figure suivante classe les divers types de turbines dusage courant dans

les installations industrielles et les btiments. Les turbines vapeur et gaz constituant les deux catgories

principales. Comme leur sources nergtiques et leur caractristiques de fonctionnement diffrent

Turbine gaz industrielle :

La premire turbine gaz qui ait t utilise industriellement pour une centrale lectrique a t

oprationnelle Neuchtel en 1939.

Comme pour les moteurs de voitures, le cycle dune machine thermodynamique est dautant plus

performant quest grande la diffrence entre la temprature maximum (la source chaude) et la tempratureminimum (la source froide).

Une difficult pour augmenter le rendement des turbines gaz vient des limites de rsistance la chaleur

des ailettes de la turbine de sortie. Un dispositif mlangeant de lair au gaz brlant peut assurer que latemprature est en-dessous de la limite tolre.

http://files.asme.org/ASMEORG/Communities/History/Landmarks/5604.pdfhttp://files.asme.org/ASMEORG/Communities/History/Landmarks/5604.pdfhttp://files.asme.org/ASMEORG/Communities/History/Landmarks/5604.pdfhttp://files.asme.org/ASMEORG/Communities/History/Landmarks/5604.pdf

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Le rendement de la centrale de Neuchtel (4 MW) tait de 18 % en 1939 pour une temprature de la source

chaude de 538C. Les constructeurs avaient lintention darriver 23% en poussant la temprature jusqu648C.

Cinq ans plus tard, la fin de la premire guerre, les Allemands utilisent des avions raction, trs rapides

mais pas encore au point et consommant beaucoup. Ces avions utilisent le principe des moteurs turbine, sauf

que lalternateur est supprim etque les gaz schappent librement larrire, propulsant lavion par raction

(dessin extrait de [66], droits rservs).

Pendant la guerre froide, dnormes crdits de recherche et de dveloppement sont consacrs aux avions

raction. Lacier des ailettes est remplac par des mtaux spciaux. La temprature est maintenant porte

1260C et le rendement approche de 40 %. Les firmes qui ont acquis lexpertise pour construire des moteurs

davion fabriquent maintenant aussi des centrales gaz

Cycle thermodynamique des moteurs etturbines :

Pour optimiser le cycle thermodynamique des moteurs essence 4 temps, il faut une compression

rduisant le volume par 10 en multipliant la pression par 10. Les soupapes en mtal spcial doivent supporterdes tempratures leves.

Le bon rendement thermodynamique de ce cycle peut aussi tre obtenu avec des turbines (dessin ci-dessous)La compression est ralise dans des turbines ayant plusieurs tages de rotors pour rduire le volume par 10.

La combustion est ralise dans une chambre de combustion spare o le carburant, ptrole ou gaz, es

mlang lair comprim et allum.

http://www.leseoliennes.be/information/references.htm

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La dtente est la priode motrice des moteurs de voitures. La dtente se passe ici dans une turbine

actionne par les gaz dchappement, ce qui fournit la puissance pour actionner le compresseur et pour fairetourner un alternateur. Le schma reprsente des turbines spares pour l'entranement du compresseur et pour

lalternateur. Des systmes plus simples emploient une seule turbine sur un axe commun mais ne permettent pasdes rglages prcis. Le gaz ne sallume et ne brle bien que dans une troite plage du pourcentage

air/carburant.

Cycle thermodynamique :

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Le cycle des moteurs est un cycle ferm reprsent sur des graphiques thermodynamiques. La puissance estd'autant plus forte que la zone en couleur est plus vaste.

Dans les turbines gaz, de l'nergie est rcuprable entre le point 4 et la zone froide en 1. Comme lacombustion du gaz naturel produit de la vapeur d'eau, on amliore le cycle en plaant un condenseur avant la

chemine.

Leau de condensation acide, au lieu de se retrouver dans des pluies acides, coule au fond du condenseur et

doit tre est vacue sans polluer. Pour rsister aux acides, les parois et tubes des chaudires doivent tre enacier inoxydable ou en cramique .

Le rendement est meilleur si la compression (point 2) est forte et si la temprature maximum (point 3) est

leve mais des contraintes limitent ce qui est ralisable.

Les cycles combins :

Depuis les chocs ptroliers de 1974 et 1979, il devient rentable davoir des installations compliques etchres pour amliorer le rendement des centrales. Cest le but des cycles combins.

Le dessin montre comment les gaz dchappement de la turbine gaz servent rchauffer une centrale

thermique classique qui contient sa propre turbine. Le rendement de la turbine dentre est encore acceptablepuisque la chaudire refroidit (moins bien qu'un condenseur) les gaz dchappement. La seconde partie est une

centrale thermique vapeur qui a un rendement de lordre de 33% sur lnergie calorifique contenue dans les

gaz dchappement (45 %). Au total 35 % + 33 % de 45 % = 50 %. Ce chiffre, dj optimiste, est retravaillpar les publicistes jusqu ce quils trouvent une formulation qui ne contient pas derreurs videntes (cest

dire, qui pourraient tre expliques et juges srieuses par des juristes tudiant ce cas). Le rendement des

centrales TGV (Turbine-Gaz-Vapeur) passe ainsi de 50 65 %. Il ny a plus beaucoup de chaleur rcuprerdans une centrale TGV mais des applications de cognration sont nanmoins considres.

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SOMMAIRE

turbine .2

turbine gaz industriel 2

cycle thermodynamique des moteurs et des turbines..3cycle thermodynamique4

les cycle combins.5

ouvrages.7

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OUVRAGE

Srie de la gestion dnergie n 14 (Compresseurs et turbines).nergie, mines et

ressources, Canada .