La Turbine

Gaz

T 4

5

3

6

1 s
2004-02

Turbine à gaz 1

La Turbine à gaz

1. Cycle de Joule
QH

Le cycle de Joule (ou Brayton) est la base du cycle pratique employé dans les turbines à gaz. La numérotation des points est choisie en fonction des usages de l'industrie des moteurs d'aviation. La raison du choix des numéros sera expliquée plus loin. 1 à 3: Compression 3 à 4: Chauffage 4 à 6: Détente 6 à 1: Rejet de qL dq = 0 dp = 0 dq = 0 dp = 0
1 - QL T 3 4 W

6

p3 = p4 4

La dernière partie du cycle est souvent imaginaire; on rejette les gaz après la détente dans l'atmosphère et l'air frais est admis à l'entrée du compresseur. La raison est double. Primo, de cette façon on n'a pas besoin d'échangeur de chaleur. Secundo, dans la plupart des turbines à gaz, le chauffage se fait de façon directe en injectant un carburant dans la chambre de combustion, qui en brûlant dégage de la chaleur. Ceci fait qu'une partie de l'oxygène est utilisée, rendant ainsi l'air impropre à des combustions répétitives.

3 6 1

p1 = p6

1.1 Cycle à air idéal

s

Le premier principe, en négligeant tout changement d'énergie potentielle ou cinétique, donne (on suppose de l'air pur partout): Le travail wT = h4 - h6 pour la turbine et wC = h1 - h3 pour le compresseur: wnet = w = (h 1 - h3) + (h4 - h6) qH = h4 - h3 pour la chambre de combustion h - h + h4 - h6 = 1 3 =1th h4 - h3
T -T =1- 6 1 th T4 - T3

Donc, le travail net La chaleur à fournir

Et le rendement du cycle devient Ce qui donne pour cp constante:

h6 - h1 h4 - h3

Turbine à gaz 2

Comme

= p3/p1 = p4/p6:
T3 T = 4= T1 T6
-1 /

et avec

-1 =

on obtient:

th = 1

1

Donc, le rendement du cycle augmente avec le rapport des pressions.

1.2 Rapport de pression optimal
Un paramètre important est la T température maximale du cycle, Tmax température déterminée par la résistance thermique des aubes de la turbine. La température T4 est donc toujours une donnée du