Gas turbine

Pages: 21 (5023 mots) Publié le: 1 juin 2013
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 à4: 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 (onsuppose 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 duproblème, tout comme la température T1. Considérons la figure cicontre. Entre les limites T 1 et T 4 il peut exister un nombre infini de cycles. Il existe cependant une température T3 pour laquelle on aura un travail maximal.
wnet = h 1 - h 3 + h 4 - h 6
4

6 3 1 s

c p T 1 - T3 + c p T 4 - T6

T T = c p T1 1 - 3 + c p T4 1 - 6 T1 T4
= c p T1 1 + c p T4 1 -

T1, T 4, et c p étant des valeursfixes, on peut dériver w par rapport au rapport de pressions valeur optimale, c.-à-d. la valeur pour le maximum de travail est donnée par
dw = 0 d
1

, et la

On trouve
T3 T1

opt

=

T4 T1

2

et puisque

=

on trouve que T3,opt= T1 T4 et T6= T3

Turbine à gaz 3

1.3 Cycle avec pertes
Dans une turbine à gaz réelle, ni la compression ni la détente sont réversibles. Celaaugmente le travail nécessaire pour la compression, tout en diminuant le travail fourni par la turbine. Pour le compresseur
h h 3 s wC, idéal = 1 = C wC, réel h1 h3 = T h4 h4 h6 h6 s = wT, réel wT, idéal

Pour la turbine

Le rapport de pressions optimal est aussi fonction des rendements, et il peut être démontré que dans le cas du cycle réel, on obtient:
1

T p3 4 p4

opt

=

T4
T CT1

2

Des pertes de pressions dans la chambre de combustion et dans la tuyère font de plus que p 4 < p 3 et p6 > p 1, ceci diminuant davantage le travail de la turbine.

3s

3

p6

6s p1

6

1

s

2. La turbine à gaz réelle
La turbine à gaz réelle se distingue du cycle de base par plusieurs faits. D'abord il n'est pas suffisamment exact de considérer les chaleurs spécifiques(et alors ) comme étant constantes. En plus, le gaz dans la turbine n'est plus de l'air, mais le produit de la combustion. Aussi la masse de gaz dans la turbine est plus grande que celle de l'air dans le compresseur, vu qu'on a ajouté une certaine quantité de carburant. Ces faits mentionnés nous obligent à utiliser des tables des propriétés de l'air et des gaz de combustion. Dans tout ce qui...
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