Comment fonctionne une turbine à vapeur – Définition

Comment fonctionne une turbine à vapeur?

L’ énergie thermique contenue dans la vapeur est convertie en énergie mécanique par expansion à travers la turbine . L’expansion se fait par une série de pales fixes (buses), qui orientent le flux de vapeur dans des jets à grande vitesse . Ces jets contiennent une énergie cinétique importante, qui est convertie en rotation d’arbre par les pales du rotor en forme de godet, lorsque le jet de vapeur change de direction  (voir: Loi de la conversation en mouvement ). Le jet de vapeur, en se déplaçant sur la surface courbe de l’aube, exerce une pression sur l’aube du fait de sa force centrifuge. Chaque rangée de buses fixes et de lames mobiles est appelée un étage. Les pales tournent sur le rotor de la turbine et les pales fixes sont disposées concentriquement dans le carter circulaire de la turbine.

Dans toutes les turbines, la vitesse de rotation de l’ aube est proportionnelle à la vitesse de la vapeur qui passe sur l’aube. Si la vapeur ne se détend qu’en une seule étape de la pression de la chaudière à la pression d’échappement, sa vitesse doit être extrêmement élevée. Cependant, la turbine principale typique des centrales nucléaires, dans laquelle la vapeur se dilate d’environ 6 MPa à environ 0,008 MPa , fonctionne à des vitesses d’environ 3 000 tr / min pour les systèmes à 50 Hz pour génératrice à 2 pôles (ou 1 500 tr / min pour un générateur à 4 pôles). et 1 800 tr / min pour les systèmes 60 Hz pour génératrice à 4 pôles (ou 3 600 tr / min pour le générateur 2 pôles). Un anneau à une lame nécessiterait de très grandes lames et environ 30 000 tr / min, ce qui est trop élevé pour des raisons pratiques.

Par conséquent, la plupart des centrales nucléaires utilisent un turbogénérateur à un seul arbre, composé d’une turbine HP à plusieurs étages et de trois turbines parallèles à plusieurs étages , d’un générateur principal et d’un excitateur.  HP Turbine est généralement une turbine à réaction à double flux comportant environ 10 étages avec des aubes à enveloppe et produit environ 30 à 40% de la puissance brute fournie par le groupe électrogène. Les turbines BP sont généralement des turbines à réaction à double fluxavec environ 5 à 8 étages (avec des lames enveloppées et avec des lames libres des 3 derniers étages). Les turbines BP produisent environ 60 à 70% de la puissance brute produite par le groupe électrogène. Chaque rotor de turbine est monté sur deux roulements, c’est-à-dire qu’il existe des doubles roulements entre chaque module de turbine.

Dans ces turbines, l’étage haute pression reçoit de la vapeur (cette vapeur est une vapeur presque saturée – x = 0,995 – point C sur la figure; 6 MPa ; 275,6 ° C) provenant d’un générateur de vapeur et l’échappement vers le séparateur-réchauffeur d’humidité (point D ). La vapeur doit être réchauffée afin d’éviter des dommages pouvant être causés aux aubes de turbine à vapeur par de la vapeur de qualité inférieure . Le réchauffeur réchauffe la vapeur (point D), qui est ensuite dirigée vers l’étage basse pression de la turbine à vapeur, où elle se détend (points E à F). La vapeur évacuée se condense ensuite dans le condenseur et se trouve à une pression bien inférieure à la pression atmosphérique (pression absolue de 0,008 MPa ) et se trouve dans un état partiellement condensé (point F), typiquement d’une qualité voisine de 90%.