Quel est le type de turbines à vapeur – Définition

Types de turbines à vapeur. Les turbines à vapeur peuvent être classées en différentes catégories en fonction de leur construction, de leurs pressions de travail, de leur taille et de nombreux autres paramètres. Génie thermique

Types de turbines à vapeur

Turbine à vapeur - types

Les turbines à vapeur peuvent être classées en différentes catégories en fonction de leur construction, de leurs pressions de travail, de leur taille et de nombreux autres paramètres. Mais il existe deux types de base de turbines à vapeur:

  • turbines à impulsion
  • turbines à réaction .

La principale différence réside dans la manière dont la vapeur s’étend lorsqu’elle traverse la turbine.

Turbine à impulsion et turbine à réaction

Les types de turbines à vapeur basés sur la géométrie des aubes et le processus de conversion d’énergie sont les turbines à impulsion et à réaction.

Turbine à vapeur - Types de turbine

Turbine à impulsion

Turbine à vapeurLa turbine à impulsions est composée d’ aubes mobiles alternant avec des buses fixes . Dans la turbine à impulsion, la vapeur est détendue dans des buses fixes et reste à une pression constante lors du passage sur les aubes. Les turbines Curtis , Rateau ou Brown-Curtis sont des turbines à impulsion. La turbine à vapeur originale, la De Laval, était une turbine à impulsion dotée d’une roue à une seule lame.

La totalité de la chute de pression de vapeur a lieu uniquement dans les buses fixes. Bien que les pales d’impulsion théoriques aient une chute de pression nulle dans les pales mobiles, pratiquement, pour que l’écoulement ait lieu à travers les pales mobiles, il doit également y avoir une petite chute de pression à travers les pales mobiles.

Impulse vs Reaction Turbine - comparaison
Impulse vs Reaction Turbine – comparaison

Dans les turbines à impulsion, la vapeur se dilate à travers la buse, où la majeure partie de l’énergie potentielle de pression est convertie en énergie cinétique. La vapeur à grande vitesse des buses fixes impacte les pales , change de direction , ce qui à son tour applique une force . L’ impulsion qui en résulte entraîne les pales vers l’avant, entraînant la rotation du rotor. La principale caractéristique de ces turbines est que la chute de pression par étage peut être assez importante, permettant de grandes pales et un nombre d’étages plus réduit. À l’exception des applications à faible puissance, les aubes de turbine sont disposées en plusieurs étapes en série, appelées compoundage, ce qui améliore considérablement l’efficacité à basse vitesse.

Les turbines à vapeur modernes utilisent fréquemment à la fois la réaction et l’impulsion dans la même unité, variant généralement le degré de réaction et d’impulsion du pied d’aube à sa périphérie. Les pales du rotor sont généralement conçues comme une lame d’impulsion à la pourriture et comme une lame de réaction à la pointe.

Pale de turbine - Impulsion et réaction
Lame de réaction impulsionnelle

Étant donné que les étages Curtis réduisent considérablement la pression et la température du fluide à un niveau modéré avec une proportion élevée de travail par étage. Une disposition habituelle consiste à prévoir du côté haute pression un ou plusieurs étages de Curtis, suivis d’un Rateau ou d’une étape de réaction. En général, lorsque le frottement est pris en compte les étapes de réaction, l’étape de réaction se révèle être la plus efficace, suivie par Rateau et Curtis dans cet ordre. Les pertes par friction sont importantes pour les étages Curtis, car elles sont proportionnelles à la vitesse de la vapeur au carré. La raison pour laquelle les pertes par frottement sont moins importantes dans la phase de réaction réside dans le fait que la vapeur se dilate en continu et donc les vitesses d’écoulement sont plus faibles.

Turbine de réaction – Turbine Parsons

Turbine de réaction - schémaLa turbine de réaction est composée de pales mobiles ( buses ) alternant avec des buses fixes . Dans la turbine de réaction, la vapeur est détendue dans des buses fixes et également dans les buses mobiles. En d’autres termes, la vapeur se dilate continuellement lorsqu’elle s’écoule sur les pales. Il y a une perte de pression et de vitesse dans les lames mobiles. Les pales mobiles ont une buse à vapeur convergente. Ainsi, lorsque la vapeur passe sur les pales fixes, elle se dilate avec une diminution de la pression de vapeur et une augmentation de l’énergie cinétique.

Dans les turbines à réaction, la vapeur se dilate à travers la buse fixe, où l’énergie potentielle de pression est convertie en énergie cinétique. La vapeur à haute vitesse des buses fixes impacte les pales (buses), change de direction et subit une nouvelle  expansion . Le changement de direction et l’ accélération de l’équipe s appliquent une force. L’impulsion qui en résulte entraîne les pales vers l’avant, entraînant la rotation du rotor. Il n’y a pas de changement net de la vitesse de la vapeur à travers l’étage mais avec une diminution de la pression et de la température, reflétant le travail effectué dans l’entraînement du rotor. Dans ce type de turbine, les chutes de pression se produisent en plusieurs étapes, car la chute de pression en une seule étape est limitée.

La principale caractéristique de ce type de turbine est que contrairement à la turbine à impulsion, la chute de pression par étage est plus faible , donc les pales deviennent plus petites et le nombre d’étages augmente . En revanche, les turbines à réaction sont généralement plus efficaces, c’est-à-dire qu’elles ont un «rendement de turbine isentropique» plus élevé . La turbine à réaction a été inventée par Sir Charles Parsons et est connue sous le nom de turbine Parsons.

Dans le cas des turbines à vapeur, telles que celles qui seraient utilisées pour la production d’électricité, une turbine à réaction nécessiterait environ le double du nombre de rangées d’aubes comme une turbine à impulsion, pour le même degré de conversion d’énergie thermique. Bien que cela rend la turbine de réaction beaucoup plus longue et plus lourde, le rendement global d’une turbine de réaction est légèrement supérieur à celui d’une turbine à impulsion équivalente pour la même conversion d’énergie thermique.

Les turbines à vapeur modernes utilisent fréquemment à la fois la réaction et l’impulsion dans la même unité, variant généralement le degré de réaction et d’impulsion du pied d’aube à sa périphérie. Les pales du rotor sont généralement conçues comme une lame d’impulsion à la pourriture et comme une lame de réaction à la pointe.

Pale de turbine - Impulsion et réaction

Classification des turbines – conditions d’alimentation et d’échappement de vapeur

Les turbines à vapeur peuvent être classées en différentes catégories en fonction de leur fonction et des pressions de service . L’utilisation industrielle d’une turbine influence les conditions initiales et finales de la vapeur. Pour qu’une turbine à vapeur fonctionne, une différence de pression doit exister entre l’alimentation en vapeur et l’échappement.

Cette classification comprend:

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