Qu’est-ce qu’une pale de turbine? Définition

Les aubes de turbine sont les principaux éléments qui convertissent l’énergie de pression du fluide de travail en énergie cinétique. Les pales de turbine sont de deux types de base. Génie thermique

Des aubes de turbine

Turbine à vapeurLes éléments de turbine les plus importants sont les aubes de turbine . Ce sont les principaux éléments qui convertissent l’énergie de pression du fluide de travail en énergie cinétique. Les aubes de turbine sont de deux types de base:

  • lames mobiles
  • lames fixes

Dans les turbines à vapeur , la vapeur se dilate à travers l’aube fixe (buse), où l’énergie potentielle de pression est convertie en énergie cinétique. La vapeur à grande vitesse provenant de buses fixes impacte les aubes mobiles, change de direction et se dilate (dans le cas d’ aubes à réaction ). Le changement de direction et l’accélération de la vapeur (dans le cas des aubes à réaction) appliquent une force. L’impulsion qui en résulte entraîne les pales vers l’avant, entraînant la rotation du rotor. Les types de turbine à vapeur basés sur la géométrie des aubes et le processus de conversion d’énergie sont les suivants:

  • turbine à impulsion
  • turbine de réaction

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

Pale de turbine - Impulsion et réaction

steam_turbine_blade_3L’efficacité et la fiabilité d’une turbine dépendent de la conception appropriée des pales. Il est donc nécessaire que tous les ingénieurs impliqués dans l’ingénierie des turbines aient une vue d’ensemble sur l’importance et les aspects de base de la conception des aubes de turbines à vapeur. L’ingénierie des aubes de turbines est une tâche multidisciplinaire . Il implique la thermodynamique , l’aérodynamique, l’ ingénierie mécanique et des matériaux .

Pour les turbines à gaz , les aubes de turbine sont souvent le composant limitant. La température la plus élevée du cycle se produit à la fin du processus de combustion et elle est limitée par la température maximale à laquelle les aubes de turbine peuvent résister. Comme d’habitude, des considérations métallurgiques (environ 1700 K) imposent une limite supérieure au rendement thermique. Par conséquent, les aubes de turbine utilisent souvent des matériaux exotiques comme les superalliages et de nombreuses méthodes de refroidissement, telles que les canaux d’air internes, le refroidissement de la couche limite et les revêtements de barrière thermique. Le développement des superalliages dans les années 1940 et de nouvelles méthodes de traitement, telles que la fusion par induction sous vide dans les années 1950, ont considérablement accru les capacités thermiques des aubes de turbines. Les aubes de turbine modernes utilisent souventsuperalliages à base de nickel contenant du chrome, du cobalt et du rhénium.

Les aubes de turbine à vapeur ne sont pas exposées à des températures aussi élevées, mais elles doivent résister à un fonctionnement avec un fluide diphasique . Une teneur élevée en gouttelettes d’eau peut provoquer l’impact et l’érosion rapides des pales lors de la projection d’eau condensée sur les pales. Pour éviter cela, par exemple, des drains de condensat sont installés dans la tuyauterie de vapeur menant à la turbine. Un autre défi pour les ingénieurs est la conception des aubes du dernier étage de la turbine BP. Ces pales doivent être (à cause du volume spécifique élevé de vapeur) très longues, ce qui induit des forces centrifuges énormespendant le fonctionnement. Par conséquent, les aubes de turbine sont soumises à des contraintes dues à la force centrifuge (les étages de turbine peuvent tourner à des dizaines de milliers de tours par minute (RPM), mais généralement à 1 800 tr / min) et à des forces de fluide pouvant provoquer des ruptures, des déformations ou un fluage.

Aubes de turbine – Racine, profil, carénage

Les pales de turbine sont généralement divisées en trois parties:

  • Racine. La racine est une caractéristique de construction des pales de turbine, qui fixe la pale dans le rotor de turbine.
  • Profil. Le profil convertit l’énergie cinétique de la vapeur en énergie mécanique de la lame.
  • Envelopper.  Le carénage réduit les vibrations de la lame qui peuvent être induites par l’écoulement de vapeur à haute pression à travers les lames.

Types de turbines à vapeur

Turbine à vapeur - types

Les turbines à vapeur peuvent être classées en différentes catégories en fonction de leur construction, des pressions de service, de la 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 distinction est la manière dont la vapeur est détendue lorsqu’elle passe à travers la turbine.

Turbine à impulsion et turbine à réaction

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

Turbine à vapeur - Types de turbines

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