Présentation
Auteur(s)
-
Michel PLUVIOSE : Professeur honoraire du Conservatoire national des arts et métiers (CNAM)
-
Christelle PÉRILHON : Maître de conférences - Chaire de turbomachines du CNAM
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleINTRODUCTION
Tout processus énergétique consiste à organiser des transferts de travail et de chaleur et à les réaliser dans des appareils appropriés.
Dans les machines volumétriques, qui sont l’objet de différents articles de ce traité, cet échange d’énergie a lieu par déformations de capacités à l’intérieur desquelles le fluide est provisoirement prisonnier.
Les turbomachines — pompes, ventilateurs, compresseurs et turbines — qui manipulent des débits de fluide plus grands que les machines volumétriques, jouent dans ces conversions d’énergie un rôle important d’échangeur de travail entre le fluide et un organe mécanique dont la partie en mouvement est constituée d’un rotor muni d’ailettes.
Le présent article a pour but de décrire le fonctionnement général des turbomachines et de dégager les principes qui permettront d’analyser les mécanismes de transfert d’énergie.
Le fonctionnement des turbomachines sera commenté à partir d’exemples — une pompe centrifuge et une turbine axiale — qui ouvriront la voie vers des développements ultérieurs.
Les principes de base de mécanique des fluides et de thermodynamique, qui auront à être utilisés dans la suite de l’exposé, seront rappelés.
Cet article constitue la première partie d’une série consacrée aux turbomachines :
Turbomachines – Description – Principes de base [BM 4 280] ;
Turbomachines – Mécanisme de la conversion d’énergie Turbomachines- Mécanisme de la conversion d’énergie ;
Turbomachines – Thermodynamique Turbomachines- Thermodynamique de la conversion d’énergie ;
Turbomachines – Bilan énergétique et applications Turbomachines- Bilan énergétique et applications ;
Turbomachines – Pour en savoir plus .
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VERSIONS
- Version courante de juil. 2017 par Michel PLUVIOSE, Christelle PÉRILHON
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Principes de bases utilisés dans l’étude des turbomachinesArticle inclus dans l'offre
"Machines hydrauliques, aérodynamiques et thermiques"
(181 articles)
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1. Description
1.1 Différentes familles de turbomachines
Une turbomachine est un ensemble mécanique dont le rôle est d’assurer un échange d’énergie entre un fluide en écoulement et un rotor animé d’un mouvement de rotation généralement uniforme autour de son axe.
On supposera, dans la suite de cet article, que l’écoulement est permanent.
Selon le sens de l’échange d’énergie, la turbomachine est dite :
-
génératrice lorsqu’elle communique de l’énergie au fluide ;
-
réceptrice lorsqu’elle en reçoit de celui-ci.
Puisqu’elle consomme ou recueille de l’énergie mécanique sur son arbre, elle doit être nécessairement accouplée à une autre machine jouant un rôle de :
-
moteur dans le cas des turbomachines génératrices (moteur électrique, moteur Diesel, turbomachine réceptrice) ;
-
machine entraînée dans le cas des turbomachines réceptrices (dynamo, alternateur, turbomachine génératrice).
Comme d’une manière générale un apport d’énergie au fluide s’accompagne d’une augmentation de sa pression et qu’inversement un emprunt d’énergie est associé à une diminution de pression, on parle indistinctement de turbomachine génératrice ou de compression et de turbomachine réceptrice ou de détente.
Parmi les différentes familles de turbomachines, les hélices marines et aériennes, ainsi que les éoliennes, tiennent une place particulière du fait qu’elles empruntent et rejettent le fluide dans un même milieu illimité.
Les turbomachines de détente portent le nom de turbines, alors que celles de compression se subdivisent en :
-
pompes, dans lesquelles le fluide en mouvement est liquide, et donc incompressible ;
-
ventilateurs, dans lesquels le fluide gazeux se comporte de manière incompressible c’est-à-dire que sa variation de volume massique au cours de la traversée de la machine est négligeable ;
-
les compresseurs et soufflantes dans lesquelles la compressibilité du fluide gazeux intervient.
Ces turbomachines sont largement utilisées pour réaliser des cycles thermodynamiques ; c’est le cas des compresseurs axiaux et...
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