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1 - RÉDUCTION DES « MANQUES À GAGNER »

2 - ANALYSE DES PERTES LIÉES À L’ÉCOULEMENT ET MOYENS DE LES RÉDUIRE

Article de référence | Réf : BM4561 v1

Réduction des « manques à gagner »
Turbines à fluide compressible - Pertes et moyens de les réduire

Auteur(s) : Michel VINCENT DE PAUL

Date de publication : 10 janv. 1998

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Auteur(s)

  • Michel VINCENT DE PAUL : Ingénieur de l’École centrale de Paris - Chef du département Recherches, Grandes Turbines à Vapeur de GEC-ALSTHOM

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INTRODUCTION

Dans la partie « Conception et fonctionnement » de l’article « Turbines à fluide compressible », on voit que le rendement global d’une turbine dépend :

  • du rendement mécanique ;

  • du rendement volumétrique, fonction du débit q passant par le jeu nécessaire entre stator et rotor ;

  • du rendement adiabatique du groupe d’étages, fonction des coefficients de ralentissement ϕ et ψ et du coefficient m de perte par vitesse restante.

Nous n’étudierons pas les pertes mécaniques dont les origines sont diverses. Nous allons, dans cette partie, analyser les différents phénomènes qui contribuent à la diminution du rendement et montrer comment il est possible de limiter cette diminution. Nous avons classé ces pertes de rendement en deux catégories.

Les manques à gagner représentent une énergie disponible, mais qu’on ne peut pas transformer ; il s’agit :

  • de l’énergie cinétique à la sortie du dernier étage ;

  • de l’énergie du débit de fuite q qui ne va pas produire de travail.

Les pertes proprement dites, liées à l’écoulement, se concrétisent par une augmentation d’entropie et sont représentées essentiellement par les coefficients de ralentissement ϕ et ψ et partiellement par le coefficient m (pour les pertes entre étages).

Nota :

l’article « Turbines à fluide compressible » fait l’objet de plusieurs fascicules : BM 4 560 Conception et fonctionnement BM 4 561 Pertes et moyens de les réduire

Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres.

Le lecteur devra assez souvent se reporter à l’autre fascicule. Le numéro de fascicule est suivi du numéro de paragraphe ou de figure.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm4561


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1. Réduction des « manques à gagner »

1.1 Récupération de l'énergie cinétique de sortie : diffuseurs

On cherche, lors de la conception d'un étage isolé ou d'un dernier étage, à minimiser cette énergie cinétique de sortie pour les conditions normales de fonctionnement. On peut ensuite en récupérer encore une partie en disposant, à la suite de l'étage, un diffuseur.

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1.1.1 Rôle du diffuseur et énergie récupérable

  • Un diffuseur est un conduit dessiné de façon que le fluide ralentisse et donc, en subsonique, qu'il subisse une recompression.

    La pression juste à l'aval de l'étage sera donc inférieure à la pression d'échappement fixée (figure 1). Le diffuseur va ainsi créer une dépression derrière la roue et ainsi augmenter la chute de l'étage.

  • Soient p2 et V2 la pression et la vitesse en sortie d'étage en présence du diffuseur et ces mêmes quantités en l'absence du diffuseur. On supposera que la pression est aussi égale à en sortie du diffuseur où la vitesse est .

    L'efficacité de ce diffuseur est définie par un coefficient de récupération :

    On voit que l'énergie récupérable est (figure 1) :

    Soit η le...

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