Série d'équipements – Turbines à vapeur

Le prochain épisode de notre série d'équipements se concentre sur les turbines à vapeur. Une turbine à vapeur est un type de générateur qui extrait l'énergie de la vapeur sous pression et l'applique à des travaux mécaniques à l'aide d'un arbre de sortie rotatif. Il est souvent utilisé comme entraînement dans les générateurs électriques. En fait, la majeure partie de l'électricité produite aux États-Unis se fait grâce à l'utilisation de turbines à vapeur.

Comment fonctionnent les turbines à vapeur ?

Une turbine utilise un rotor tournant alimenté par un gaz ou un liquide. Les rotors des turbines à vapeur sont entraînés par de la vapeur gazeuse chaude pour fonctionner. Les lames sont logées à l'intérieur d'un conteneur extérieur scellé afin que l'énergie de la vapeur puisse être maximisée. Le gaz se dilate et se refroidit lorsqu'il passe devant les pales afin de transmettre autant d'énergie qu'il contient à l'origine. Contrairement à d'autres turbines, le flux de vapeur fait tourner les pales en continu sans pousser ni tirer, et sans attendre le retour des pistons.

Les pros des turbines à vapeur

Les turbines à vapeur font tourner les générateurs d'électricité à des vitesses incroyablement élevées et tournent beaucoup plus vite que les éoliennes ou les éoliennes. Par exemple, une turbine à vapeur typique trouvée dans une centrale électrique tourne entre 1800 et 3600 tr/min, tandis qu'une éolienne tourne à une fraction de cela et utilise souvent une boîte de vitesses pour l'entraîner assez rapidement pour produire de l'électricité. Les turbines à vapeur sont également plus petites et nécessitent moins d'espace qu'une turbine qui utilise un agencement piston-cylindre-manivelle.

Types de turbines à vapeur

Turbines à vapeur à plusieurs étages - Les turbines à vapeur utilisées dans l'industrie lourde sont plus complexes que celles décrites ci-dessus. La plupart des turbines à vapeur utilisées aujourd'hui n'ont pas qu'un seul ensemble d'aubes sur le rotor, mais ont généralement un certain nombre d'ensembles différents, appelés plusieurs étages. Chaque étage permet d'extraire un peu plus d'énergie de la vapeur avant son expulsion, réduisant ainsi le nombre de turbines nécessaires. Chaque étage d'aubes peut fonctionner soit par réaction, soit par impulsion, une turbine à vapeur typique ayant un mélange des deux étages. Ils peuvent même être montés sur le même axe de rotor et tourner en même temps.

Turbines à vapeur à condensation – En plus de produire de l'énergie, certaines turbines à vapeur peuvent également refroidir l'air lorsqu'il traverse l'unité. Les turbines à condensation sont souvent utilisées dans les grandes centrales électriques pour produire de l'électricité. Ils convertissent la vapeur en eau dans certaines parties grâce à l'utilisation de condenseurs et de tours de refroidissement géantes. La vapeur se dilate davantage tout en extrayant le maximum d'énergie, ce qui rend le processus de génération plus efficace. De grandes quantités d'eau froide sont nécessaires pour condenser la vapeur, c'est pourquoi les centrales électriques sont souvent construites à côté de grandes étendues d'eau. Les turbines sans condensation ne refroidissent pas la vapeur et utilisent plutôt la chaleur pour produire de l'eau chaude dans un processus connu sous le nom de production combinée de chaleur et d'électricité (CHP).

Problèmes associés aux turbines à vapeur

• Le déséquilibre du rotor est l'un des problèmes de maintenance les plus courants associés aux turbines à vapeur. Cela peut entraîner des vibrations excessives, ce qui peut entraîner la rupture des pales du rotor et dans le boîtier.
• Les turbines à flux doivent fonctionner avec de la vapeur de haute qualité sous forme de vapeur surchauffée ou saturée avec une fraction de siccité élevée. Si une autre forme de vapeur est utilisée, cela peut provoquer une érosion des pales lorsque l'humidité se propage. Des chicanes et des commandes sont souvent utilisées pour garantir une vapeur de haute qualité.
• Les joints de la turbine à vapeur peuvent également tomber en panne et permettre au liquide et à d'autres contaminants de pénétrer dans l'unité. Cela peut endommager les paliers de butée, ainsi que tout autre nombre de composants. Des drains de condensat sont souvent installés pour assurer l'évacuation de tout liquide pouvant pénétrer dans le boîtier.

Dans l'ensemble, les exigences de maintenance des turbines à vapeur sont simples et s'accompagnent de faibles coûts. Lorsqu'elle fonctionne à plein rendement, une turbine à vapeur peut durer plus de 50 ans.

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