Ce que vous devez savoir sur la turbine

En pensant à la façon dont un fluide de travail est converti en énergie mécanique utile et/ou en énergie électrique, vous devriez penser à une turbine. Il s'agit d'une turbomachine qui contient une pièce mobile appelée ensemble rotor. L'appareil a une vaste application qui comprend les automobiles, l'aérospatiale, les générateurs électriques, les moteurs à turbine à gaz, etc.

Aujourd'hui, vous découvrirez la définition, les applications, les fonctions, les composants, les classifications, les types, le fonctionnement, les avantages et les inconvénients d'une turbine.

Qu'est-ce qu'une éolienne ?

Une turbine est un dispositif mécanique rotatif qui extrait l'énergie d'un écoulement de fluide et la convertit en énergie mécanique et électrique utile. Cela signifie que le travail produit par une turbine peut être utilisé pour générer de l'énergie électrique lorsqu'il est combiné avec un générateur.

Dans le système, il y a un ensemble de pales montées sur un rotor qui extrait l'énergie du fluide en mouvement. Ainsi, les turbines peuvent être plus efficaces les unes que les autres puisqu'il en existe différents types. Eh bien, la conception d'une aube de turbine en dit long sur son efficacité. C'est pourquoi différentes applications nécessitent des conceptions différentes.

en outre, une turbine peut également être considérée comme un dispositif qui exploite l'énergie cinétique d'un fluide tel que l'air, l'eau, la vapeur et même les gaz de combustion. L'énergie créée est ensuite transformée en mouvement de rotation de l'appareil lui-même, qui est ensuite utilisé pour la génération d'énergie.

Le mot turbine a été introduit en 1822 par un ingénieur des mines français Claude Burdin. Dans un mot grec, cela signifie « vortex » ou « tourbillonnant ». Le mérite de l'invention de la turbine à vapeur est attribué à l'ingénieur anglo-irlandais Sir Charles Parsons (1854 - 1931) pour avoir créé une turbine à réaction. De 1845 à 1913, l'ingénieur suédois Gustaf de Laval a inventé la turbine à impulsion. De nos jours, une turbine à vapeur est conçue pour utiliser à la fois la réaction et l'impulsion dans la même unité, en faisant généralement varier le degré de réaction et d'impulsion du pied de pale à sa périphérie.

Applications des turbines

Les applications des turbines sont largement utilisées dans la production d'énergie électrique. En fait, une grande partie de l'énergie électrique mondiale est générée par des turbogénérateurs.

Les turbines sont utilisées dans les moteurs à turbine à gaz sur terre, sur mer et dans les airs.

Les moteurs à pistons à combustion interne utilisent des turbocompresseurs pour augmenter l'efficacité et la vitesse du moteur.

Les turbodétendeurs sont utilisés pour la réfrigération dans les processus industriels.

Les moteurs principaux de la navette spatiale utilisaient des turbopompes (une machine constituée d'une pompe entraînée par un moteur à turbine) pour alimenter les ergols (oxygène liquide et hydrogène liquide) dans la chambre de combustion du moteur.

Les applications des turbines sont également courantes dans les moteurs thermiques en raison de leur rendement élevé à haut rendement. Les turbines à gaz sont fréquemment utilisées dans les moteurs thermiques en raison de leur flexibilité.

L'une des applications spécifiques des turbines à gaz concerne les moteurs à réaction.

Les éoliennes qui fonctionnent en transformant l'énergie cinétique du vent en puissance mécanique sont utilisées pour générer de l'électricité en faisant tourner un générateur. L'éolienne peut être terrestre ou être une éolienne offshore.

Les turbines à eau sont utilisées dans les centrales hydroélectriques. Ils utilisent l'eau comme fluide de travail. Enfin,

Les turbines à vapeur sont utilisées dans les centrales nucléaires et thermiques. L'eau est chauffée pour former de la vapeur, puis circule dans des turbines pour produire de l'électricité.

Remarque  :la fonction première d'une turbine est la production d'électricité.

Composants de la turbine

Parce qu'il existe différents types de turbines, leurs composants varient. Par exemple, une turbine Kaplan utilise un générateur composé d'un démarreur, d'un rotor, d'un arbre, d'un portillon et d'aubes. Un écoulement transversal qui est une turbine à impulsion modifiée a ses composants comme roue, aubes, partie d'écoulement d'eau et distributeur. Enfin, les composants de la turbine Pelton comprennent la roue (roue), la buse, la lance, la tige de lance, l'entrée, la plaque déflectrice, les godets et la décharge. Toutes ces pièces de turbine seront expliquées ci-dessous avec leur schéma. Reste avec moi !

Schéma d'une turbine hydroélectrique :

Classifications et types d'éoliennes

Voici les classifications des éoliennes qui sont utilisées pour déterminer leurs types.

Classements basés sur l'échange d'énergie entre l'eau et la machine.

C'est ainsi que le flux de fluide réagit sur les aubes de turbine ce qui provoque des turbines hydrauliques. Il peut être classé en deux; turbines à impulsion et à réaction.

Turbines à impulsion :

La turbine à impulsions est connue par sa roue entraînée par l'énergie cinétique d'un fluide qui frappe les aubes de la turbine à travers une tuyère ou autrement. Dans ces types de turbines, un ensemble de machines tournantes est actionné par la pression atmosphérique. les turbines à impulsion conviennent aux hautes chutes et aux faibles débits.

Les trois types de turbines à impulsion sont Pelton, Turgo et Cross-flow. Bien que les turbines Pelton et Turgo soient de construction similaire. Cependant, la turbine à flux transversal est un type modifié de turbine à impulsion mais est simplement classée comme une impulsion. Cela est dû à la rotation de la roue à pression atmosphérique.

Turbines à réaction :

Les types de réaction des turbines fonctionnent en raison de la somme de l'énergie potentielle et de l'énergie cinétique de l'eau. Cela est dû à la pression et à la vitesse, qui font respectivement tourner les aubes de la turbine. La turbine entière est plongée dans l'eau dans ces types de turbines. Il change la pression de l'eau avec l'énergie cinétique de l'eau provoquant l'échange de puissance. Les applications de ces turbines sont généralement à des têtes plus basses et des débits plus élevés que les turbines à impulsion. Les types courants de turbines à réaction sont Francis, Kaplan et Deriaz.

Basé sur le fluide directement à travers la machine

Les classifications des types de turbines basées sur le fluide directement à travers la machine sont le passage de l'eau à travers la turbine. Il est divisé en quatre catégories :

Turbine à flux radial :

Dans les types de turbines à flux radial, le flux dans la roue se déplace radialement. Cette turbine est divisée en deux types :flux radial entrant et flux radial sortant. Les turbines Francis sont de bons exemples de turbines à flux radial.

Turbine à flux radial vers l'intérieur – l'eau entre dans le carter de la turbine par une conduite forcée, et se déplace à travers les aubes directrices fixes jusqu'au rotor, et sort de là. Par conséquent, les diamètres intérieur et extérieur correspondent respectivement à la sortie et à l'entrée.

Turbine à flux tangentiel ou périphérique :

Dans ces types de turbines, l'eau s'écoule dans une direction tangentielle à la roue. Les turbines Pelton entrent dans cette catégorie.

Turbine à flux axial :

Le fluide s'écoule parallèlement à l'arbre de la turbine (axe de la turbine) dans ces types de turbines. Kaplan est un type.

Turbines à flux mixte :

Dans cette turbine, le flux entre radialement et sort axialement. Les turbines Francis modernes sont connues pour cette caractéristique.

Différents types de turbines sont basés sur la plage de fonctionnement hydraulique.

Ces types de turbines à eau sont de trois catégories :

Turbine basse chute :

Lorsqu'une turbine hydraulique fonctionnant dans une plage de chute inférieure à 45 mètres est classée, elle est basse chute. La turbine Kaplan fait partie de ces types. Si la chute est inférieure à 3 mètres, elle est considérée comme une chute ultra-basse.

Turbine à tête moyenne :

Dans ce type, la plage de travail pour les têtes de 45 à 250 mètres est considérée comme des têtes moyennes. Les turbines Francis fonctionnent dans de telles conditions.

Éoliennes à haute chute :

Ces turbines ont culminé à plus de 250 mètres. La turbine Pelton en est un bon exemple.

Classifications et types de turbines en fonction de la vitesse spécifique

La vitesse spécifique d'une turbine est notée N_s. il est défini comme la vitesse d'une turbine à similitude géométrique qui génère une unité de puissance sous une unité de tête. Sur la base de ce paramètre, les turbines hydrauliques sont classées en trois classes :

Turbine à faible vitesse spécifique :

Une turbine à faible vitesse spécifique a une valeur comprise entre 1 et 10. Les types de turbines à impulsion fonctionnent dans cette plage. Par exemple, la turbine Pelton fonctionne généralement à une vitesse spécifique de 4.

Turbine à vitesse spécifique moyenne :

Ces types de turbines fonctionnent dans une plage de vitesse spécifique de 10 à 100. Le type Francis fonctionne à ce rapport.

Turbine à vitesse spécifique élevée :

Les vitesses spécifiques élevées sont supérieures à 100, c'est ainsi que fonctionne la turbine Kaplan.

Fonctionnement d'une turbine

Le fonctionnement d'une turbine est assez simple et facile à comprendre. Bien que leur fonctionnement puisse être différent selon les types de turbine. Dans cet article, je vais vous expliquer les turbines à gaz.

Dans une turbine à gaz, l'air comprimé est chauffé et mélangé avec du carburant. Le mélange s'enflamme et subit une expansion rapide. Cet air en expansion pénètre dans la turbine et la fait tourner. Grâce à l'air comprimé, les hautes altitudes n'affectent pas l'efficacité des turbines. C'est pourquoi ils sont parfaits pour les avions. Voir schéma ci-dessous :

Regardez la vidéo ci-dessous pour en savoir plus sur le fonctionnement des turbines à gaz :

Conclusion

les turbines ont été expliquées comme un dispositif mécanique rotatif qui extrait l'énergie d'un fluide de travail qui est convertie en énergie utile. C'est tout pour un article où nous donnons la définition, les applications, la fonction, les composants, le schéma, les types et le fonctionnement d'une turbine.

J'espère que vous tirerez beaucoup de ce post, si c'est le cas, merci de le partager avec d'autres étudiants. Merci d'avoir lu. À la prochaine !