Turbines à vapeur
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Turbines à vapeur

Les turbines à vapeur utilisent la détente de la vapeur pour produire de l'énergie mécanique.
Au cours de la détente la vapeur cède une partie de son enthalpie, et sa température baisse.
Pour produire.................1 kWatt
la vapeur devra céder ......860 kcal/h

Energie disponible (Wh/kg de vapeur):

========================================
Pression Pression en entrée (bar eff)
en sortie 100 50 30 10 5
(bar eff) ----------------------------
50.............40
20............105 50 25
5.............205 140 100 25
1...................235 185 105 60
atm.......................245 150 105
0,2(abs)........................265 220
0,1(abs).............................280
========================================

Cette variation de température est plus rapide que la variation du point de condensation qui accompagne la variation de pression, de sorte que si la vapeur qui alimente la turbine n'est pas surchauffée, une partie se condensera au cours de la détente.
Les gouttelettes formées provoqueront une érosion des aubages et une perte de rendement (1% de rendement pour 1% d'eau liquide).

Température minimum de la vapeur en entrée pour éviter la condensation dans la turbine:

========================================
Press Temp Press en entrée (b eff)
sortie satur.
(b eff) °C 100 50 30 10 5
------------- ------------------------
50.......260.....350
20.......210.....460 340 260
5........160.....550 430 350 210
1........120..........550 460 310 230
atm......100...............550 380 300
0,2(abs)..60....................550 470
0,1(abs)..45.........................550
========================================

TYPES DE TURBINES

Contrairement aux machines volumétriques, l'écoulement est continu.
Généralement l'écoulement de la vapeur est parallèle à l'axe: la turbine est dite AXIALE.
Parfois l'écoulement de la vapeur est perpendiculaire à l'axe: la turbine est dite RADIALE.
Une turbine est constituée d'un ou plusieurs étages, chacun composé d'un aubage fixe ou distributeur (solidaire du stator), et d'un aubage mobile ou roue (solidaire de l'arbre en rotation ou rotor).
Deux types d'étage:
- à action
- à réaction
Etage à ACTION:
Toute la détente est effectuée dans le distributeur. La roue qui suit utilise l'énergie cinétique de la vapeur détendue.
Etage à REACTION:
Une partie de la détente est effectuée dans le distributeur, et le complément dans la roue.
Le TAUX DE REACTION est la proportion de variation d'enthalpie dans la roue. Il est généralement de 50%.
Une turbine à réaction nécessitera le double d'étages qu'une turbine à action, mais la construction des aubes d'un étage à réaction est plus simple que celles d'un étage à action.
Il existe de part et d'autre de la roue d'un étage à réaction une différence de pression dont il faut tenir compte dans la construction.

ECHAPPEMENT DE LA VAPEUR

L'échappement peut être:
- à CONDENSATION
la vapeur en aval de la turbine est condensée, ce qui permet d'être sous vide et donc d'utiliser au maximum l'énergie disponible de la vapeur.
- à CONTRE PRESSION
la vapeur en aval de la turbine alimente un réseau en pression pour utilisation dans un procédé ou pour alimenter d'autres turbines à plus basse pression.
- à EXTRACTION
la turbine est divisée en deux étages au moins entre lesquels une partie de la vapeur est extraite pour alimenter un réseau en pression.

Table de propriétés de la vapeur

Ci-dessous les propriétés principales de l'eau et la vapeur à saturation:
 - Température d'ébullition de l'eau et de condenstation de la vapeur à la pression
 - Enthalpies de l'eau liquide à son point d'ébullition
 - Enthalpie de vaporisation et de condensation de la vapeur
 - Enthalpie de la vapeur à son point de condensation
 - Volume spécifique de la vapeur saturée

Press
absolue
(bar)
Temp
à
saturat
(°C)
Enthalpie (kJ/kg) Volume
spécif
vapeur
(m3/kg)
Liquide Vaporis Vapeur
0,01 6,97 29,30 2484,37 2513,67 129,178
0,012 9,65 40,57 2478,01 2518,58 108,670
0,015 13,02 54,68 2470,04 2524,72 87,959
0,02 17,49 73,43 2459,45 2532,88 66,987
0,025 21,08 88,42 2450,97 2539,39 54,240
0,03 24,08 100,98 2443,86 2544,84 45,653
0,035 26,67 111,82 2437,71 2549,53 39,466
0,04 28,96 121,39 2432,28 2553,67 34,791
0,045 31,01 129,96 2427,41 2557,37 31,131
0,05 32,87 137,75 2422,98 2560,73 28,185
0,06 36,16 151,48 2415,15 2566,63 23,733
0,07 39,00 163,35 2408,37 2571,72 20,524
0,08 41,51 173,84 2402,37 2576,21 18,099
0,09 43,76 183,25 2396,97 2580,22 16,199
0,1 45,81 191,81 2392,05 2583,86 14,670
0,2 60,06 251,42 2357,51 2608,94 7,648
0,3 69,10 289,27 2335,27 2624,55 5,228
0,4 75,86 317,62 2318,43 2636,05 3,993
0,5 81,32 340,54 2304,67 2645,22 3,240
0,6 85,93 359,91 2292,95 2652,86 2,732
0,7 89,93 376,75 2282,67 2659,42 2,365
0,8 93,49 391,71 2273,47 2665,18 2,087
0,9 96,69 405,20 2265,12 2670,31 1,869
1 99,61 417,50 2257,44 2674,95 1,694
1,1 102,29 428,84 2250,33 2679,17 1,549
1,2 104,78 439,36 2243,69 2683,05 1,428
1,3 107,11 449,19 2237,46 2686,64 1,325
1,4 109,29 458,42 2231,57 2689,98 1,237
1,5 111,35 467,13 2225,98 2693,11 1,159
1,6 113,30 475,38 2220,66 2696,04 1,091
1,7 115,15 483,22 2215,58 2698,80 1,031
1,8 116,91 490,70 2210,71 2701,41 0,977
1,9 118,60 497,85 2206,03 2703,88 0,929
2 120,21 504,70 2201,53 2706,23 0,886
2,1 121,76 511,29 2197,18 2708,47 0,846
2,2 123,25 517,63 2192,98 2710,61 0,810
2,3 124,69 523,74 2188,92 2712,65 0,777
2,4 126,07 529,64 2184,97 2714,61 0,747
2,5 127,41 535,34 2181,14 2716,49 0,719
2,6 128,71 540,87 2177,42 2718,30 0,693
2,7 129,97 546,24 2173,80 2720,03 0,669
2,8 131,19 551,44 2170,27 2721,71 0,646
2,9 132,37 556,50 2166,82 2723,32 0,625
3 133,52 561,43 2163,46 2724,88 0,606
3,2 135,74 570,90 2156,95 2727,85 0,570
3,4 137,84 579,91 2150,72 2730,63 0,539
3,6 139,85 588,52 2144,73 2733,25 0,510
3,8 141,77 596,75 2138,97 2735,72 0,485
4 143,61 604,65 2133,40 2738,05 0,462
4,2 145,38 612,25 2128,01 2740,27 0,442
4,4 147,08 619,58 2122,80 2742,37 0,423
4,6 148,72 626,64 2117,73 2744,37 0,405
4,8 150,30 633,47 2112,81 2746,28 0,389
5 151,83 640,09 2108,02 2748,11 0,375
5,2 153,31 646,50 2103,36 2749,85 0,361
5,4 154,75 652,72 2098,81 2751,52 0,349
5,6 156,15 658,77 2094,36 2753,13 0,337
5,8 157,51 664,65 2090,02 2754,66 0,326
6 158,83 670,38 2085,77 2756,14 0,316
6,5 161,98 684,08 2075,52 2759,60 0,293
7 164,95 697,00 2065,75 2762,75 0,273
7,5 167,75 709,24 2056,41 2765,64 0,256
8 170,41 720,86 2047,44 2768,30 0,240
8,5 172,94 731,95 2038,81 2770,76 0,227
9 175,35 742,56 2030,47 2773,03 0,215
9,5 177,66 752,74 2022,41 2775,14 0,204
10 179,88 762,52 2014,59 2777,11 0,194
10,5 182,01 771,94 2007,00 2778,94 0,186
11 184,06 781,03 1999,62 2780,65 0,177
11,5 186,04 789,82 1992,43 2782,25 0,170
12 187,96 798,33 1985,41 2783,74 0,163
12,5 189,81 806,58 1978,56 2785,14 0,157
13 191,60 814,60 1971,86 2786,46 0,151
13,5 193,35 822,39 1965,30 2787,69 0,146
14 195,04 829,97 1958,88 2788,85 0,141
14,5 196,69 837,35 1952,58 2789,93 0,136
15 198,29 844,56 1946,40 2790,96 0,132
16 201,37 858,46 1934,36 2792,82 0,124
17 204,31 871,74 1922,72 2794,46 0,117
18 207,11 884,47 1911,43 2795,91 0,110
19 209,80 896,71 1900,47 2797,18 0,105
20 212,38 908,50 1889,79 2798,29 0,100
21 214,86 919,87 1879,39 2799,26 0,095
22 217,25 930,87 1869,23 2800,10 0,091
23 219,56 941,53 1859,29 2800,82 0,087
24 221,79 951,87 1849,56 2801,43 0,083
25 223,95 961,91 1840,03 2801,93 0,080
26 226,05 971,67 1830,67 2802,34 0,077
27 228,08 981,18 1821,48 2802,66 0,074
28 230,06 990,46 1812,45 2802,90 0,071
29 231,98 999,51 1803,56 2803,06 0,069
30 233,85 1008,34 1794,81 2803,15 0,067
31 235,68 1016,99 1786,19 2803,17 0,065
32 237,46 1025,44 1777,69 2803,13 0,062
33 239,20 1033,72 1769,30 2803,02 0,061
34 240,90 1041,84 1761,02 2802,86 0,059
35 242,56 1049,80 1752,85 2802,64 0,057
36 244,18 1057,61 1744,77 2802,38 0,055
37 245,77 1065,27 1736,78 2802,06 0,054
38 247,33 1072,81 1728,88 2801,69 0,052
39 248,86 1080,21 1721,07 2801,28 0,051
40 250,35 1087,49 1713,33 2800,82 0,050
42 253,26 1101,71 1698,08 2799,79 0,047
44 256,07 1115,50 1683,09 2798,60 0,045
46 258,78 1128,90 1668,36 2797,26 0,043
48 261,40 1141,94 1653,86 2795,80 0,041
50 263,94 1154,64 1639,56 2794,21 0,039
52 266,40 1167,04 1625,46 2792,50 0,038
54 268,79 1179,14 1611,53 2790,67 0,036
56 271,12 1190,98 1597,76 2788,75 0,035
58 273,38 1202,57 1584,15 2786,72 0,034
60 275,58 1213,92 1570,67 2784,59 0,032
62 277,73 1225,06 1557,31 2782,37 0,031
64 279,83 1235,99 1544,07 2780,06 0,030
66 281,87 1246,72 1530,94 2777,67 0,029
68 283,87 1257,28 1517,91 2775,19 0,028
70 285,83 1267,66 1504,97 2772,63 0,027
72 287,74 1277,88 1492,11 2769,99 0,027
74 289,61 1287,95 1479,33 2767,28 0,026
76 291,45 1297,87 1466,62 2764,49 0,025
78 293,25 1307,65 1453,97 2761,62 0,024
80 295,01 1317,31 1441,37 2758,68 0,024
82 296,74 1326,84 1428,83 2755,67 0,023
84 298,43 1336,26 1416,33 2752,60 0,022
86 300,10 1345,57 1403,88 2749,45 0,022
88 301,74 1354,77 1391,46 2746,23 0,021
90 303,34 1363,87 1379,07 2742,94 0,020
95 307,25 1386,23 1348,20 2734,43 0,019
100 311,00 1408,06 1317,43 2725,49 0,018
105 314,60 1429,45 1286,68 2716,13 0,017
110 318,08 1450,44 1255,90 2706,35 0,016
115 321,43 1471,10 1225,03 2696,12 0,015
120 324,68 1491,46 1193,99 2685,45 0,014
125 327,81 1511,58 1162,72 2674,31 0,013
130 330,85 1531,51 1131,17 2662,68 0,013
135 333,80 1551,29 1099,25 2650,54 0,012
140 336,67 1570,96 1066,90 2637,86 0,011
145 339,45 1590,58 1034,01 2624,59 0,011
150 342,16 1610,20 1000,50 2610,70 0,010
155 344,79 1629,88 966,24 2596,12 0,010
160 347,35 1649,69 931,10 2580,79 0,009
170 352,29 1690,03 857,47 2547,50 0,008
180 356,99 1732,09 777,74 2509,83 0,008
190 361,47 1777,15 688,85 2466,01 0,007
200 365,75 1827,21 585,13 2412,35 0,006
210 369,83 1887,56 451,04 2338,59 0,005
220 373,71 2011,34 161,75 2173,09 0,004
220,64 373,95 2084,26 0,00 2084,26 0,003


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