6. Cycles de turbine à gaz
Par rapport au cycle thermodynamique simple et au fonctionnement en circuit ouvert présenté à la figure, des aménagements et des améliorations sont souvent adoptés. La lecture du cycle de Joule permet de mieux comprendre les différentes configurations possibles.
Une première configuration peut être obtenue, en circuit fermé, avec un fluide évoluant en boucle. La compression du gaz s'opère entre 1 et 2, l'apport de chaleur au niveau de la source chaude est obtenu entre 2 et 3 à l'aide d'un premier échangeur de chaleur, la détente entre 3 et 4 s'effectue dans une turbine tandis qu'un second échangeur, entre 4 et 1, permet de ramener le fluide à son état initial.
Dans le cas d'un circuit ouvert, il est également possible de disposer en premier un composant autre que le compresseur. Ainsi, on peut placer d'abord le foyer ou un échangeur de chaleur puis la turbine, un second échangeur refroidisseur et, enfin, le compresseur. Si les gaz de travail sont déjà comprimés et chauds, l'utilisation dans l'ordre de ces trois derniers composants est suffisante. Ces deux dernières dispositions sont dénommées turbines à gaz à composants inversés. La turbine à gaz classique peut enfin comporter en amont un échangeur refroidisseur.
Les cycles de turbine à gaz améliorés comportent généralement des échangeurs, organes volumineux et dont l'utilisation est réservée aux machines thermiques terrestres. Une première disposition concerne la possibilité de placer un échangeur entre deux étages de compression, ce qui permet une économie d'énergie. La deuxième possibilité concerne l'utilisation d'un échangeur récupérateur en sortie de turbine et parcouru à contre-courant par l'air frais issu du compresseur. Il est alors possible d'économiser du carburant. Une troisième possibilité concerne la réchauffe. Elle consiste à intercaler entre deux étages de turbine un foyer supplémentaire, afin de rehausser le niveau de température devant la deuxième turbine. Ces différentes dispositions sont en général groupées sur une même installation. L'utilisation de plusieurs fluides permet d'envisager des cycles plus complexes dont les justifications sont énergétique et économique, ce qui impose que ces installations soient opérationnelles pendant plusieurs dizaines d'années (exemple de la cogénération gaz, vapeur).
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