TURBINES À VAPEUR

Écoulement de la vapeur

Comme la vapeur traverse la turbine à une vitesse de l'ordre de plusieurs centaines de mètres par seconde, la durée de son séjour est très réduite, de sorte que les échanges de chaleur entre la vapeur et les parois sont négligeables ; par conséquent, l'écoulement de la vapeur peut être considéré comme adiabatique. Si, de plus, la turbine est supposée parfaite, l'écoulement est réversible et la transformation décrite par la vapeur est alors isentropique ; en assimilant la vapeur à un gaz parfait, elle peut être exprimée par la relation :

où c_p et c_v sont respectivement les chaleurs massiques de la vapeur à pression constante.

Désignons la pression et le volume massique de la vapeur au début de la détente par p₀ et v₀, à la fin de celle-ci, par p₁ et v₁. La détente a lieu dans un canal approprié constitué en fait par l'espace compris entre deux aubes fixes ; la vitesse à l'amont de ce canal étant supposée nulle, la vitesse à l'aval c est donnée par la relation :

ou par la relation équivalente :

où ΔH est la variation d'enthalpie de la vapeur au cours de la détente. Si l'enthalpie H est exprimée en joules par kilogramme, la vitesse est en mètres par seconde. Si le débit-masse de vapeur est de 1 kilogramme par seconde, on évalue chacune des sections du canal normales à la vitesse c par l'expression :

Or, la relation entre le rapport v/c et le rapport m = p₁/p₀ passe par un minimum ; la valeur correspondante de m est le taux de détente critique m_c donné par :

En introduisant m_c dans (2), on obtient l'expression de la vitesse critique c_c :

Quant aux valeurs correspondantes de la température et du volume massique, elles sont respectivement :

Les relations (5) et (7) permettent de trouver la valeur de la section de passage S_c lors de la détente critique d'un débit de vapeur égal à 1 kilogramme par seconde ; l'inverse de cette section, soit :

est le débit critique (en kilogrammes par seconde) correspondant à une section de passage de 1 mètre carré.

Vapeur saturée et surchauffée
Encyclopædia Universalis France

Le rapport γ = c_p/c_v varie, dans une certaine mesure, avec l'état de la vapeur ; les valeurs de γ et de m_c figurant dans le tableau ne sont donc qu'approximatives. Les résultats obtenus montrent que, si p₁/p₀≥ m_c, la détente doit avoir lieu dans un canal convergent ; mais, si p₁/p₀< m_c, la section du canal passe par un minimum, de sorte que le canal comporte une partie convergente, un « col » (correspondant à la section minimale) et une partie divergente.

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Écrit par

Paul CHAMBADAL : docteur-ingénieur, ingénieur conseil

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Pour citer cet article

Paul CHAMBADAL, « TURBINES À VAPEUR », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le . URL :

« TURBINES À VAPEUR ». Dans Encyclopædia Universalis [en ligne]. Consulté le sur

Encyclopædia Universalis, s.v. « TURBINES À VAPEUR », Consulté le ,

Médias

Turbine axiale à action

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Développement d'un étage de turbine dans un plan

Encyclopædia Universalis France

Turbine axiale à réaction

Encyclopædia Universalis France

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Autres références

CHARBON - Industrie charbonnière
- Écrit par Michel BENECH, Pierre BERTE, Jacques BONNET, Robert PENTEL
- 11 928 mots
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Le principe de fonctionnement des centrales thermiques au charbon est simple : le charbon est brûlé dans des chaudières. Il chauffe ainsi l'eau, qui, transformée en vapeur, fait tourner des turbines. Celles-ci sont couplées à des alternateurs produisant de l'électricité.
MACHINISME
- Écrit par Bertrand GILLE, Pierre NAVILLE
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...Aristide Bergès, à Lancey, en 1869, lançait la « houille blanche ». Quant à la machine à vapeur, la surchauffe permit d'atteindre les rendements limites. Un pas important devait être réalisé par la turbine à vapeur : les recherches de Gustaf De Laval (1876) et de C. A. Parsons (1888) aboutirent à un résultat...
NUCLÉAIRE (notions de base)
- Écrit par Universalis
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...lourde, graphite…), et d’un fluide caloporteur capable d’évacuer l’énergie thermique produite dans le cœur (eau liquide ou vapeur, sodium liquide…). L’énergie libérée sert à produire de la vapeur d’eau sous pression qui actionneune turbine couplée à un alternateur générant de l’électricité.
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- Écrit par Jean BUSSAC, Frank CARRÉ, Robert DAUTRAY, Jules HOROWITZ, Jean TEILLAC
- 12 438 mots
- 9 médias
...nucléaire. Elle fournit, par l'intermédiaire des générateurs de vapeur, une vapeur d'eau (circuit secondaire) non radioactive, qui se détend dans la turbine et actionne un alternateur. La vapeur se condense dans un condenseur qui constitue la source froide de la machine thermique. Avec les caractéristiques...
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