TURBINES À VAPEUR

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Étage de turbine à réaction

L'inégalité pp2, qui caractérise le fonctionnement d'un étage à réaction, permet de représenter la variation d'enthalpie ΔH dans celui-ci sous la forme :

où ΔHf et ΔHm sont respectivement les variations d'enthalpie dans l'aubage fixe et dans l'aubage mobile. Le rapport :
est, par définition, le degré de réaction de l'étage ; pour un étage à action, comme ΔHm = 0, on a évidemment σ = 0.

La construction du triangle des vitesses à l'entrée de l'aubage mobile peut être réalisée comme suit. Supposons que l'étage considéré soit précédé d'un autre étage à réaction et que la vitesse absolue c2 conserve la même valeur en passant d'un étage au suivant. Pour l'étage étudié, la vitesse c1 sera alors :

et la combinaison de c1 et de u permet de trouver, comme dans le cas d'un étage à action, la vitesse relative w1 à l'entrée de l'aubage mobile. Quant au triangle des vitesses à la sortie de cet aubage, il peut être obtenu en utilisant la relation :

Le cas le plus simple est celui d'un étage (supposé parfait) dont les dimensions radiales varient de manière à obtenir la même valeur de la composante axiale de la vitesse de la vapeur à la sortie de l'aubage fixe et à la sortie de l'aubage mobile. Si, de plus, σ = 0,5, les aubages fixe et mobile sont symétriques et les deux triangles ont la forme représentée sur la figure. La condition du rendement maximal peut être exprimée en fonction du rapport ξ = u/c, où c est une vitesse fictive correspondant à la variation totale d'enthalpie de l'étage :

Aubage mobile d'un étage : triangles des vitesses e-s

Dessin : Aubage mobile d'un étage : triangles des vitesses e-s

Dessin

Triangles des vitesses à l'entrée et à la sortie de l'aubage mobile d'un étage de turbine à réaction 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Il est facile de vérifier que, dans ces conditions, l'examen des triangles de la figure conduit à la relation :

La comparaison de (16) et de (19) montre que, pour une vitesse circonférentielle u donnée, la valeur optimale de ΔH est, pour un étage à réaction (avec σ = 0,5), deux fois  

plus petite que pour un étage à action, de sorte que, pour des conditions de fonctionnement données, le nombre d'étages est deux fois plus grand dans le cas d'une turbine à réaction que dans celui d'une turbine à action. En revanche, la construction des aubes est plus simple dans le premier [...]

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Turbine axiale à action

Turbine axiale à action
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Développement d'un étage de turbine dans un plan

Développement d'un étage de turbine dans un plan
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Turbine axiale à réaction

Turbine axiale à réaction
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Vapeur saturée et surchauffée

Vapeur saturée et surchauffée
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Pour citer l’article

Paul CHAMBADAL, « TURBINES À VAPEUR », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 06 mars 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/turbines-a-vapeur/