Présentation

Cette séance présente un résumé des principales caractéristiques technologiques des turbines à gaz. Nous vous conseillons de vous reporter aux séances technologiques relatives aux compresseurs, aux chambres de combustion et aux turbines pour plus de précisions sur ces composants.

Toutefois, les indications que nous donnons dans ce module de formation à distance ne pouvant être que très sommaires, nous vous recommandons de lire attentivement le chapitre 2 du manuel, et de vous cultiver plus largement sur les aspects technologiques de ces machines, notamment en vous reportant à deux articles des Techniques de l’Ingénieur qui traitent de manière approfondie de ce sujet :

• Turbines à gaz aéronautiques et terrestres, article B4 410, par Max GIRAUD et Joël SILET.
• Mise en œuvre des turbines à gaz dans l’industrie, article B4 425, par Yves LORANCHET

Avec l’aimable autorisation de la Direction des Techniques de l’Ingénieur, cette séance a été illustrée à partir d’extraits de leur collection, et en particulier de ces deux articles.

Nous avons en particulier reproduit dans la première activité un historique de la turbine à gaz extrait de l’article B4 410.

• manuel : turbines à gaz (pdf, 920 Ko)
• techniques de l’ingénieur

Turbine à gaz

• Cycle de Brayton

Aspects technologiques

• Turbocompresseurs et turbines (cf. séance S13)
• Chambres de combustion (cf. séance S16)
• Échangeurs (cf. séance S19)

Turbine à gaz

• deux grandes catégories
• industrielles
• Siemens

Turbine à gaz

• deux grandes catégories
• industrielles
• aérodérivées
• Solar Centaur

Turboréacteurs

• simple modification d’une TAG à cycle ouvert
• générateur de gaz + tuyère
• poussée : différence de quantité de mouvement entre l’air aspiré et les gaz rejetés

Caractéristiques technologiques

• Compresseur centrifuge ou axial
• Chambre de combustion compacte
• Turbine axiale
• Écoulement continu

Caractéristiques technologiques

• Contraintes thermiques fortes (+ 10 K/an)
• chambre de combustion
• premiers étages de détente
• Combustible propre

Distributeurs et aubages

Refroidissement des aubages

from The Jet Engine (5th ed) by Rolls-Royce

Refroidissement des aubages

from The Jet Engine (5th ed) by Rolls-Royce

Refroidissement des aubages

from The Jet Engine (5th ed) by Rolls-Royce

Refroidissement des aubages

Documentation Snecma

Refroidissement des aubages

Turbine à un seul arbre

• T₀ ± 20 °C

  • (- 15 / 25 °C)
• η ± 10 %
• W ± 20 %
• maximum à - 15 °C

Forte puissance spécifique

• entre 1 et 6 kW/kg pour les machines aérodérivées

Turbine à gaz

• conception standardisée et modulaire
• délais de construction sur site réduits
• mise en route très rapide : 15 à 20 mn
• équipements auxiliaires petits et bon marché
• pas besoin d’eau de refroidissement

Cycles de turbines à gaz

• Cycle simple (cf. séance S21 ou 24)
• Cycle fermé
• Cycle à régénération (cf. séance S23)
• Bilan exergétique (cf. séance S23)
• Autres cycles
• Refroidissement intermédiaire
• Combustion séquentielle
• Réfrigérée
• Injection de vapeur
• Cycles combinés, cogénération (séances S40 à 49)

Performances

Cycle fermé

• Pebble Bed Modular Reactor (PBMR)

• fichiers Thermoptim de l’exemple affiché (zip, 3 Ko)

Régénération

Limites de la régénération

Refroidissement intermédiaire

• fichiers Thermoptim de l’exemple affiché (zip, 3 Ko)

Combustion séquentielle

• fichiers Thermoptim de l’exemple affiché (zip, 3 Ko)

TAG biétagée avec régénération

• fichiers Thermoptim de l’exemple affiché (zip, 4 Ko)

TAG réfrigérée

• fichiers Thermoptim de l’exemple affiché (zip, 3 Ko)

Injection de vapeur

• rendement 45 %
• baisse NOx
• consommation eau

Injection de vapeur

• fichiers Thermoptim de l’exemple affiché (zip, 3 Ko)