Avantages et inconvénients des turbines à gaz

Avantages et inconvénients des turbines à gaz

Généralités sur les turbines à gaz

La turbine à gaz est une centrale thermique qui produit une grande quantité d’énergie. Elle est constituée de trois éléments principaux: – un compresseur d’air qui comprime l’air à haute pression et haute température. – une chambre de combustion dans laquelle on introduit un combustible liquide ou gazeux qui, en brûlant, consomme partiellement l’air amené par le compresseur et élève la température de mélange de combustion. – une turbine dans laquelle les gaz sortant de la chambre de combustion à la pression obtenue après compression se détend dans plusieurs étages pour produire de l’énergie mécanique. Cette énergie sert à entraîner le compresseur d’air et à fournir à l’arbre une puissance utilisable.
Du fait de cette double fonction, les étages destinés à l’entraînement du compresseur peuvent être séparés des étages produisant la puissance récupérable sur l’arbre.

Les composants de la turbine à gaz

La turbine à gaz se compose de trois éléments principaux:
Compresseur: Le rôle du compresseur est d’augmenter la pression d’air pour que les processus de combustion et d’extraction de puissance puissent être effectués de façon plus efficace. Plus la pression de l’air augmente et plus son volume diminue, ce qui signifie que la combustion de la combinaison carburant/air s’opère en petite quantité.
Chambre de combustion : La chambre de combustion est conçue pour brûler le mélange (air/carburant) et fournir les gaz à la turbine à une température stable.
La température de gaz ne doit pas dépasser la température structurelle tolérée à la turbine. Environ la moitié du volume d’air entrant dans le brûleur est consumée en se mélangeant à du carburant. La quantité d’air restante est utilisée pour le refroidissement des produits du combustion et les surfaces du brûleur.
Turbine: La turbine est un ensemble de palettes concentriques avec l’axe de la turbine placées sous un angle pour former une série becs qui déversent les gaz sur les lames de la roue de la turbine.
Comme le compresseur axial, la turbine axiale est formée de plusieurs étages, mais en nombre inférieur par rapport au compresseur parce que la pression est décroissante (processus de détente) alors que dans le compresseur, la pression augmente (processus de compression).

Les applications de la turbine à gaz

Les turbines à gaz sont utilisées dans des services diversifiés des moteurs à réaction et des commandes mécaniques (terre, mer, air).
Pour sa simplicité, la turbine à gaz sera considérée pour des applications aéroportées et des applications basées de surface (terre et mer).
Dans les applications aéroportées, ces moteurs sont désignés sous le nom des jets, des turboréacteurs, et des turbopropulseurs. Par contre, sur terre et sur les applications marines, ils sont appelés turbines à gaz d’entraînement mécanique.
La liste des applications est limitée par les contraintes suivantes :
Taux de compression.
Température de combustion.
Chute du rendement pour une faible charge.
Inaptitude aux changements de régime.

Avantages inconvénients des turbines à gaz

Les applications des turbines à gaz sont très variées et leur fonctionnement n’exige qu’une alimentation en combustible et des systèmes de démarrage et d’échappement.
Avantages :
Par rapport les moteurs à pistons :
suppression des pièces à mouvements alternatifs.
détente plus complète des gaz brûlés.
suppression des pièces flottantes (graissage moins onéreux)
rendement de l’ordre de 25%. B) Par rapport aux turbines à vapeur :
frais de première installation bas, pas de chaudière ni de condenseur
Amélioration du rendement et suppression du fluide intermédiaire.
Mise en marche rapide.
Inconvénients :
Difficulté d’obtenir des matériaux résistants aux hautes températures.
Nécessité d’un compresseur et d’une pompe à combustible ( ou d’un compresseur de gaz).

Description de la turbine à gaz MS5002C

La turbine à gaz à deux arbres à entraînement mécanique modèle série 5002 est une machine utilisée pour entraîner un compresseur centrifuge de charge.
L’extrémité avant du socle de la turbine à gaz comprend une chambre d’admission de l’air et le conduit contenant le silencieux à l’entrée qui atténue le bruit haute fréquence et un séparateur air inertiel éliminant les matières étrangères avant l’admission de l’air dans la turbine.

Système d’admission d’air

La turbine à gaz est une machine qui “respire” et dont les performances et la fiabilité dépendent donc de la qualité et de la propreté de l’air.
Il faut traiter l’air qu’elle reçoit à diverse température, divers taux d’humidité et des degrés de contamination variables.
C’est le système d’admission d’air, avec ses conduites, filtres et chicanes, qui fournissent de l’air propre à la turbine.
Le système d’admission d’air se compose d’un compartiment élevée d’admission d’air et de conduite à dispositifs anti-bruit, reliées au caisson d’admission de la turbine.

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Table des matières

Chapitre I : Généralités sur les turbines à gaz
I.1 Introduction
I.2 Définition
I.3 L’évolution de la turbine à gaz
I.4 Composants de la turbine à gaz
I.4.1 Compresseur
I.4.2 Chambre de combustion
I.4.3 Turbine
I.5 Disposition des turbines à gaz
I.5.1 Turbine à gaz à un seul arbre
I.5.2 Turbine à gaz à deux arbres
I.6 Applications de la turbine à gaz
I.6.1 Applications aéronautiques
I.6.2 Applications industrielles
I.6.3 Applications dans les véhicules
I.6.4 Applications dans la production d’électricité
I.6.5 Applications maritimes
I.7 Avantages et inconvénients des turbines à gaz
I.8 Conclusion
Chapitre II : Présentation du champ Hassi Messaoud
II.1 Introduction
II.2 Situation géographique
II.3 Historique de la découverte de gisement
II.4 Différents structures de la direction régionale
II.5 Différents installations pétrolières avec leurs capacités
II.6 Complexe industriel SUD (CIS)
II.6.1 Service programmation
II.6.2 Service traitement
II.6.3 Service compression
II.6.4 Service satellite
II.6.5 Service GPL
II.6.6 Service raffinerie
II.6.7 Service contrôle
II.7 Stations de compression
II.8 Présentation de la direction de maintenances SH/ HMD
II.8.1 Objectifs
II.8.2 Missions
II.8.3 politique
II.8.4 Matériel géré
II.8.5 Champ d’action
II.9 Organigramme du centre industriel sud
II.10 Conclusion
Chapitre 3 : Description de la turbine à gaz MS5002C
III.1 Introduction
III.2 Système d’admission d’air
III.3 Section compresseur
III.3.1 Rotor du compresseur
III.3.2 Stator du compresseur
III.4 Section combustion
III.4.1 Enveloppe de combustion
III.4.2 Chambre de combustion
III.4.3 Bougie d’allumage
III.4.4 Détecteur de flamme ultraviolet
III.4.5 Injecteurs de combustible
III.4.6 Système de combustible gazeux
III.4.7 Tubes-foyers
III.5 Section turbine
III.5.1 Rotor de la turbine
III.5.2 Stator de la turbine
III.6 Section échappement
III.7 Paliers
III.8 Graissage
III.9 Système de lancement
III.10 Séquence et fonction de lancement
III.11 Système d’air de refroidissement et d’étanchéité
III.12 Données sur les équipements
III.13 Conclusion
Chapitre IV : Cycles thermodynamiques et bilan thermique
IV.1 Introduction
IV.2 Rappels théoriques
IV.2.1 Loi des gaz parfaits
IV.2.2 Premier principe de la thermodynamique
IV.2.3 Energie cinétique
IV.2.4 Triangle de vitesse
IV.3 Cycle de la turbine à gaz
IV.3.1 Cycle de Brayton idéal
IV.3.2 Cycle réel de Brayton
IV.4 Bilan thermique de la turbine à gaz 5002C
IV.4.1 Cycle réel de la turbine à gaz MS5002C
IV.4.1.1 Compresseur
IV.4.1.2 Chambre de combustion
IV.4.1.3 La turbine haute pression
IV.4.1.4 La turbine basse pression
IV.5 Conclusion
Chapitre V : Calcul thermodynamique de la TAG MS5002C
V.1 Introduction
V.2 Cycle réel de la turbine à gaz MS5002C
V.3 Les données de la turbine à gaz MS5002C
V.4 Calcul des paramètres de fonctionnement de la TAG MS5002C
V.4.1 Compresseur
V.4.2 Chambre de combustion
V.4.3 Turbine haute pression
V.4.4 Turbine de puissance
V.4.5 Tableau récapitulatif des calculs thermodynamique
V.5 Performances de la turbine à gaz
V.6 Paramètres influançentes sur le rendement de la turbine à gaz
V.6.1 Pertes mécaniques
V.6.2 Pertes chimiques
V.6.3 pertes thermodynamiques:
V.6.4 Pertes thermiques
V.6.5 Pertes visqueuses
V.6.6 Effet de la température ambiante
V.6.7 Effet de la pression atmosphérique
V.7. Turbine a gaz et l’envirennement
V.8. Amélioration du rendement de la turbine à gaz MS5002C
V.8.1. Cycle avec regénération
V.9 Conclusion
Conclusion générale