Turbina

Una turbina es un dispositiu rotatiu destinat a utilizar la fòrça d'un fluid (aiga, vapor, aire, gas de combustion), que son coble es transmés per mejan d'un arbre.

L'energia del fluid, caracterizada par sa velocitat e son entalpia, es en partida convertida en energia mecanica per entraïnar un alternator, una pompa o tot autre receptor mecanic rotatiu.

Turbina de vapor

Definicion – Principis generals de foncionament

La turbina de vapor es un motor termic de combustion extèrna, foncionant segon lo cicle termodinamic dich de Clausius-Rankine. Aquel cicle se distinguís per lo cambiament d’estat tocant lo fluid motor qu'es en general de vapor d'aiga.

Aquel cicle compren per lo mens las estapas seguentas :

L’aiga liquida es mesa en pression per una pompa e mandada cap a la caudièra,
L’aiga es caufada, vaporizada e subrecaufada,
La vapor se destend e se refregís dins la turbina en fornissent d'energia mecanica,
La vapor destenduda es condensada al contacte de la font freda jos voide parcial.

Lo principi es doncas lo meteis qu'aquel de la maquina de vapor amb pistons. La turbina ne constituís una evolucion expleitant los principals avantatges de las turbomaquinas coma :

Poténcia massica e poténcia volumica elevada,
Rendement melhorat per fòrça dels estatges de desdente.

Realizacion practica

Una turbina se constituís d’un rotor contenent un arbre ont son fixadas de palas, e d’un estator constituit d’un carter portant de deflectors fixes, generalament constituits de doas partidas assembladas segon un plan axial. Compren mai un tore d’admission segmentat e un divergent d’escapament dirigit cap al condensor. La foncion dels deflectors fixes es d’assegurar tot o partida de la destenda en formant una ret de tuvièras e de modificar la direccion de l'escorrement sortissent de l’estatge precedent.

Una turbina de vapor compren un o mai estatges assegurant cadun doas foncions :

La destenda de la vapor que correspond a la conversion de l’energia potenciala en energia cinetica,
La conversion de l’energia cinetica e coble de rotacion de la maquina amb una amassa de palas mobilas.

Las turbinas de vapor se classan en doas grandas categorias sovent combinadas dins una meteissa maquina :

Las turbinas d'accion ont la destenda se fa unicament dins las palas fixas. Son ben adaptadas als estatges de fòrta pression e convenon melhor per la regulacion del debit. Lor construccion es pus cara e sol s'emplega pels primièrs estatges de la turbina.
Las turbinas de reaccion ont la destenda se repartís entre las palas fixas e mobilas. Lo gra de reaccion se definís per la reparticion de la destenda entre las palas. S'emplega al estatges de bassa pression e son mens caras.

La realizacion de las turbinas demanda d'acièrs fòrtament aliats (Cr-Ni-Va) per resistir a las constrentas termicas, mecanicas (fòrça centrifuga) e quimicas (corrosion per la vapor). Las doas primièras constrentas limitan lo diamètre e doncas lo debit capable dels darrièrs estatges. Atal las palas de mai d’un mètre de longor pausan ja de grands problèmas de realizacion. De mai, l'eterogeneïtat radiala de las velocitats impausa una incidéncia variabla de la pala que presenta alara una forma esquèrra que son usinatge es complèxe.

En practica, la temperatura se limita a 550 o 580 °C e lo maximum mes en òbra es de 650 °C. La pression es de l’òrdre de 180 bar e atenh 250 bar per las installacions supercriticas.

De fach, las turbinas de fòrta poténcias comprenon generalament sus un meteis ais:

Una turbina de nauta pression,
2 o 3 turbinas bassa pression amb sostiratges.

Atal es possible d’aténher de poténcias de mai de 1000 MW amb un rendement despassant leugièrament 40%.

A l’autra extremitat, las pus pichonas turbinas an de poténcias de qualques desenas de quilowatts. Comprenon generalament un sol estatge e servisson per entraïnar de maquinas dins l’industria o sus de naus.

Entre los dos, existís d'autras turbinas mai o mens complèxas e adaptadas a d'utilizacions industrialas especificas.

Limits tecnics – Avantatges

L'avantatge principal de las turbinas de vapor es d’èsser de motors de combustion extèrna. Per aquò, totes los combustibles (gas, fiol, carbon, rebuts, calor residuala) e subretot los mens cars, se pòdon utilizar per l’alimentar en vapor. Lo calfatge pòt de mai se far per energia solara. Lo rendement pòt aténher de valors pro elevadas, d’ont los còstes de foncionament redusits.

Per contra, lo còst e la complexitat de las installacions las resèrvan sovent a d'installacions de poténcia elevada per obténer d'economias d’escala. Levat los cases particulars, los motors e turbinas de gas son mai adaptadas en dejós de gaireben 10 MW.

Lo refresquissent del condensor demanda un important debit d’aiga o d'aerorefrigerants encombrants çò que limita sulcòp lor domeni d’emplec a las installacions fixas o navalas.

Rendement

Lo rendement creis amb la pression de la vapor e amb la temperatura de subrecalfatge. Pasmens, l'aumentacion d'aquelas caracteristicas es limitada per la tenor en aiga de la vapor a la fin de la destenda. En efièit, la corba de destenda pòt aténher la corba de saturacion amb formacion de gotetas que minòran l'eficacitat dels darrièrs estatges de destenda. La tenor en aiga liquida d'un mescladís deu èsser limitada a 15 o 20%. In fine, es la pression dins lo condensor que fixa per aquò las pressions e temperatura limitas admissiblas.

Generacion electrica

A causa de lors caracteristicas, las turbinas de vapor son fòrça emplegadas dins de centralas termicas de mejana e fòrta poténcia, nuclearas inclusas. Dins la gama de poténcias de 1 a 10 MW gaireben, s'utilizan dins las aplicacions de cogeneracion (incinerador de rebuts e calfatge urban, procèssus industrial). I a tanben de senhalar lor usatge dins los cicles combinats ont permeton de valorizar en electricitat la calor d’escapament de las turbinas de gas.

Las turbinas de vapor s'emplegan tanben dins lo domeni de la propulsion navala, subretot pels pus grands vaissèls (petrolièrs, pòrtavions e sosmarins nuclears) mas son mai que mai sovent remplaçats per de motors diesel o de turbinas de gas. La foncion d’entraïnament de maquinas es tanben en via de disparicion al profèit dels motors electrics.

Conclusion

La turbina de vapor es l’acabament d’un tipe de maquinas termicas introducha per las maquinas de vapor amb piston. Las constrentas dependentas de lor concepcion restrenhon lor usatge a las centralas electricas de fòrta poténcia e a d'aplicacions especificas. Se pòt atal citar l'aeronautica o encara las industrias utilizant la vapor sortissent de la turbina. Dins aquel cas s'obten d'electricitat a bon mercat perque la font freda es pas « gastada » dins un condensor. Aquelas turbinas se nomenan turbinas de contrapression. S'encontra aquela utilizacion, en particular, dins las sucrariás. Dins las sucrariás de canas, lo combustible es gratuit e abondant : la cana de sucre trissada que se n'extrai lo sucre.

Turbinas d'aiga

Article detalhat: Turbina d'aiga.

Situada en aval d'un barratge, aquela turbina, inventada per Benoît Fourneyron, se mòu par l'escorrement de l'aiga e mòu un alternator que produtz d'electricitat. Se pòt utilizar subretot la pression de l'aiga, tipe Francis ; la velocitat de l'aiga tipe Pelton ; o encara un grand debit (tipe gropa Bulbe o Kaplan).

Turbina de gas de combustion

Article detalhat: Turbina de gas.

Aeronautica

La turbina de gas es amb lo compressor e la cambra de combustion un dels elements constitutius dels motors de reaccion (vejatz turboreactor). Suls elicoptèrs convencionals, la poténcia fornida per la turbina servís a entraïnar lo rotor principal e lo rotor anticoble e mai los esquipaments fornissent la pression idraulica e pneumatica e la tension electrica.

Turbinas d'aire

Article detalhat: eoliana.

Ligams extèrnes

(fr) https://web.archive.org/web/20100430021055/http://www.inti.be/ecotopie/hydro.html
(fr) Turbina de jetesqui
(fr) HYDROWEB : site sus l'idroelectricitat
(fr) hydroelec.fr : site sus l'idroelectricitat (istòria e maquinas)