Turbines (THEORIE)

Une turbine est une machine qui extrait de l'énergie à un fluide, par opposition à une une pompe qui est une machine qui ajoute de l'énergie à un fluide:

Une turbine est une machine qui extrait de l'énergie à un fluide, par opposition à une une pompe qui est une machine qui ajoute de l'énergie à un fluide:

Le point de fonctionnement correspondant aux valeurs simultanées, à un instant (t), du débit et de la pression de la machine:

L’ énergie thermique contenue dans la vapeur est convertie en énergie mécanique par expansion à travers la turbine . L’expansion se fait à travers une série de pales fixes (buses), qui orientent le flux de vapeur en jets à grande vitesse . Ces jets contiennent une énergie cinétique importante, qui est convertie en rotation de l’arbre par les pales du rotor en forme de godet, lorsque le jet de vapeur change de direction  (voir: Loi de conversation de l’élan ). Le jet de vapeur, en se déplaçant sur la surface incurvée de la lame, exerce une pression sur la lame en raison de sa force centrifuge. Chaque rangée de buses fixes et de lames mobiles est appelée une étape. Les pales tournent sur le rotor de turbine et les pales fixes sont disposées concentriquement à l’intérieur du carter de turbine circulaire.

Dans toutes les turbines, la vitesse de rotation de la pale est proportionnelle à la vitesse de la vapeur passant sur la pale. Si la vapeur n’est détendue qu’en une seule étape de la pression de la chaudière à la pression d’échappement, sa vitesse doit être extrêmement élevée. Mais la turbine principale typique des centrales nucléaires, dans laquelle la vapeur passe de pressions d’environ 6 MPa à des pressions d’environ 0,008 MPa , fonctionne à des vitesses d’environ 3000 tr / min pour des systèmes à 50 Hz pour un générateur à 2 pôles (ou 1500 tr / min pour un générateur à 4 pôles). et 1800 tr / min pour les systèmes à 60 Hz pour le générateur à 4 pôles (ou 3600 tr / min pour le générateur à 2 pôles). Un anneau à lame unique nécessiterait de très grandes lames et environ 30 000 tr / min, ce qui est trop élevé pour des raisons pratiques.
Par conséquent, la plupart des centrales nucléaires exploitent une turbogénératrice à un arbre qui se compose d’une turbine HP à plusieurs étages et de trois turbines BP à plusieurs étages parallèles , d’un générateur principal et d’un excitateur.  La turbine HP est généralement une turbine à réaction à double flux avec environ 10 étages avec des pales enveloppées et produit environ 30 à 40% de la puissance de sortie brute de la centrale. Les turbines LP sont généralement des turbines à réaction à double fluxavec environ 5-8 étages (avec des lames enveloppées et avec des lames autonomes des 3 derniers étages). Les turbines LP produisent environ 60 à 70% de la puissance brute de la centrale. Chaque rotor de turbine est monté sur deux roulements, c’est-à-dire qu’il y a des roulements doubles entre chaque module de turbine.
Dans ces turbines, l’étage haute pression reçoit de la vapeur (cette vapeur est presque de la vapeur saturée – x = 0,995 – point C sur la figure; 6 MPa ; 275,6 ° C) d’un générateur de vapeur et l’évacue vers le séparateur-réchauffeur d’humidité (point D ). La vapeur doit être réchauffée afin d’éviter les dommages qui pourraient être causés aux pales de la turbine à vapeur par une vapeur de mauvaise qualité . Le réchauffeur chauffe la vapeur (point D), puis la vapeur est dirigée vers l’étage basse pression de la turbine à vapeur, où elle se détend (point E à F). La vapeur évacuée se condense ensuite dans le condenseur et se trouve à une pression bien inférieure à la pression atmosphérique (pression absolue de 0,008 MPa ), et est dans un état partiellement condensé (point F), typiquement d’une qualité proche de 90%.

Daniel BERNOUILLI est un médecin, physicien et mathématicien suisse, né à Groningue le 8 février 1700, et mort à Bâle, le 17 mars 1782. Il est le fils de Jean BERNOUILLI, le neveu de Jacques BERNOUILLI et le frère de Nicolas BERNOUILLI et de Jean BERNOUILLI.