tp turbine a gaz
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7/23/2019 TP Turbine a Gaz
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But de la manipulation :Lors de cette manipulation, on va efectuer une étude de perormance
d’une turbine. Ceci en aisant une étude comparative entre deux essais :
-le premier consiste à utiliser une turbine à un seul arbre
-le deuxième en utilisant turbine bi-arbre
Ceci est achevé, on terminera par le traa!e des caractéristi"ues de
cha"ue cas.
Défnitions essentielles :
Le débit massique d’air en Kg/s :
#am =0.01279. 0.8. Dh
On aura :
#am =0.01144. Δh
Le débit massique du combustible en Kg/s :
# # -3tbb bl
t0 a
f 288.15m =m .10
f T
avec *#blm
: valeur lu sur le débitmètre.
*t0f
=1.581.
*tbf
: facteur de correction déterminé par interpolation à partir de la
table donné dans la fascicule.
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Dosage du combustible :#
#
a
b
mα=
m
Dosage stœchiométrique :
( )( )
st
b34.56 4+aα =b12,01.1,008
a
*Pour le propane83
H C
:stα =15.6745
Capacité thermique massique de l’air à pression constante en kJ/KgK
!"#$%%K& :
-6max minp
T +T =0.976+105 10
2
Capacité thermique massique à pression constante pour les ga' br(lés
en kJ/KgK !$%%#"#)%%%K& :
÷
-6st st max minp
1+α 1+α T +T !=0.909+0.042 + 239+75 10
1+α 1+α 2
*uissance total +ournie par la turbine de puissance en K, :
( ) ( )#T +T45
t,T" b " 4 5" =m 1+α ! T -T
-apport de chaleur de la chambre de combustion en k, :
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( )′# #T +T2 3
1 a " 3 2
1+α# =m T -T
α
-endement utile de l’installation :
# # #$,T" t,T" t,T"
$ %T"1 1 1
p " "& = =& =0.92
# # #
*%T"&
: rendement orani!ue de la turbine de puissance soit éale à "#$%.
* $,T
"
: puissance utile.
La puissance utile de la turbine de puissance en k,:
#$ $ 1" =& .#
*uissance électrique de l’alternateur en , :
alt" ='.(
-endement de l’alternateur :
altalt
$
"& =
"
Rendement total de la chambre de combustion :
( )
α
η
+
−′=
+
1
%33%
i
T T P
b H
T T C
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*
6i) =46,4.10 *
: pouvoir calorifi!ue inférieur du combustible.
-endement global de l’installation :
b $& =& .&
-endement organique du groupe compresseur .turbine :
( )( )
1
3 4
2 2 1
3 4
.1
PT T
oGG
PT T
C T T
C T T
α η
α
+
+
−= ′+ −
-endement isentropique du compresseur !0cis& :
÷
÷
is
.-1
.
// m-1
m/
0 -1& =
0 -1
&vec :
÷
2
1
/
Tln
Tm-1
=m ln et
p
p
=
- et
2
/ 1
" =
"
1- : 'onstante de l(air. -234563 7J/kg8K9
-endement isentropique de la turbine !0tis& :
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÷
÷
is
m!-1
m!
t
!-1!
11-
0!& =
1
1-0!
&vec :
÷
2
1
/
Tln
Tm-1=m ln
et
p
p
!!=! -!
et
3
4
"! ="
&vec :
1-’ : 'onstantes des a) brlés.
On a :
÷
st1+α!=. 1+0,0021.
1+α
Expérience1 : Turbine à un seul-arbre :
Tables de mesures :n$$
%tr&min'
n()
%tr&min'
*h
%mm' (+ %C' ( %C' ( %C' (/ %C' (0 %C'1222 +222 23 0+,4 4+1 505 04+5222 +222 +41 ,5 02,3 421 5/0 004222 ++222 +02 ,3 /3 424 50 00+2222 +2222 +5 ,1 /5,+ 420 50 0//4222 1222 +23 /,3 513 5+2 02/222 3222 30 ,3 / 545 030 0++
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) %bar' )%bar' )/
%mbar'
)0
%mbar'
6 %6' 7 %8' mb
%!&s'
)b %bar'
2,5 2,5 2 2 +,5 0,/ + +
2, 2,/ 52 2 ++,4 /,5 2,1 +
2,+1 2, /2 2 +2 ,1 2,3 2,14
2,+3 2,+1 0 2 3, , 2,4 2,142,+/ 2,+0 2 2 5,5 ,5 2,5 +
2,+ 2,+ 2 +1 /,3 +,1 2,/3 +
9+
%!&m;' mair%!&s' mbl%!&s' < =c >$$ >() ? m+,2 2,+4 2,2 0, +,3 /,22 +,0 2,1 +,5+,+1 2,+0 2,23 0,3 +,/ 2,54 2,1/ +,4/3+,+1 2,+/ 2,20 0,0/ +,2 2,22 2,10 +,435+,+1 2,+ 2,2 0,3+ +,+1 /,22 +,40 2,15 +,400+,+1 2,+ 2,2+1 5,4 +,+0 04,02 + 2,14 +,1/1
+,+1 2,++ 2,2+0 5,15 +,+ 05,02
+,205+
041 2,14 ,+2+
)alt %@'
CpA
%B&! ?'
%(,('
CpA
%B&! ?'
%(/,(0'
CpA
%B&! ?'
%(,(/'
)t,()
%@'
)t$$
%@'
Cp
%B&! ?'
%(+,('
)comp
%@' + %@'4,// 2,1/+5+ 2,101 2,10504 3,+3+ 4,41 +,22300 0,31 +,050,3 2,1/2+5 2,1024 2,10// 3+,45 42,444 +,2230 0,+5 ++,0
1 2,1310 2,1/331 2,10/5 4,+22 4/,1 +,223/2 /,2 +2,4
5,/ 2,14 2,1/5 2,1/13+ 54,2+1 44,344 +,2232 ,0 1,11+4,+5 2,1//1 2,1/1 2,1/042 50,+13 3,//5 +,223+1 ,31 3/,21,+ 2,1+20 2,1450 2,1/20 03,5 3,+5 +,22323 ,/ 4+,
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Dendeme
nt idéal
E
rendeme
nt
alternateur
Ealt
Dendeme
nt idéalde ($$
Eo$$
Dendemen
t
isentropi"
ue decompresse
ur
Ecompiso
Dendeme
nt
chambre
decombusti
on
Eb
Dendeme
nt
utile de
l’installation
Eu
rendement !lobal
E$
"bF+2-/
%!&B''
2,21 10,14 2,/ 2,31 2,+4 2,5 2,+2 /,+
2,21 4+,00 2,1 2,12 2,+4 2,54 2,++ ,432,23 04,11 2,+ 2,1+ 2,+4 2,55 2,++ ,45
2,24 /,05 2,5 2,1 2,+3 2,55 2,+ ,01
2,24 3,5+ 2, 2,1 2,+1 2,4+ 2,+ ,+52,25 +4,2 2,2 2,1/ 2,2 2,40 2,+0 ,3
Courbes et Interprétations :
4222 2222 222 5222 1222
512
510
422
420
4+2
4+0
42T3
(
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4222 2222 222 5222 1222
2.+
2.+4
2.
2.4
P
)
4222 2222 222 5222 1222
2.++
2.+
2.+
2.+/
2.+0
2.+52.+4
ma
ma
4222 2222 222 5222 1222
2.2+0
2.22
2.20
2.22
2.20
mb
mb
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4222 2222 222 5222 1222
.22G-2/
.2G-2/
./2G-2/
.52G-2/
.32G-2/
/.22G-2/
/.2G-2/
!b
"b
/222 4222 2222 222 5222 1222
2
+2
2
2
/2
02
52
42
32
Pel
)el
FHn constate "ue (,), ma , mb ,"b et )el au!mentent en onction de n$$.
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2222 0222 2222 0222 /2222
2
2
/2
52
32
+22
+2
"alt
Ealt
2222 0222 2222 0222 /2222
2
2.20
2.+
2.+02.
2.0
2.
2.0
2./
2./0
"o##
Eo$$
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2 +2222 2222 2222 /2222 02222
2
2.+
2.
2.
2./
2.0
2.5
2.4
2.3
"u
Eu
2222 0222 2222 0222 /2222
2.+0
2.+5
2.+4
2.+3
2.+1
2.
2.+
"b
Eb
FI’après ces courbes on constate "ue le rendement de la turbine ,ainsi celle de
l’alternateur ,au!mente en onction de vitesse de rotation de
l’arbre.Contrairement à a, les deux rendements du chambre de combustion et
celle utile pour l’installation sont été diminués. Gn efet, le rendement aible de la
turbine à !aJ %2K à / K' est d au ait "ue, comme dans un moteur à pistons,
une partie de lAéner!ie ournie par le combustible est nécessaire pour entraMner le
compresseur et une autre perdue sous orme de chaleur dans les !aJ
dAéchappement.
Expérience : Turbine bi-arbre :
Tables de mesures et de calculs :
n$$ n() *h (+ %C' ( %C' ( %C' (/ %C' (0 %C'
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%tr&min
'
%tr&min
' %mm'/2222 +222 +0 0,/ /1,4 42/ 51 00/2222 +222 +0,+ 0,4 02,0 423 51 00+/2222 ++222 +0, 0,3 02,5 423 52 0/3
/2222 +2222 +0,0 0,4 02,4 421 52 0/3/2222 1222 +0,3 0,/ 02,5 421 51 0/1/2222 3222 +5 0,0 02,3 421 51 00
9+
%!&m;
'
ma
%!&s'
mpb
%!&s' < >c >$$ >() m
+,+3 2,20
2,22245
0 /5,/3 +,3 /+,54 +,301 +,5
+,+3 2,20
2,2223+
5 /,54+ +,5 /+,22 +,331 +,42+
+,+3 2,20
2,2223+
5 /,3+0 +,4 0,4+ ,0 +,331 +,500
+,+3 2,25
2,2223+
5 //,/0 +,4 /+,54 +,12 +,542
+,+3 2,25
2,22235
4 /,2// +,4 /+,54 +,1+4 +,552
+,+3+ 2,25
2,22235
4 /,21 +,4 /+,54 +,1 +,5/3
)
%bar'
)%bar
'
)/
%bar'
)0
%bar' 6 %6' 7 %8'
mb
%!&s' )b %bar'+, +, +,2 +,2+ ++ /,/ 2,40 +,40+, +, +,2 +,2+ +2,1 /, 2,3 +,50+, +, +,2 +,2+ +2,5 /, 2,3 +,5++, +, +,2 +,2+ +2,+ / 2,3 +,01+, +, +,2 +,2+ 1,4 ,1 2,30 +,01+, +, +,2 +,2+ 1, ,4 2,30 +,01
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)alt
%@'
CpA %B&!
?'
%(,('
CpA
%B&! ?'
%(/,(0'
)t,comp%
@'
CpA
%B&! ?'
%(,(/'
)t$$
%@'
)t,()
%@'
CpA
%B&! ?'
%(+,('
)t$$
%@'
/3,/ 2,14 2,1045 2,0 +,+4 52,/0/ 2,+505 +,2103 +,+
/5,34 2,1/5 2,1/123 2,5 +,+45 0,45 2,+30+2 +,213/ +,5/
//,0 +,43 2,1/40 2,5 +,+45 42,/3 2,0/2/ +,213 +,/3/2,/ + ,43 2,10253 2,50 +,+40 0/,/2/ 2,0+1 +,213+ +,5
4,3 +,40 2,102+ 2,1+ +,+44 55,3 2,3+11 +,2113 +,5
/,2/ +,4/1 2,102+0 2,11 +,+44 55,3 2,32++ +,2115 +,5+
rendeme
nt idéal
E
rendeme
nt
alternate
ur
Ealt
rendeme
nt idéal
($$
Eo$$
rendemen
t
isentropi"
ue de
compresseur
Ecompiso
rendeme
nt
chambre
de
combustion
Eb
rendemen
t utile
d’installati
on
Eu
rend !lobal
E$
"b
%!&B''
2,21 +,4+ 2,/01 2,31/ 2,+55 2,0
2,2355+12/
1
/,14G
2
2,21 +,2+ 2,01 2,315 2,+4/ 2,425
2,+/+1+2
,0/G
2
2,21 +,24 2,/53 2,310 2,+44 2,512
2,++3+2/
0
,3G
2
2,21 +,+5 2,0/+ 2,310 2,+54 2,5220 2,+22100
/,5G
2
2,21 +,2/ 2,/4/ 2,310 2,+42 2,0305
2,2115/10
/,1G
2
2,21 2,14 2,/42 2,315 2,+42 2,0443
2,2141/345
1
/,/0G
2
Interprétation :FHn constate "ue le rendement de la turbine bi-arbre est plus !rand "ue celle à
un seul arbre. Gn efet, a expli"ue l’utilisation ré"uente de ce tNpe de turbinedans les centrales thermi"ues.