Types de turbines

QU'EST-CE QU'UNE TURBINE ?

La semaine dernière, nous nous sommes penchés sur l'histoire des aubes de turbine dans notre rubrique "ALL ABOUT BLADES". Cette semaine, nous allons nous concentrer sur ce qu'est une turbine, comment elle fonctionne et ce qui la différencie.

Une turbine est une machine de production continue d'énergie dans laquelle une roue ou un rotor, généralement muni d'aubes, est mis en rotation par un courant d'eau, de vapeur, de gaz, de vent ou d'un autre liquide qui s'écoule rapidement. Le barrage Hoover ou les imposantes chutes du Niagara en sont des exemples : l'eau y passe dans des turbines qui tournent sous la pression de l'eau qui tombe, produisant près de 4,9 millions de kilowatts qui alimentent 3,8 millions de foyers en électricité. Saviez-vous que l'Allemagne compte 7.254 centrales hydroélectriques depuis 2020 ? Ou pensez aux fameux vieux moulins à vent de Hollande, précurseurs des éoliennes actuelles, qui constituent une source d'énergie renouvelable efficace et peu coûteuse pour produire de l'électricité.

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DIFFÉRENTS TYPES DE TURBINES

Dans le domaine de la construction mécanique, les turbomachines sont des machines qui transmettent de l'énergie entre un rotor et un fluide ou de la vapeur. Il s'agit aussi bien de turbines que de compresseurs, souvent utilisés dans l'industrie automobile (turbocompresseurs), dans l'aérospatiale (turbines d'avion), dans le secteur de l'énergie (turbines à gaz et à vapeur) et dans l'industrie (compresseurs).

Les turbines peuvent être divisées en fonction de la direction du flux. Les trois domaines principaux sont radial, diagonal et axial, et le milieu d'écoulement détermine de quel type de turbine il s'agit. Les quatre principaux types sont la vapeur, le gaz, l'eau et le vent. Toutes les turbines sont importantes et jouent un rôle majeur dans l'industrie, mais nous nous concentrerons uniquement sur la vapeur et le gaz, ce qui nous amènera à considérer les directions d'écoulement axiale et radiale.

Quelle est la différence entre les turbines axiales et radiales ? Dans une turbine radiale, le flux est orienté uniformément perpendiculairement à l'axe de rotation et entraîne la turbine de la même manière que l'eau entraîne un moulin à eau. Il en résulte une charge mécanique moindre (et une charge thermique moindre dans le cas de fluides de travail chauds), ce qui permet à une turbine radiale d'être plus simple, plus robuste et plus efficace (dans une plage de puissance similaire) par rapport aux turbines axiales. Dans une turbine axiale, le fluide de travail s'écoule parallèlement au compresseur axial de l'arbre et transforme l'écoulement du fluide en énergie mécanique de rotation.

Toutes les turbines sont importantes, mais c'est le profil complexe de la turbine à réaction que nous mesurons le plus souvent.

EN SAVOIR PLUS SUR LES TURBINES ET COMPRESSEURS AXIAUX

Dans #allaboutblades, il s'agit essentiellement d'aubes de turbine, et c'est pourquoi nous voulons nous concentrer sur les turbomachines axiales. Les turbines et compresseurs axiaux sont composés de plusieurs étages. Les étages sont la combinaison d'une paire d'aubes rotatives et d'aubes fixes (aubes directrices). Les aubes sont reliées au rotor et les aubes directrices à la pièce moulée. La fonction principale des aubes est d'assurer le transfert d'énergie entre le gaz et le rotor. Les aubes, quant à elles, préparent le gaz à entrer dans le jeu suivant d'aubes rotatives et redirigent le flux de gaz qui les traverse du jeu d'aubes précédent vers le jeu d'aubes suivant. Il en résulte un flux guidé d'air comprimé, de vapeur à haute énergie ou de gaz d'échappement à travers la turbine/le compresseur afin de transférer la plus grande quantité d'énergie possible.

Les turbines axiales et les compresseurs sont des types différents de turbomachines ayant les mêmes principes de base, mais inversés. Les turbines sont alimentées par un gaz riche en énergie qui circule dans la turbine. Étape par étape, il transmet son énergie aux aubes. Le gaz qui le traverse se détend et se dilate, ce qui entraîne un agrandissement des aubes et des aubes directrices le long du trajet axial du gaz. Au final, toute l'énergie est transférée aux aubes et donc au rotor, pour finalement entraîner une autre machine. Dans la production d'énergie des centrales électriques, la turbine est reliée à un générateur pour produire de l'électricité.

Un compresseur fonctionne à l'envers et est entraîné par un moteur. L'air est aspiré par les pales en rotation et est pressé à travers le compresseur. Chaque jeu d'aubes/valves est légèrement plus petit, ce qui donne à l'air plus d'énergie et de compression.

TURBINES À GAZ - LES DEUX MONDES COMBINÉS

Les turbines d'avion ont à la fois un compresseur et une turbine, et entre les deux se trouve la chambre de combustion. L'air est aspiré dans la turbine, comprimé et mélangé au carburant, de sorte qu'une combustion se produit, ce qui entraîne une poussée. En outre, une turbine située dans le flux des gaz d'échappement est activée par le flux des gaz d'échappement. La roue de la turbine est reliée au compresseur et agit donc comme un moteur de liaison mécanique avec le compresseur, qui entraîne ce dernier. Toutefois, l'énergie principale des gaz d'échappement chauds est utilisée pour générer une poussée en augmentant leur vitesse à travers la tuyère.

Ce principe de base se retrouve également dans les turboréacteurs/turbopropulseurs, les types les plus simples de turbines à gaz d'avion.

La turbine à gaz Turbofan est le type de moteur à turbine le plus courant utilisé aujourd'hui dans les avions. Le principe de base est le même, mais les composants sont plus complexes. Il y a en plus une soufflante et un système de dérivation pour augmenter encore l'efficacité et la stabilité de la turbine.

Les moteurs à turbines sont souvent utilisés dans des applications qui nécessitent des performances élevées continues, une grande fiabilité, une petite taille et un poids réduit. Ils trouvent cette application dans les hélicoptères, les groupes auxiliaires de puissance, les bateaux et les navires, les chars d'assaut, les aéroglisseurs et les installations fixes.

LA STRUCTURE DE LA FEUILLE

L'aube et la pale ont des fonctions différentes, mais présentent des éléments géométriques similaires. L'aube dévie la trajectoire du flux, tandis que la pale transfère l'énergie entre le gaz et le rotor. Les aubes doivent fonctionner à des vitesses et des températures élevées, tandis que les aubes directrices conduisent le flux entraîné par les aubes en rotation vers l'étage suivant de la turbine avec un rendement optimal. Tant les aubes que les aubes directrices doivent être résistantes à l'oxydation, à la corrosion et à l'usure et avoir une longue durée de vie.

C'est l'un des aspects les plus importants que les entreprises prennent en compte lorsqu'elles améliorent leurs godets afin d'augmenter les performances et de prolonger la durée de vie des godets.

LA MESURE AUGMENTE L'EFFICACITÉ

La structure et la fonction de la pelle se composent de trois aspects :

1) L'emplanture sert à fixer la pale au rotor ou au corps. En fonction de la charge mécanique, de la précision de fixation nécessaire et des coûts de fabrication, les racines peuvent être différentes. Nous reviendrons sur ce sujet en détail à l'avenir.

2) La pale, dont la forme fonctionnelle assure une interaction correcte avec le flux de gaz, doit dévier le trajet de l'écoulement, tandis que l'aube transfère l'énergie entre le gaz et le rotor. Le profil se prolonge par l'emplanture et l'enveloppe via un rayon de transition et une surface de plate-forme incurvée. Le profil se compose d'une face de pression et d'une face d'aspiration avec un bord d'attaque et un bord de fuite, qui feront partie de notre blog détaillé.

3) La bande de couverture est optionnelle et dépend de l'application de la turbine. Les aubes carénées servent à contrôler et à minimiser les courants de fuite entre les extrémités des aubes et les aubes, ainsi qu'à limiter les amplitudes des vibrations afin de garantir la création d'un anneau extérieur stable.

WENZEL MEASURES #MOREPARTSFASTER

Dans la fabrication d'aubes, il existe une grande variété de formes, de dimensions et d'exigences pour chaque application souhaitée. Les profils sont conçus pour maximiser les performances requises. Indépendamment de la taille, de la surface ou du temps de préparation, il n'y a aucune restriction pour CORE . Le système de scannage optique à grande vitesse a été conçu pour les conditions difficiles d'un environnement de production directe. CORE M se caractérise par sa stabilité thermique et sa résistance à la saleté et aux vibrations. Les entraînements linéaires à haute dynamique et la machine de base robuste du système de mesure à 6 axes permettent de réaliser des mesures à grande vitesse.

Le capteur optique innovant à haute intensité de WENZEL assure une détection rapide des points, même sur les composants difficiles d'accès et les surfaces hautement réfléchissantes, sans devoir repositionner le composant ou prétraiter les surfaces, ce qui prend beaucoup de temps.

Le CORE M a un volume de mesure de 500 mm x 500 mm x 2.500 mm, ce qui le rend idéal pour la mesure de grands composants. À l'intérieur du boîtier de la machine se trouve un système de masses d'équilibrage dynamiques qui contrebalancent les forces générées par le mouvement à grande vitesse du scanner, de sorte qu'il n'y a pas de perte de précision, même à des vitesses de mesure remarquablement élevées. La suite logicielle complète de WENZEL permet des évaluations simples et rapides sur les aubes grâce au logiciel d'analyse des aubes WM | Blade Analyzer, développé en collaboration avec des partenaires industriels.

Comme vous l'avez peut-être déjà remarqué, nous aimons les pales de turbine de mesure avec leur gris de bronze rouge et leur design lisse et gracieux. Ces petites pièces ont un impact significatif qui nous permet d'explorer le monde en voyageant, de construire notre économie et de protéger nos pays et nos proches - toutes ces raisons sont bonnes à prendre. Je vous encourage à profiter d'une croisière fluviale relaxante sur un vieux bateau à vapeur, à vous émerveiller devant la taille des grandes éoliennes, à visiter les chutes du Niagara et à penser au chemin que nous avons parcouru au fil des siècles. Rappelez-vous que des améliorations ont été apportées grâce à des mesures et que la technologie a évolué.

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