Réacteur nucléaire: Turbine ou piston ?

[FDastronomie]

Bonjour

Je me pose une question: Les réacteurs nucléaires fonctionnent en faisant passer dans une turbine de la vapeur chauffée par réaction nucléaire, pour créer de l'électricité. Sur les navires nucléaires, cette électricité est transformée en mouvement par un moteur électrique.

En mettant de côté l'aspect pratique d'un moteur électrique, n'y aurait-il pas intérêt à fabriquer directement une machine à vapeur (en gros reprendre les "steamships" avec chauffage nucléaire au lieu du chauffage par charbon) pour propulser un navire ? Surtout que la vapeur sortant du réacteur fait du 150 bar et 300 °C, beaucoup plus que les chaudières au charbon... Quelle serait le système avec le meilleur rendement ?

En gros, le système actuel c'est:
Nucléaire - Vapeur - Mécanique (turbine) - Electrique - Mecanique

Le système proposé:
Nucléaire - Vapeur - Mécanique (piston)

Je sais qu'on pourrait potentiellement placer l'arbre directement sur la turbine mais il me semble qu'une machine à piston soit plus appropriée (couple plus important et vitesse moins élevée)
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[invite23cdddab]

Le meilleur rendement à plein régime? Probablement le système proposé. Sauf que :
1) l’électricité sert à autre chose qu'à la propulsion sur le navire
2) l’électricité a probablement une souplesse d'utilisation beaucoup plus importante

[FDastronomie]

Oui justement c'est pour cela que c'est la solution retenue mais je voudrais savoir quel serait le meilleur rendement ?

[invitecb7c417d]

Bonjour, je vais te filer un piston, c'est bien le piston qui l'emporte niveau rendement (moins d'étapes de transformations), et ne dit-on pas que le Stirling a un meilleur rendement que la turbine ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[SK69202]

En gros, le système actuel c'est:
Nucléaire - Vapeur - Mécanique (turbine) - Electrique - Mecanique

Sous marins, besoin de silence et fonctionnement à faible puissance propulsive fréquent.
système actuel:
Nucléaire - Vapeur - Mécanique (turbine) - Mécanique

Porte-avions, le bruit n'est pas une priorité, fonctionnement permanent à forte puissance, le PA crée le vent pour les avions si celui-ci n'est pas suffisant.

Le système proposé:
Nucléaire - Vapeur - Mécanique (piston)

Trop de bruits dus aux machines alternatives pour les SM et le système doit prendre moins de place qu'une turbine pour être avantageux pour le PA (plus de munitions et de carburéacteur).

La fiabilité d'une machine tournante et plus grande qu'une machine alternative, c'est important....
Le "rendement" n'est pas la priorité des mobiles à chauffe atomique.

[RomVi]

Bonjour, je vais te filer un piston, c'est bien le piston qui l'emporte niveau rendement (moins d'étapes de transformations), et ne dit-on pas que le Stirling a un meilleur rendement que la turbine ?

Non, la turbine a un meilleur rendement, car il n'y a pas de frottements. La quantité d’énergie transformée est la même (une vapeur haute pression entre, une vapeur basse pression sort), donc la turbine l'emporte.

[SULREN]

Bonjour,

1ere remarque:
FDastronomie a écrit:

Surtout que la vapeur sortant du réacteur fait du 150 bar et 300 °C, beaucoup plus que les chaudières au charbon.

C'est justement le contraire. Les centrales nucléaires élèvent peu la température de la vapeur. 150 bars 300°C c'est peanuts.

Dans les centrales à charbon anciennes, celles de mon époque (années 1970), on portait déjà la vapeur sortie chaudière, vers la turbine, à 165 bars et 545 °C. Dans les centrales à charbon modernes on doit faire encore mieux.
Le rendement théorique de Carnot est bien meilleur qu'avec une centrale nucléaire.

[SULREN]

Re,

Quant à la machine à vapeur à pistons sur les bateaux,….paix à son âme.

- Elle a été virée de la propulsion maritime dès le tout début du XXe siècle au profit de la turbine à vapeur, de bien meilleur rendement et bien plus compacte.
- A noter cependant que la machine alternative à pistons était accouplée directement à la ligne d’arbre de l’hélice, alors que la turbine nécessite un réducteur encombrant et qui grignote un peu le rendement.
- De plus il y a une différence entre les deux types de machine pour « battre en arrière », c’est à dire enclencher la marche arrière, lorsqu’il s’agit de freiner le navire ou de le coller au quai.
Sur la machine alternative il suffisait d’inverser la distribution. Sur la turbine à vapeur, qui ne sait pas tourner à l’envers, il faut arrêter l’admission de vapeur dans le corps de turbine de marche avant et l’envoyer dans le corps de turbine de marche arrière. Cette opération nécessite un délai avant le basculement. Pendant ce délai la consommation de vapeur baisse et la chaudière monte en pression, doit baisser ses feux, etc.
Mais la marche arrière de freinage d’urgence (crash stop) est rare dans la vie du navire…..et elle est spectaculaire. Je l’ai vécue à bord d’un méthanier lors de ses essais en mer et j’ai été impressionné : le bateau vibre violemment de toutes ses membrures, la mer change de couleur et devient plus verte que bleue à cause des bulles d’air renvoyées pas l’hélice sous la coque, etc. Il a quand même fallu une quinzaine de miles (de mémoire) pour stopper.

PS:
A noter que les méthaniers sont les seuls navires "de la marchande " à être restés en propulsion par chaudière et turbine à vapeur jusqu’à une période récente (vers 2006, de mémoire).
Tous les autres navires marchands (cargos, pétroliers, porte containers, etc) sont passés en propulsion diesel depuis des lustres : très bon rendement, plus souples et moins de maintenance que chaudière turbine, et accouplement direct du vilebrequin à la ligne d’arbre.
Les paquebots, eux, sont nécessairement en diesel électrique et pas en accouplement direct diesel sur hélice (problème de l’accostage fréquent et sans remorqueur, qui nécessite des moteurs en pods).

[invitecb7c417d]

@RomVi : peu de frottements, j'aurais compris, ... mais pas de frottements ???
L'axe de la turbine est déjà un frottement et la vapeur d'eau a une viscosité, comme tout fluide, alors "pas de frottements" c'est faux ! Si c'est juste pour me contredire, c'est gagné, je ne répondrai plus dans ce sujet. Ma contribution était à titre indicative, c'est tout, elle n'a pas valeur de vérité universelle (mais si tu peux apporter des %=rendement(s), ça serait un mieux ; de mémoire, 30% pour le stirling, pour une turbine à gaz combustible c'est 35% dans le meilleur des cas, une turbine à cycle combiné > 62%, un moteur piston wankel c'est comme une turbine 4 temps d'où l'appellation de quasi-turbine, etc ...). A bah voilà (en cherchant un peu) : https://fr.wikipedia.org/wiki/Effica...ermodynamique)

[RomVi]

@RomVi : peu de frottements, j'aurais compris, ... mais pas de frottements ???
L'axe de la turbine est déjà un frottement et la vapeur d'eau a une viscosité, comme tout fluide, alors "pas de frottements" c'est faux ! Si c'est juste pour me contredire, c'est gagné, je ne répondrai plus dans ce sujet. Ma contribution était à titre indicative, c'est tout, elle n'a pas valeur de vérité universelle (mais si tu peux apporter des %=rendement(s), ça serait un mieux ; de mémoire, 30% pour le stirling, pour une turbine à gaz combustible c'est 35% dans le meilleur des cas, une turbine à cycle combiné > 62%, un moteur piston wankel c'est comme une turbine 4 temps d'où l'appellation de quasi-turbine, etc ...). A bah voilà (en cherchant un peu) : https://fr.wikipedia.org/wiki/Effica...ermodynamique)

Non tu as raison, j'aurai plutôt du dire "moins de frottements", mais la différence est tout de même très significative.

[wizz]

PS:
A noter que les méthaniers sont les seuls navires "de la marchande " à être restés en propulsion par chaudière et turbine à vapeur jusqu’à une période récente (vers 2006, de mémoire).
Tous les autres navires marchands (cargos, pétroliers, porte containers, etc) sont passés en propulsion diesel depuis des lustres : très bon rendement, plus souples et moins de maintenance que chaudière turbine, et accouplement direct du vilebrequin à la ligne d’arbre.
Les paquebots, eux, sont nécessairement en diesel électrique et pas en accouplement direct diesel sur hélice (problème de l’accostage fréquent et sans remorqueur, qui nécessite des moteurs en pods).

Parce que pendant longtemps, les méthaniers étaient relativement mal isolés. Le méthane liquide bouillait beaucoup. Cela coutait cher d'embarquer une installation pour recompresser ce gaz évaporé. De ce fait, ces méthaniers carburaient au méthane comme carburant, et non avec un moteur diesel.


Mais depuis, les méthaniers sont mieux isolés. Il y a moins de gaz à évacuer. Les méthaniers utilisent des moteurs diesel, fonctionnant en flexfuel. En mode gaz, le méthane est admis comme avec un carburateur. La compression du moteur diesel ne suffit pas à enflammer le méthane, qui sera obtenu en injectant un chouia de gasoil.
http://www.afcan.org/dossiers_techni...ropulsion.html


2006, ça doit être les méthaniers d'ancienne génération encore en service

[wizz]

Bonjour

Je me pose une question: Les réacteurs nucléaires fonctionnent en faisant passer dans une turbine de la vapeur chauffée par réaction nucléaire, pour créer de l'électricité. Sur les navires nucléaires, cette électricité est transformée en mouvement par un moteur électrique.

En mettant de côté l'aspect pratique d'un moteur électrique, n'y aurait-il pas intérêt à fabriquer directement une machine à vapeur (en gros reprendre les "steamships" avec chauffage nucléaire au lieu du chauffage par charbon) pour propulser un navire ? Surtout que la vapeur sortant du réacteur fait du 150 bar et 300 °C, beaucoup plus que les chaudières au charbon... Quelle serait le système avec le meilleur rendement ?

En gros, le système actuel c'est:
Nucléaire - Vapeur - Mécanique (turbine) - Electrique - Mecanique

Le système proposé:
Nucléaire - Vapeur - Mécanique (piston)

Je sais qu'on pourrait potentiellement placer l'arbre directement sur la turbine mais il me semble qu'une machine à piston soit plus appropriée (couple plus important et vitesse moins élevée)

Si tu compares un navire à propulsion nucléaire (donc moderne) avec un antique navire à chaudière charbon, alors oui, la pression est supérieure.
Mais si on compare à technologie équivalente, alors non
http://www.usinenouvelle.com/article...-chine.N257737

La différence entre une centrale au charbon ultra critique et une centrale nucléaire, c'est le risque et conséquence acceptables en cas de boum