Propulsion naval turbine à gaz - Turbo-électrique

[invite95e2a880]

Bonjour,

Dans le cadre de mon école d'ingénieurs, j'ai un projet à réaliser concernant le "futur de la propulsion navale".
Le sujet est vaste, c'est à moi de trouver mon propre fil conducteur. Quelques directives m'ont néanmoins été conseillées.
Je dois étudier les performances d'un navire pour deux moyens de propulsion différents.

1. Le premier cas d'étude concerne un navire qui possède une propulsion conventionnelle, c'est-à-dire une turbine à gaz, qui entraine une hélice. Cependant cette turbine à gaz utilise l'hydrogène liquide comme fuel. Afin de dimensionner le réservoir permettant de contenir l'hydrogène à très basse température, je dispose d'un programme Matlab réalisé par un étudiant l'an dernier. Je n'aurai donc plus qu'à modifier les données d'entrées du logiciel pour l'adapter à mon cas d'étude.

2. La deuxième configuration concerne ce même navire mais propulsé cette fois-ci par une turbine à gaz couplée à un moteur électrique supraconducteur. Ce qui est prévu est d'utiliser le réservoir d'hydrogène liquide pour refroidir l'ensemble du système électrique. L'hydrogène sera donc réchauffé avant d'être utilisé comme fuel dans la turbine à gaz.


But:
- Dimensionner, pour chaque cas, la turbine à gaz (connaissant au préalable la puissance nécessaire pour propulser le bateau). => recherches biblio
- Déterminer la quantité d'hydrogène liquide nécessaire. Comment ???
- Dimensionner le réservoir d'hydrogène liquide. Celui-ci sera sûrement plus grand dans la deuxième configuration puisqu'il devra contenir l'ensemble du système électrique. => utilisation du programme Matlab
- Etudier les performances de ces deux configurations (Consommation, la thrust...). Mon superviseur veut que que réalise un programme Matlab ou que j'utilise un logiciel pour cela... Pour le premier cas, ça semble assez facile puisque je dispose d'un logiciel qui permet d'étudier les performances des turbines à gaz, mais pour le second cas je ne vois pas vraiment comment faire. Ca semble assez complexe d'étudier les performances d'une propulsion turbo-électrique.

Je suis donc à la recherche d'idées qui pourraient alimenter mes recherches.

Merci par avance,
-----

[antek]

2. La deuxième configuration concerne ce même navire mais propulsé cette fois-ci par une turbine à gaz couplée à un moteur électrique supraconducteur.

Et comment ça se combine ?

[invite95e2a880]

Alors, la turbine de la TAG fait tourner un arbre qui fait fonctionner un générateur (supraconducteur), refroidit par le LH2, afin de produire un courant AC. Ensuite il y a un convertisseur AC/DC qui alimente le moteur électrique, qui fait tourner l'hélice.

[invite95e2a880]

L'un des avantages de cette configuration électrique + TAG, d'après ce que j'ai compris, est l'absence de Gearbox, ce qui réduit les coûts de maintenance

[A voir en vidéo sur Futura]

[antek]

L'un des avantages de cette configuration électrique + TAG, d'après ce que j'ai compris, est l'absence de Gearbox, ce qui réduit les coûts de maintenance

Boîte à vitesses, réducteur ?
Je suppose qu'il s'agit d'un moteur synchrone, souple d'emploi.

[invite95e2a880]

Réducteur je crois

[invite95e2a880]

Bon, je reviens avec des news. Je commence à avoir une idée concernant l'étude des performances de ces deux configurations. Elle va être basée principalement sur le poids total du bateau. J'ai donc étudié les deux configurations et les différents composants du système de propulsion:

Config 1: Turbine à gaz, Réservoir LH2, Gearbox (réducteur), Hélice
Config 2: Turbine à gaz, Réservoir LH2, Génératrice, Convertisseur, Moteur électrique => Superconducteur

J'ai réussi à trouver le poids global de la deuxième configuration en me basant sur différents papiers scientifiques. Par contre je ne sais pas comment choisir la Gearbox appropriée de la première configuration. Ma turbine à gaz a une puissance de 4.5 MW, 7000 RPM. D'après mes recherches, l'hélice devrait tourner aux alentours de 200 RPM. J'ai donc besoin d'une Gearbox qui diminue la vitesse de rotation de 7000 à 200 RPM.
Le problème c'est que je ne sais pas si je dois choisir une Gearbox avec une puissance équivalente à celle de la turbine à gaz ?

[invitecaafce96]

Boinjour,

Le réducteur ( restons français ) doit pouvoir passer le couple maximum .

[invite95e2a880]

Donc si je comprends bien, la puissance du réducteur peut être très élevée par rapport à la turbine à gaz, il faut seulement que la puissance minimale de ce réducteur fasse passer le couple maximum ?

Couple=5252*HP/RPM
avec HP=puissance en cv=puissance minimale du réducteur

Avez-vous une idée pour calculer ce couple maximum ?

[invite95e2a880]

Ce couple maximum correspond-t-il au couple absorbé par l'hélice ou au couple maximum qui peut être apporté par la turbine ?

[invitecaafce96]

Re,
Toujours en français et en SI : P (W) = C ( Nm ) * w ( oméga , vitesse de rotation en rad/s )

Tout au long des transmissions , la puissance se conserve ( aux rendements près ) , mais les couples varient .

[40CDV20]

Bjr,

Bonjour,
Dans le cadre de mon école d'ingénieurs, j'ai un projet à réaliser concernant le "futur de la propulsion navale". Merci par avance,

Je ne suis en rien spécialiste de la propulsion navale, mais j'ai le sentiment que la turbine à gaz est sérieusement en perte de vitesse au profit des motorisations deux temps Diésel qui est devenue la motorisation de référence des porte-containers (moteurs Wärtsila-Sulzer jusqu'à 100 000 cv). Les avantages sont importants tels l'accouplage direct de l'arbre porte hélice au vilbrequin, nul besoin de réducteur ni d'inverseur de rotation (pour cette fonction c'est le moteur qui change de sens de rotation).
Un projet d'étude demeure un projet bien entendu, mais peut il se qualifier de "futur" si dès l'origine il se trouve être décalé ?
Cdt.

[invite95e2a880]

Le choix de la turbine à gaz comme mode de propulsion est imposé par mon superviseur. L'avantage de la turbine à gaz par rapport au diesel est son meilleur rapport poids/puissance. L'espace libéré par le choix d'une turbine à gaz est non négligeable dans le cas d'un porte-conteneur par exemple.

[invite95e2a880]

Aujourd'hui énormément de navires de guerre utilisent la turbine à gaz au profit du moteur diesel. La consommation en carburant est bien plus importante, certes, mais le rapport poids/puissance est bien meilleur. Nous disposons de beaucoup de logiciels de simulation à l'école concernant les turbines à gaz. Peut-être cela a été un facteur important dans le choix de cette configuration par le superviseur. De plus, le terme "futur" ne provient pas de l'utilisation de la turbine à gaz mais bel et bien de l'utilisation des superconducteurs afin d'avoir une resistivité quasi-nulle et ainsi un gain de volume dans le bateau puisque les composants électriques seront deux fois moins volumineux qu'avec l'utilisation de moteurs électriques conventionnels.

[40CDV20]

Re,
Je ne sais pas vous dire, mais les rendements annoncés paraissent très voisins, mais avec un sérieux écart en terme de coût de maintenance.
Avez vous pensé à aller faire un tour sur le site de "Mines ParisTech", on y trouve une foultitude de documents traitant entre autres du dimensionnement des turbines, de la cogénération,... ?
Par ex. http://direns.mines-paristech.fr/Sit...tude_C_TAG.pdf
Bon courage.
Cdt.

[harmoniciste]

Bonjour,
Le bon rapport puissance/poids de la turbine à gaz me semble largement mis à mal par la masse supplémentaire de carburant à emporter, le coût de ce carburant plus raffiné, et la masse de la transmission électrique. Superconducteur ou non, il faut quand même des circuits magnétiques plutôt lourds.

[calculair]

pour info
https://fr.wikipedia.org/wiki/Propul...ue_des_navires

[40CDV20]

Bjr,
En trainant sur la toile j'ai trouvé ceci :
http://www.industrie-techno.com/moza...-du-monde.7673
Le gag, accrochez vous bien est qu'il est motorisé en diesel 2 temps . En cherchant un peu plus on note que les bâtiments modernes de "classe destroyer ou frégate" sont pour l'essentiel du "bloc ouest" motorisés par deux turbines GE LM 2500 de 25 MW unitaire, mais qu'ils intègrent aussi des moteurs diesel, vu que les dites turbines fonctionnent principalement au fioul !
Sous réserve,... mais il semble que la désignation "turbine à gaz" serait impropre, à porter au au bénéfice de "turbine à combustible" (ou poly)

Par contre, en ce qui concerne une "turbine à hydrogène" (opérationnelle s'entend), le web demeure désespéremment vide. Si qq un à qq chose à grignoter je suis preneur
Cdt.