Turbine à vapeur et principe de rotation roue à réaction
Bonjour à tous,
j'ai besoin d'aide pour remettre les choses en place dans ma petite cervelle.
Je ne sais pas is je suis sur le bon forum, mais j'aimerais que vous m'aidiez à clarifier les principes physiques autour de la force de rotation des ailettes des turbines à vapeur (rotor).
Il y a 2 types d'ailettes, les ailettes à action, ou on utilise la force cinétique de la vapeur pour entraîner les ailettes qui composent la roue qui elle-même est fixée sur l'arbre (ou rotor) de la turbine à vapeur.
Comme c'est la force cinétique qui vient "frapper" les ailettes, je vulgarise en disant que c'est comme quand je tape dans mon ballon de foot, plus je tape vite (et donc fort) avec mon pied plus le ballon va loin (et donc plus la roue tourner vite sur ma turbine).
Avec ce type de roue, je n'ai pas de problème avec la pression amont/aval de la roue puisque la détente est réalisée dans la tuyère en amont de la roue mobile, donc je n'ai qu'une perte de vitesse dans la roue mobile.
Puis on arrive sur les ailettes de type réaction.
De ce que j'ai compris, la détente est réalisée à la fois dans la tuyère d'admission, mais également dans l'aube mobile.
Ce qui crée une différence de pression amont/aval de la roue mobile.
Quand je regarde le profil des roues à réaction, je pense automatiquement à la forme d'une aile d'avion et je me dis simplement que la force de poussée créée par l'ailette à réaction, est due à la différence de vitesse de passage de par et d'autre de l'ailette. On a donc une pression plus faible du coté "convexe" que du côté "concave" de l'ailette.
Sur un document vidéo qui date de quelques dizaines d'années, on dit que la vitesse idéale de rotation de l'ailette à action, devrait être de 50% de la vitesse de la vapeur, pour avoir une efficacité maximale (ou un couple maximal).
Sur les ailettes à réaction, ce même document dit aussi que les ailettes ont une forme particulière (tournante ou twisted en anglais), pour ne pas cisailler le débit vapeur, car en bout d'arbre comme les ailettes sont beaucoup plus longues, la vitesse périphérique de la roue est plus importante que celle de la vapeur (car entraînée sur le même arbre que le reste des roues).
C'est bien la ou je ne comprend plus, est ce que la vapeur dans ce cas utiliserait-elle toujours le même principe que mon aile d'avion ? Si oui il y a alors une erreur dans ce document, qui dit que la vitesse de la roue est plus rapide que celle de la vapeur, voici l'extrait ci-dessous :
L'expérience a montré que la plus grande quantité de travail peut être produite par l'aubage par impulsion lorsque la vitesse de la lame est la moitié de celle de la vapeur. Pour cette raison, les aubes à caractéristiques impulsionnelles sont plus efficaces dans les étages de pression plus élevés de la turbine, où les aubes sont plus courtes.
Le bloc de buses à l'entrée du premier étage de la section HP est conçu pour augmenter la vitesse de la vapeur afin que la proportion correcte entre la vitesse de l'ailette et la vitesse de la vapeur puisse être maintenue.
Tant que cette proportion est maintenue, l'étage de la turbine fonctionnera à son efficacité de conception.
Dans les autres étages de turbine, à mesure que les aubes s'allongent, une plus grande partie de chaque aube se déplace plus vite que la moitié de la vitesse de la vapeur.
Si l'impulsion ont été utilisés dans ces étapes, les lames ne seraient pas très efficient à l'adresse convertir l'énergie en travail.
Pour surmonter cela, les lames ont un une plus grande proportion de caractéristiques de réaction au fur et à mesure que leur longueur augmente.
La proportion exacte des caractéristiques d'impulsion et de réaction que chaque dépend de l'emplacement de l'aube dans la turbine.
Dans les premiers étages de la turbine, les seules parties des aubes dont les caractéristiques sont à réaction sont les pointes. Plus loin dans la turbine, en fonction de la longueur de la turbine les lames augmentent, de plus en plus de lames ont une caractéristiques de réaction plus importante.
À l'échappement de la turbine, presque toute la longueur de chaque aube se déplace plus vite que la vitesse de la vapeur, donc presque toute l'aube a des caractéristiques de réaction.
Lorsque la longueur des aubes augmente dans une turbine, d'autres caractéristiques physiques des aubes changent également.
Au fur et à mesure que les lames s'allongent, elles sont tordues, de sorte que le bord d'attaque de chaque lame coupe le flux de vapeur.
La torsion permet à la vapeur de mieux passer à travers les pales et améliore l'effet de buse qui s'applique aux pales avec une caractéristique de réaction.
Si les pales n'étaient pas tordues, le bord d'attaque de chaque pale serait directement tourné vers l'intérieur du débit vapeur. Lorsque les pales tourneraient, elles agiraient comme des freins, et elles seraient incapables de puiser autant d'énergie dans la vapeur.
Ici voici le profil des ailettes en fonction du type de roue (action ou réaction) :
Si vous pouviez m'éclairer, je vous en serais reconnaissant.
Merci d'avance
Je vous souhaite de joyeuses fêtes de fin d'année et une excellent année 2020.
David
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Envoyé par dav999 