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  Turbine à Vapeur
 




TURBINE à VAPEUR

La turbine à vapeur est le fruit du travail de nombreux chercheurs et ingénieurs à la fin du XIXe siècle. Parmi les contributions notoires au développement de ce type de turbine, on peut mentionner celles du Britannique Charles Algernon Parsons 
et celles du Suédois
Carl Gustaf Patrik de Laval. Parsons fut à l’origine du principe de la séparation des étages, selon lequel la vapeur se dilate dans un certain nombre d’étages, produisant à chaque fois de l’énergie. 
De Laval fut le premier à concevoir des jets et des augets adaptés à une utilisation efficace de la vapeur en expansion.

FONCTIONNEMENT

Bien que les turbines à vapeur soient construites selon deux principes différents à action ou à réaction, leurs éléments essentiels sont similaires. Elles se composent de tuyères ou de jets, et d’ailettes. La vapeur s’écoule dans les tuyères, dans lesquelles elle se dilate. Ainsi, sa température diminue et son énergie cinétique augmente. 
La vapeur en mouvement exerce une pression contre les ailettes, entraînant leur rotation.
La disposition des jets et des ailettes, fixes ou stationnaires, dépend du type de turbine. 
À la sortie du condenseur, l’eau  est de nouveau vaporisée et surchauffée.
L’eau  extraite du condenseur est alors ramenée vers la chaudière et la pompe  alimentaire se charge d’approvisionner les ballons haute pression et moyenne pression.
Les turbines à vapeur sont des machines relativement simples dont la seule partie mobile importante est le rotor. 
Elles possèdent toutefois un équipement annexe, nécessaire à leur fonctionnement. 
Parmi celui-ci, un palier de tourillon supporte l’arbre et un palier de butée le positionne de manière axiale.
Un système d’huile assure le graissage des paliers ; des joints réduisent les pertes de vapeur tout au long de son trajet. 
Enfin, un système d’étanchéité empêche la vapeur de s’échapper à l’extérieur de la turbine et l’air d’y entrer.
La vitesse de rotation est commandée par des soupapes situées aux entrées d’admission de la machine et pilotées par des systèmes de régulation électroniques et  mécaniques. 
Les turbines à réaction développent une poussée axiale considérable, du fait de la chute de pression sur les ailettes mobiles.
Cette poussée est généralement compensée par l’utilisation d’un piston d’équilibrage.
La turbine à vapeur utilise des principes thermodynamiques.
 Lorsque la vapeur se dilate, sa température et donc son énergie interne diminuent.
Cette réduction de l’énergie interne s’accompagne d’une augmentation de l’énergie cinétique sous la forme d’une accélération des particules de vapeur.
Cette transformation rend une grande partie de l’énergie disponible. Ainsi, une réduction  de l’énergie interne, du fait de la dilatation. L’énergie disponible est importante. Lorsque la pression de la vapeur d’eau en sortie de la turbine est égale à la pression atmosphérique, la turbine est dite à condensation.

TYPES DE TURBINE à VAPEUR

1 Turbine à action
 
La forme la plus simple de turbine à vapeur est la turbine à action, dans laquelle les jets sont fixés sur la partie intérieure de l’enveloppe de la turbine, et les ailettes placées sur le bord des roues tournantes montées sur un arbre central.
 La vapeur se déplaçant dans une tuyère fixe passe sur les ailettes incurvées, qui absorbent une partie de l’énergie cinétique de la vapeur dilatée, faisant ainsi tourner la roue et l’arbre sur lesquels elles sont montées.
 Cette turbine est conçue de manière à ce que la vapeur entrant par une extrémité de la turbine se dilate à travers une succession de tuyères jusqu’à ce qu’elle ait perdu la majeure partie de son énergie interne.

2 Turbine à réaction

Dans la turbine à réaction, une partie de l’énergie mécanique est obtenue par l’impact de la vapeur sur les ailettes.
 La partie la plus importante est obtenue par l’accélération de la vapeur lors de son passage dans la roue de la turbine, où elle se dilate.
     Une turbine de ce type se compose de  deux jeux d’ailettes, l’un fixe, l’autre  mobile. 
Ces ailettes sont disposées de telle façon que chaque paire joue le rôle de tuyère, à travers laquelle la vapeurse dilate lors de son passage.
 Dans chaque étage, une faible quantité d’énergie thermique est convertie en énergie cinétique. 
La vapeur se détend dans les aubes fixes, puis entraîne les aubes mobiles disposées sur la roue ou le tambour de la turbine.
 Les ailettes d’une turbine à réaction sont en général montées sur un tambour, qui fait alors office d’arbre.
Les turbines à réaction nécessitent en général davantage d’étages que les turbines à action. 
Il a pu être démontré que, pour le même diamètre et la même gamme énergétique, une turbine à réaction a besoin de deux fois plus d’étages pour obtenir un rendement maximal.
 Les grosses turbines, qui sont généralement à action, utilisent une certaine réaction à la base du trajet de vapeur pour assurer un débit efficace à travers les auges.
 Nombre de turbines, qui sont normalement à réaction, disposent d’un premier étage de commande d’impulsion, qui permet d’envisager la réduction du nombre total d’étages nécessaires.
 
 

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