Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
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turbine (suite)

Technologie d’une turbine à vapeur

Une turbine à vapeur comprend un nombre variable d’étages, dont chacun est constitué d’un distributeur et d’une roue. L’ensemble des roues est généralement monté sur un arbre unique, en bout duquel est fixée une machine réceptrice telle qu’un alternateur électrique. Chaque étage correspond à une chute enthalpique de 7 à 11 kcal/kg ; il faut donc de trente à quarante étages pour une turbine de puissance. Sur tous les types de turbines, il y a des étages à action et des étages à réaction ; toutefois, une installation à action est souvent dotée de réaction sur les derniers étages BP, alors qu’une installation à réaction est généralement précédée d’un étage de réglage à action. Comme le volume spécifique augmente considérablement au cours de la détente, les étages HP ont une section très faible et les étages MP sont nécessairement plus nombreux ; les étages BP sont souvent constitués de six ou huit ensembles montés en parallèle, avec, en outre, de grandes sections de sortie ; les dernières ailettes BP d’une installation industrielle de 600 MW ont une longueur voisine de 1 m, ce qui correspond à un diamètre total de roue voisin de 3 m.

Le condenseur est un échangeur thermique dont la surface est d’autant plus grande que l’on veut un refroidissement plus énergique ; c’est en effet la valeur de la température de vapeur à la sortie du condenseur qui détermine la valeur déjà pression finale, c’est-à-dire du « vide relatif du condenseur ».

À la sortie du condenseur, l’eau doit être de nouveau transformée en vapeur vive, ce qui nécessite l’installation d’une chaudière et d’une pompe alimentaire. La chaudière fonctionne à partir d’un combustible tel que le charbon ou le fuel-oil, et, sur les centrales nucléaires, les calories proviennent du cœur du réacteur par l’intermédiaire d’un échangeur de chaleur. La pompe alimentaire est destinée à mettre sous pression l’eau liquide (préalablement chauffée afin de réduire les résistances de frottement dues à la viscosité). Elle est entraînée par une turbine auxiliaire alimentée par un soutirage de vapeur spécialement prévu à cet effet.

Toute installation est complétée par un système de régulation (mécanique, électrique ou électronique) destiné à maintenir constant le régime de rotation de l’arbre, et cela quelle que soit la charge extérieure.

En outre, un moteur spécial, appelé vireur, est prévu pour l’entraînement de l’arbre quand les roues ne sont plus alimentées ; le régime de rotation est de 90 à 100 tr/mn, ce qui permet :
— au démarrage, de « décoller » l’arbre avant l’admission de la vapeur dans la turbine ;
— après une période de fonctionnement, de maintenir un refroidissement symétrique de toutes les roues, sans risques pour l’ensemble de l’installation.


Réalisations industrielles

• Dans le cadre de l’augmentation constante de la demande de puissance, l’Électricité de France, après avoir installé de nombreux groupes de 125 et 250 MW, a adopté le palier de 700 MW avec une seule ligne d’arbre, solution sans équivalent dans le monde. Seize centrales sont en cours d’installation d’ici à 1976. La centrale de Porcheville B a été mise en service la première, le 25 juillet 1968 ; elle a été suivie en 1969 par celle du Havre II.

• La centrale de Martigues-Ponteau est la première centrale thermique importante implantée sur le littoral méditerranéen. L’énergie consommée dans cette région aura quadruplé entre 1960 et 1976, passant de 5 à 20 milliards de kilowatts-heures soit alors 10 p. 100 de la consommation totale française. La réfrigération des condenseurs est assurée par l’eau de mer ; l’absence de marées facilite les problèmes de prise d’eau. Quatre tranches de 250 MW sont en service depuis 1974. Le matériel utilisé pour les régulations est entièrement électronique, à l’exception des servomoteurs, qui sont à commande pneumatique. Outre les indicateurs (une soixantaine par tranche) et les enregistreurs (environ 40), la surveillance de l’état du matériel est confiée à un consignateur d’états à 500 directions ainsi qu’à un scrutateur de température des paliers.

• Les centrales thermiques nucléaires (c’est-à-dire les installations de turbines à vapeur dans lesquelles les calories de chauffage sont produites par un combustible nucléaire) représentent en France une puissance installée d’environ 7 000 MW (1975). Les plus importantes se trouvent à Bugey (540 MW), à Chinon (3e tranche : 480 MW) et à Saint-Laurent-des-Eaux (480 et 515 MW). Avec une autre filière, celle des réacteurs à eau bouillante, la société américaine General Electric a déjà réalisé plus de vingt installations à vapeur. Plusieurs autres sont en commande, et la toute dernière, passée par la Tennessee Valley Authority, porte sur quatre réacteurs de 1 200 MW chacun, en construction.


Développement de la turbine à vapeur

La turbine à vapeur constitue à coup sûr la source industrielle de puissance la plus importante. La vapeur d’eau est produite à partir d’un fluide condensable, donc récupérable, ne faisant pas défaut dans le monde, et le combustible utilisé est très varié : charbon, fuel-oil, gaz naturel ou source calorifique d’un réacteur nucléaire. D’autre part, on trouve de très nombreuses centrales utilisant bien souvent un combustible non vendable, provenant de résidus de diverses industries ; elles ont pour objet soit de fournir de la chaleur et de l’énergie mécanique, soit d’entraîner une pompe ou un compresseur. Enfin, la turbine à vapeur a permis de nombreuses réalisations dans le domaine de la propulsion des navires (paquebots, cargos, minéraliers, pétroliers, etc.).


Turbine à gaz

La turbine à gaz (fig. 6) est un moteur thermique à combustion interne constitué essentiellement d’un compresseur, d’une ou de plusieurs chambres de combustion et d’une turbine. Il s’agit donc d’une machine semblable à une turbine à vapeur, mais, contrairement à ce qui se passe dans cette dernière, le fluide de travail ne subit pas de changement d’état. Le cycle comporte la compression et l’échauffement du gaz, puis sa détente à travers la turbine, avec production d’une énergie utile égale à la différence entre la puissance développée par la détente et celle qui est absorbée pour l’entraînement du compresseur. Un tel moteur peut fonctionner en circuit ouvert, avec rejet des gaz détendus dans l’atmosphère, ou en circuit fermé ; dans ce dernier cas, le même fluide circule indéfiniment à l’intérieur de l’installation, comme dans une turbine à vapeur. Mais la chambre de combustion se trouve alors remplacée par une source de chaleur extérieure au cycle thermique. Par rapport aux turbines à vapeur, les turbines à gaz sont caractérisées par des taux de compression beaucoup plus faibles ; ce qui entraîne des parois beaucoup plus minces pour les carters et une réduction du poids. Le rendement d’ensemble augmente avec la température admissible devant la turbine ; cette température dépend des conditions d’utilisation de la machine, mais aussi de la nature de la source de chaleur.