La société SERGAZ
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ENIM
I.
SERGAZ
Introduction générale : Pendant longtemps, des quatre éléments de la nature, seuls l’air et l’eau furent mis à contribution comme sources d’énergie mécanique naturelle. Ce n’est qu’en 1690 que Denis Papin conçut et démontra la possibilité de réaliser un moteur capable de fournir sur place une énergie utilisable à des fins quelconques en mettant en jeu le feu et l’eau dans une machine à vapeur. Ainsi, après avoir découvert qu e le chauffage de l’eau, à haute température dans une enceinte, créait de la pression, il fut très vite évident qu’on pouvait réaliser une machine motrice en introduisant la vapeur d’eau d’un côté d’un piston.
Vers 1900, la mécanique des fluides avait fait suffisamment de progrès pour que les turbomachines apparaissent avec principalement les pompes et ventilateurs centrifuges, ainsi que les turbines à eau et à vapeur. Ces turbomachines se développèrent, notamment sous l’impulsion d’Auguste Rateau. Rat eau. Il fallut attendre 1925 pour voir apparaître le premier compresseur axial, puis 1944 pour que les premiers turboréacteurs prennent le relais des moteurs à pistons d’aviation. Ces machines étaient encore lourdes et encombrantes. L’apparition des compresseurs compresseurs transsoniques centrifuges (1960) puis axiaux (1970) ainsi que des turbines à aubes refroidies allait encore diviser par deux le poids de ces unités.
Ces machines hydrauliques et thermiques sont, dans le monde entier, l’objet d’une évolution technologique considérable, par suite d’un développement de leurs applications dans divers domaines : technologie du vide, chimie, pétrochimie, cryogénie, transport de fluides, production d’énergie électrique, transports, etc.
La création de la société SERGAZ (société de service du gazoduc transtunisien) vise à pousser le gaz naturel venant de gazoduc transtunisien transtunisien dans les tuyauteries sous marines du canal de Sicile. Elle Elle assure dans les meilleures conditions de service recommandé, le transfert, l’entretien et la livraison du gaz naturel Algérien en Italien à travers le territoire Tunisien, et ce suite à un accord Algéro_Tuniso_Italien Algéro_Tuniso_Italien permettant la mise en place d’un gazoduc transportant le gaz du gisement de Hessi Rmel (Algérie ) jusqu’à atteindre jusqu’à atteindre l’Italie, en suivant un un initiraire s’étalant sur 2500Km, 2500K m, et passant par la Tunisie, Le taux de 1
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compression peut être augmenté suivant les cas en disposant les unités de compression en série parallèle dans le cas ou plusieurs tuyauteries sous marines du canal de Sicile sont hors service.
Circuit des tuyauteries de l’Algérie vers l’Italie Le tronçon tunisien du gazoduc est constitué de deux conduites mises en parallèle, d’une longueur de 370 cm et de 1,21 m (48’’) de diamètre chacune traverse en traverse en diagonale le territoire tunisien de l’oued Saf Saf à la pointe du Cap Bon. Après son dédoublement, sa 3
capacité est portée à 25 milliards de m . Le transport du gaz est assuré par 12 stations de compression dont 5 localisés en Tunisie (station de Feriana, de Sbeitla, de Sbikha, de Korba et d’El Haouaria) Haouaria) et 7 en Italie. L’intervalle de la pression adoptée pour l’exploitation des gazoducs varie entre 50 et 75 bar. La valeur de 75 bar représente représente la pression maximale d’exercice en tout point des gazoducs. *Caractéristiques du gaz naturel : La station de compression devra comprimer un gaz ayant une composition comprise entre les trois valeurs suivantes :
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SERGAZ
Gaz
Lourde
Légère
Normale
CH4
82 ,20
83,90
83,25
C2H6
7,17
7,37
7,50
C3H8
2, 35
1,50
1,92
n C4H10
0,75
0,33
0,53
i C4H10
0,40
0,17
0,29
n C5H12
0,20
0,09
0,15
i C5H12
0,14
0,06
0,09
C6H14
0,29
0,08
0,18
CO2
0,30
0,30
0,15
N2
6,20
6,20
5,94
Poids moléculaire
19,42
18,67
18,99
Poids spécifique
0,866
0,833
0,847
8897
8562
8774
1,28
1,29
1,28
(0°C et 760 mmHg) Pouvoir calorifique inférieur LHV (Kcal/Nm3)
Rapport chaleurs spécifiques (CP/CV) (à 15°C et 760 mmHg)
II. Présentation générale de la station de compression gaz: 1- Description générale de la station :
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La station a été conçue de telle sorte qu’elle puisse effectuer les opérations de nettoyage sans interrompre le transport du gaz vers l’Italie. Les unités de compression sont disposées de front, celles paires sont situées à la droite de la salle de commande qui se trouve dans la position la plus haute de la zone, alors que les unités impaires sont situées à la gauche de la salle de commande.
Vue générale sur le circuit du gaz dans la station
Tuyauterie:
L’épreuve hydraulique hydraulique des tuyauteries a été effectuée à une pression égale à 1,5 fois la pression maximale du service qui est de 75 bars pour la tuyauterie d’aspirati on et peut même atteindre les 209 bars pour la tuyauterie de refoulement. Les soupapes et la tuyauterie de la station ont été, là où possible, enterrées pour contenir le niveau d’intensité sonore dans des limites admissibles. Le dimensionnement des tuyauteries a été effectué de manière à obtenir des vitesses de gaz qui ne dépasse pas les 15m/s. Pour des raisons de sécurité, toutes les soupapes (en entrée et sortie de la station, d’alimentation, des byby- pass, pass, d’aspiration et refoulement) sont double est montées en série.
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Collecteurs de la station :
Trois collecteurs sont prévus : Un collecteur d’aspiration, d’aspiration, un collecteur intermédiaire et un collecteur de refoulement. Les tuyauteries des unités unités on été réalisées de façon à permettre à chaque unité d’aspirer aussi bien du collecteur d’aspiration que du collecteur intermédiaire, et refoulées aussi bien au collecteur collecteur intermédiaire qu’au collecteur de refoulement. -
Collecteur d’aspiration : d’aspiration :
Les unités de compression sont connectées au collecteur d’aspiration d’aspiratio n conformément à la conception modulaire de la station. Le collecteur d’aspiration est pressurisé par la l a MOV2, MOV2, et peut être mis à l’évent séparément des collecteurs après fermeture de la VMA4. -
Collecteur intermédiaire :
Le collecteur intermédiaire est utilisé en cas de fonctionnement en série, par contre en parallèle, il est sélectionné puisque les MOV10-12 sont fermées. -
Collecteur de refoulement :
Le collecteur de refoulement peut être mis à l’écart séparément des autres collecteurs, collecteurs, après fermeture de la VMA6.
Inter change des collecteurs de la station :
L’inter change des collecteurs n’est pas une opération opération courante et par conséquent elle ne doit être effectuée qu’en cas de nécessité absolue.
Système collecteur de condensas et d’huile lubrifiante : lubrifiante :
Les séparateurs MS X2 reçoivent d’éventuels condensas qui peuvent se produire à cause du refroidissement o péré par les refroidisseurs à air, mais surtout de l’huile lubrifiante, entraînée hors des joints étanches du compresseur. Le réservoir V2 est équipé d’indicateurs de niveau visible et d’alarme de haut niveau HLA1 signalisée en salle de contrôle. 2- Appareillage de la station :
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-filtres du gaz combustible MS1-2-3 MS1-2-3 d’alimentation TK : : chaque filtre est doté, autre que le drainage manuel, d’un système de décharge automatique (H1LS-58-59(H1LS -58-59-60), 60), d’un indicateur niveau visible (LG51-52-53), (LG51-52-53), d’une alarme de de haut niveau signalisée en salle de contrôle (HLA55-56-57), (HLA55-56-57), d’évent et de soupapes de sûreté. -filtres de gaz combustible et de démarrage MS6-7 MS6- 7 pour l’alimentation TG. -filtres de gaz combustible MS8 pour l’alimentation TG. -pompes centrifuges : *Pompe horizontale P10A/B, eau d’incendie. *Pompe horizontale P11 pressurisation réseau d’incendie. *Pompe horizontale P9A/B alimentation installation de traitement de l’eau potable. *Pompe verticale P1 vidange réservoir essence. *Pompe submergée P12A/B alimentation alimentat ion réservoir eau d’incendie. -pompes rotatives : *Pompe rotative P3A/B-2-4-7-8 de circulation huile lubrifiante. *Pompe rotative P5-6 chargement et déchargement huile lubrifiante. -moteur Diesel : pompe 10B eau d’incendie. -filtre réchauffeur E16 gaz service. -filtre huile lubrifiante KS9-10. -unité de traitement de l’huile lubrifiante. -installation de traitement d’eau huileuse : huileuse : les eaux huileuses sont recueillies dans un puisard de 5m3 environ, l’installation de traitement est un appareillage compact en en tôles ayant les dimensions extérieures suivantes : 1900×1550×720mm et se compose de : 2 filtres à sable, un paquet séparateur à tôles, 2 pompes denses pour le dosage des réactifs, soupape commandée à la main, tableau électrique. Principe et différents modes de fonctionnement de la station :
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Sicile est hors service, la station fonctionne avec des turbocompresseurs montés en série parallèle, une TK aspire du collecteur d’aspiration et refoule dans le collecteur intermédiaire, l’autre TK aspire dans ce cas du collecteur intermédiaire et refoule dans le collecteur de refoulement. refoulement. Ainsi, le refoulement d’une TK devient l’aspiration d’une autre, afin d’augmenter d’augmenter le taux de compression.
TMPC Collecteur d’aspiration TK9
Collecteur intermédiaire
TK10
Collecteur de TK7
refoulement
TK8
Salle de contrôle des
TK5
TK6
TK3
TK4
unités impaires
Salle de Contrôle des unités paires
TK2
TK1
Salle de contrôle
Schémas représentatif des collecteurs de la station
Les chaudières : Les chaudières pour le chauffage du gaz combustible afin d’augmenter son pouvoir
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De plus la chaudière est munie d’une flamme témoin continuellement allumé, d’un dispositif d’arrêt d’arrêt automatique pour manque de flamme en cas du bas niveau ou haute température d’eau. En cas d’arrêt de la chaudière le gaz combustible du bruleur et de la flamme témoin sera intercepté et en même temps la partie de la ligne en aval des vannes de sectionnement sera mise à l’évent. La chaudière ne s’arrête pas pour un manque de C.A de réseau, la chaudière est dotée en outre d’un système autonome de la réduction de pression du gaz pour le bruleur et pour la flamme témoin et de mesure de débit avec totalisateur du gaz combustible du bruleur. Le démarrage et l’arrêt de la chaudière ont lieu au moyen d’un pan neau local ; sur ce panneau sont également placées les alarmes indiquant les causes d’ arrêt. Seule la signalisation de l’état de la chaudière est transmise transmis e en salle de contrôle. Le système d’allumage effectue automatiquement les opérations suivantes :
III.
-
Lavage à l’air avant l’allumage.
-
Allumage de la flamme- témoin.
-
Allumage du bruleur principal.
Etude de l’alimentation électrique : 1. Dimensionnement de
l’alimentation :
L’installation en question est ses équipements ont été choisis pour faire face aux exigences de puissance dans les différentes conditions opérationnelles.
Alimentation électrique du réseau STEG :
L’alimentation du réseau STEG est caractérisée caractér isée par une puissance de 1500KV.A avec une utilisation normale de 700KV.A.
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bornes du moteur le plus gros de 90kw à une valeur corre spondante à 25%, à l’exception il pourrait être nécessaire de mettre en fonctionnement les deux unités TG. Chaque turbogénérateur est commandé par une salle de contrôle avec un panneau de contrôle de la turbine et un autre réservé pour l’alternateur, l’alternateur, il y a également la possibilité de commander c ommander la fermeture de l’interrupteur du montant d’alimentation STEG.
Groupe électrogène de secours :
Le groupe électrogène de secours est réservé pour la charge totale provenant de la barre A du tableau des services auxiliaires TSA et pour permettre le démarrage direct de la pompe d’incendie de 55KW, limitant la chute de tension au moteur à une valeur correspondante à 25%.
Générateurs de bord unité TK :
Les générateurs de bord des unités TK alimentent, au cours du fonctionnement normal, tous les éléments auxiliaires des unités (lampes d’éclairage, pompes électriques etc.) et les correspondants refroidisseurs à air du gaz.
Groupe de continuité TCC110/TCC24 :
Chaque branchement des tableaux à courant continu a été dimensionné pour la puissance absorbée totale.Chaque batterie de la station 110VCC permet une autonomie de : -une heure pour les services de la station. -4 heures pour l’installation d’éclairage de secours.
2. Commande de l’alimentation électrique : Le système d’alimentation électrique est commandé par 3 modes dif férents : férents :
Manuel : dans ce type de commande l’agent responsable effectue toutes les opérations nécessaires pour la bonne alimentation.
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5) en cas d’anomalie sur d’anomalie sur les TG et après 10mn (démarrage du Diesel Groupe) qui alimentera la barre préférentielle. NB : Le retour à l’état initial ne s’effectue que d’une façon manuelle.
Automatique PLC :
Idem que pour le mode automatique, mais le retour à l’état initial se fait après vérification de l’alimentation par un temporisateur après 30mn. L’installation électrique est constituée de 2 g randes parties : parties : -la 1
ière
-la 2
ième
partie représente le centre de puissance (P ower Center). partie est réservée pour le tableau des services auxiliaires TSA.
Le système d’alimentation électrique est subdivisé en 2 parties par un conjoncteur 24A qui nous permet de répartir l’alimentation pour chaque partie à part. De part et d’autre du conjoncteur 24A, on trouve un turbogénérateur et un transformateur abaisseur qui délivre une tension d’environ 30KV/380V à 50Hz. Ces 2 composants sont capables seuls de fournir l’alimentation nécessaire pour toutes les unités de compres sion. En cas de coupure d’alimentation, soit par la STEG ou par les TG, un groupe Diesel est dans ce cas fonctionnel pour assurer l’alimentation électrique. Un 3
ième
transformateur élévateur est placé pour l’alimentation des locaux.
En réalité, la fermeture fermeture et l’ouverture d’un interrupteur nécessite le suivi d’un ensemble d’instructions bien déterminé et voilà un exemple de proc édure pour le 52A. 3. Onduleurs et redresseurs :
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-2 stabilisateurs abaisseurs (3,4) 110V/24Vcc pour l’alimentation des vannes principales du gazoduc. -groupe de 92 éléments de batteries de secours de 1.5V, pour assurer l’alimentation 110Vcc en cas de mise hors service des redresseurs (coupure STEG).
III. Etude d’une unité de compression TK : :
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La station contient 10 unités de compression identiques .Chaque unité est composé de 3 parties :
le groupe d’équipement auxiliaire
la turbine à gaz
le multiplicateur et le compresseur centrifuge
1- Le groupe d’équipement auxiliaire Cette partie du turbocompresseur se compose essentiellement de : a-La a- La turbine de lance: lance: c’est une turbine à expansion qui assure le démarrage de la machine. Le gaz de démarrage est directement refoulé dans la turbine de lance pour lance pour l’animer d’un mouvement rotatif qui fera tourner to urner le premier arbre. Cette turbine est reliée au réducteur réducteur par un embrayage composé d’un moyeu d’accouplement à dents de loups. Lorsque le couple de la turbine de lance transmit à la turbine est inversé (dans les environs de 60% de la vitesse du deuxième arbre), la turbine de lance se désaccouple automatiquement.
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b- Le générateur de Bord : c’est un générateur électrique qui permet d’alimenter tous les auxiliaires du turbocompresseur (ventilation, refroidissement du gaz (air cooler), refroidissement de l’huile (oil cooler), agitation et chauffage de l’huile d’étanchéité (dégazeur),
moteurs
pour
les
pompes
d’étanchéité
à
air,
éclairage
du
turbocompresseur) et de le rendre indépendant du réseau électrique extérieur. Ce générateur entre en jeu lorsque le premier arbre atteint 92% de son plein régime. rég ime.
c- Le réducteur : Il actionne la pompe principale de lubrification et le générateur de Bord. d- Les pompes de lubrification : le circuit de l’huile de lubrification possède 3 pompes : pompes : une pompe principale mécanique (à engrenages) entraînée par l’arbre du réducteur, une pompe auxiliaire (simple étage) entraînée par un moteur à courant alternatif et une pompe de secours entraînée par un moteur électrique à courant continu. Les pompes auxiliaires sont actionnées lors du démarrage et de l’arrêt de la turbine car c ar en ces moments la pompe mécanique ne peut pas fournir ass ez de puissance.
e- Les aéroréfrigérants : La station se trouve obligée de refroidir le gaz comprimé (refoulé par les unités de compression), pour cela elle utilise deux aéroréfrigérants : un pour le gaz, l’autre pour
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Cycle thermodynamique de la turbine à gaz La turbine à gaz à deux roues turbine indépendantes mécaniquement .La roue turbine premier étage, ou haute pression, entraine le rotor du compresseur et les accessoires entrainés par l’arbre. La roue turbine deuxième étage ou basse pression entraine le compresseur de charge.
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Puissance
32000 CV er
Vitesse rotor compresseur et 1 étage turbine HP Vitesse du rotor 2
éme
étage turbine BP
Température gaz d’échappement d’échappement
5100 tours/min 4670 tours/min 525°C
2-1 Principe de fonctionnement : Un gaz de démarrage propulsé vers la turbine de lance l’anime d’un mouvement rotatif qui lui permet de lancer l‘arbre d’haute pression (HP) à 20% de sa vitesse maximale pe ndant un durée de deux minutes, c’est la procédure de lavage de la turbine HP. Le compresseur axial aspire l’air (à la pression atmosphérique) qui passe ensuite dans un échangeur (régénérateur) pour être réchauffer par les gaz d’échappement de la turbine e t retourne dans les chambres de combustion à des températures très élevées. Ce cycle régénératif permet d’économiser le combustible. L’air est ensuite envoyé aux chambres de combustion pour être mélanger au gaz combustible (Fuel gaz) sous pression. Une étincelle allume le mélange air-combustible. Ce mélange explosif (gaz à haute pression), dirigé à travers des convoyeurs, vient heurter les ailettes fixes du premier rotor (arbre d’haute pression HP) provoquant sa rotation. Cette rotation
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c – Les principales composantes d’une turbine à gaz :
c1- Compresseur axial :
Le compresseur axial est du type subsonique à 16 étages avec un étage d’aubes de pré -rotation à l’aspiration et deux étages d’aubes de redressement au refoulement. Le stator se c ompose de quatre corps disposés en série et bridés. D ans le premier on trouve le coussinet de palier porteur et le palier de butée.
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de pré-rotation pré-rotation sont utilisées lors du démarrage et de l’arrêt de la turbine pour permettre au compresseur axial d’absorber moins de puissance et pour régler le débit de l’air. Lors du démarrage les aubes de pré-rotation sont fermées ; elles s’ouvrent progressivement pendant l’accélération de la turbine. c2 - Chambre de combustion : 12 chambres de combustion à courant inversé sont montées en saillie sur la partie avant de la cabine. Chacune de ces chambres contient un brûleur, un tube-foyer et un tube de propagation du gaz. Deux bougies d’allumage rétractiles sont installées sur deux chambres de combustion tandis que sur les deux chambres de combustion i nstallées en face contiennent deux détecteurs de flammes. Toutes les chambres de combustions communiquent entre elles à l’aide de tubes -foyers ou tube
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Le gaz produit par la combustion pénètre dans la directrice à une température de l’ordre de 1000°C où la première détente aura lieu. Cette détente est suivie d’une deuxième et dernière détente dans le deuxième étage. La détente a lieu presque entièrement dans les directrices des deux étages. L’anneau de la directrice du premier étage se compose de 12 segments, un à la sortie de chaque chambre de combustion. Chaque secteur se compose de 3 aubes directrices. L’intérieur des directrices est refroidi au moyen d’un fort courant d’air d’ air provenant du compresseur axial. Les aubes mobiles sont montées en pieds de sapin à la périphérie des disques de la turbine et se distinguent par un col long et fin entre le profil et le pied, servant à faire baisser la température de ce dernier. Les matières constituant les aubes sont des alliages spéciaux à base de nickel.
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3- Multiplicateur et compresseur centrifuge : a - Multiplicateur :
Un multiplicateur de vitesse de type MAAG GB47 avec un rapport de 2.21 raccorde l’arbre de puissance de la turbine au compresseur centrifuge du gaz. Le multiplicateur est à arbre parallèle et dentue hélicoïdale simple. La denture est cimentée et trempée avec flancs rectifiés avec précision pour augmenter leur résistance à l’usure et la flexion et avoir une haute précision. La disposition avec denture hélicoïdale simple offre une capacité de charge extrêmement élevée avec une grande sécurité de fonctionnement sous un faible volume et avec un poids réduit. Le carter est en fente, il est constitué par une partie inférieure contenant les paliers et un couvercle. Les coussinets en acier sont lisses et garnies de métal antifriction. La poussée axiale
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b - Compresseur centrifuge :
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-Lavage du compresseur centrifuge avec le gaz pour deux minutes (en ouvrant la vanne de pressurisation « MOV X02, X03 » en gardant la v anne d’évent ouverte « X05 « X05 »). -Pressurisation du compresseur en fermant la vanne d’évent jusqu’à l’intervention des deux pressostats différentiels différentiels situés sur la vanne d’aspiration principale (MOV X01). Dans ce cas, on aura l’ouverture des deux vannes principales (Aspiration et refoulement) et par conséquence les deux vannes de pressurisation se ferment. -Un consentement électrique autorise au Speed-Tronic de déclencher la turbine de lance et la faire tourner. -Lorsque la vitesse de la turbine de lance atteint 18%, on procède au lavage de la turbine HP pour deux minutes. -Ouverture des vannes régulatrices du combustible (speed-ratio) et (contrôle-valve) qui jouent
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3- Sécurité : La protection de la machine est contrôlée par des instruments situés sur la machine elle-même, assurant à tout moment le relevé des différents points de mesure (vitesse, vibration, température, pression, etc.). Un signal signal d’alarme activé sur les panneaux de la SCU, indique tout mauvais fonctionnement au sein de la machine.
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On répète la même procédure que celle de l’arrêt d’urgence sans évent, mais avec la mise à l’évent du compresseur centrifuge.
Arrêt d’urgence d’urgence avec évent du compresseur et auxiliaire :
La même chose que l’arrêt d’urgence avec évent, de plus la mise à l’évent du système réduction gaz combustible et starting gaz.
Arrêt d’urgence pour incendie : incendie :
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puis il se détent sous forme du gaz brulé, à travers les les étages de la turbine (3 →4). →4). Après la détente les gaz d’échappement d’échappement s’échappent dans l’atmosphère : il s’agit d’un d’un cycle simple ouvert. La ’
’
compression (1-2 ) et la détente (3-4 ) appartiennent au cycle idéale. On a:
̇ ηc = = ̇
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et la chaleur fournie à ce fluide. Dans notre cas, le rendement sera égal à :
η =
=
– – – –
3. Facteur influençant influençan t la puissance puissance et le rendement de la turbine :
Le rendement et la puissance augmentent rapidement en fon ction de l’élévation de la température .Tous les 50C d’élévation de la température il ya une augmentation de puissance d’environ 10%
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c) perte de charge à l’aspiration :
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T2= 302.82 °C
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T3=966,6 °C (température de la flamme donnée par le constructeur)
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Soient :
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T4=966,6 °C (température de la flamme donnée par le constructeur)
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T5= 535 °C
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2-Etalonnage d’un transmetteur :
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