Rapport de Stage Compresseur Et Turbine

Compresseur &Turbine

COMPRESSEUR

La section compresseur à débit axial est composée du rotor de compresseur et des corps formant le stator. Le compresseur comporte 17 étages. A l’entrée du compresseur se trouve les I.G.V, couronne d’aubes à orientation variable et, à la sortie du compresseur, deux rangées d’aubes de guidage fixes dirigent l’air vers le système de combustion.

Compresseur & Turbine

Dans le compresseur, l’air provenant du système d’admission traverse une succession d’étages constitués chacun par une rangée circulaire d’aubes mobiles (rotor) et une rangée circulaire daubes fixes (stator). Les aubes rotor fournissent l’énergie nécessaire à la compression de l’air dans chaque étage, et les aubes stator guident l’air suivant une direction bien définie vers l’étage suivant. A la sortie du corps échappement compresseur, l’air est utilisé comme comburant dans le système de combustion. Un faible débit d’air est également extrait du compresseur et dirigé vers la turbine pour refroidir les directrices des 1ERE et 2EME étages et les aubes turbines des deux premiers étages et pour assurer l’étanchéité des paliers. Une partie de l’air est soutirée durant les phases transitoires du démarrage et de l’arrêt de la machine afin d’éviter les pulsations du compresseur. Des ventilateurs électriques extérieurs à la turbine sont utilisés pour refroidir le corps turbine et le cadre d’échappement. Les aubes variables à l’entrée du compresseur axial permettent de régler le flux d’air pendant le démarrage et la prise de charge et d’améliorer le rendement en fonction de la charge. Afin d’obtenir le meilleur rendement et, par la même, de meilleurs performances, les jeux entre rotor et corps, à l’extrémité des aubes sont réduits au minimum, et les assemblages sont réalisées avec une très grandes précision.

Les différents composants du compresseur Le rotor compresseur Le rotor se compose : 1- d’un arbre avant sur lequel sont montées les aubes rotor du 1ER étage. 2- de disques aubés constituant les étages 2 à 16. 3- d’un arbre arrière sur lequel sont montées les aubes du 17EME étage.

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Chaque étage rotor du compresseur consiste en une roue aubée. Les disques constituant les roues sont maintenus assemblés à l’aide de 16 tirants répartis de façon circulaire. Chaque roue et la portion de roue de chaque extrémité d’arbre possèdent des rainures brochées à la périphérie pour la fixation des aubes. Les aubes rotor sont introduites dans ces rainures et maintenues en position axiale en matant chaque extrémité de la rainure. Les roues sont positionnées radialement entre elles par un ajustement prés du centre du disque. La transmission du couple s’effectue par les surfaces en contact au niveau des tirants. L’arbre avant est usiné pour obtenir les faces avant et arrière du collet de butée de part et d’autre duquel se situent la butée et la contre-butée. Il comporte également une partie lisse qui constitue la fusée du palier N°01 ainsi que les surfaces nécessaires à l’étanchéité d’huile de ce palier et l’étanchéité d’air basse pression provenant du compresseur.

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Le stator compresseur Le stator compresseur (les corps) se compose de 4 sous ensembles principaux : 1- Le corps d’admission dit aussi corps d’entrée. 2- Le corps avant. 3- Le corps arrière. 4- Le corps d’échappement. Ces différents corps, conjointement avec le corps turbine constituent la paroi externe du cheminement des gaz et forment la structure principale de la machine

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Corps d’admission:

Le corps d’admission est situé sur la partie avant de la machine. Sa fonction principale est de diriger l’air uniformément depuis le caisson d’aspiration jusqu’au compresseur. Le corps d’entrée supporte aussi l’ensemble paliers N° 01. Le corps du paliers est supporté par des surfaces usinées de chaque coté de la tulipe intérieur dans la partie inférieur du corps d’admission du compresseur. Maintenir l’alignement axial et radial avec l’arbre du rotor compresseur.

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La tulipe interne du corps d’admission du compresseur est reliée à la tulipe externe par 08 entretoises radiales. Ces entretoises ont un profil aérodynamique. Les aubes orientables (aussi dites ’’variables’’) sont situées à la sortie du corps d’admission.

Compresseur & Turbine Les aubes d’entrée à orientation variables désignées par I.G.V. se situent à l’extrémité arrière du corps d’admission du compresseur. Leur position, en variant, permet de régler la quantité d’air aspiré. Le mouvement de rotation de ses aubes est obtenu par l’intermédiaire d’une grande crémaillère annulaire, sorte d’anneau de vannage, entraînant les roues dentées fixées à la base de chaque aube orientable. L’anneau supportant la crémaillère est actionné par un système à vérin hydraulique, électrovannes, fin de course et circuit électronique de contrôle et de commande.

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Corps avant du compresseur : Le corps avant contient les quatre premiers étages du compresseur. La plaque support avant est boulonnée et goujonnée d’une part sur la bride avant de ce corps et boulonnée et goujonnée sur le socle turbine d’autre part. La dilatation axiale des corps est encaissée par cette plaque flexible que constitue le support avant de la turbine. Le corps avant est pourvu de deux grands tourillons de levage qui sont utilisés pour manutentionner l’ensemble turbine lorsqu’il est séparé de son socle.

Corps arrière du compresseur : Le corps arrière contient les six étages suivants (étage 5 à 10). Des bossages munis de brides de soutirer de l’air du compresseur après les 4 ème et 10 ème étage. Cet air est extrait à partir de gorges annulaires situées dans chaque extrémité de ce corps.

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L’air prélevé au 4 ème est utilisé pour le refroidissement et l’étanchéité aux labyrinthes des paliers et de l’air du 10 ème étage est directement évacué vers le caisson d’échappement à travers les vannes anti- pompage durant les phases transitoires de démarrage et d’arrêt afin d’éviter les pulsation du compresseur axial.

Corps d’échappement du compresseur

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C’est le dernier corps de la partie stator compresseur. Le plus long, situé au milieu de la machine, à mi-distance entre les supports avant et arrière, il constitue ‘’la clef de voûte’’ de la machine. Il contient Les sept derniers étages du compresseur plus deux rangées d’aubes de guidage fixes et le diffuseur d’échappement du compresseur axial. Les fonctions de ce corps d’échappement sont : - supporter l’aubage stator - constituer les parois interne et externe du diffuseur -De relier le compresseur au corps turbine -Ce corps contient également le support interne du palier N°02 et assure l’étanchéité avec l’ensemble directrice du premier étage par l’intermédiaire de l’anneau support. Le corps d’échappement compresseur se compose de deux cylindres, l’un étant la continuité du corps et l’autre étant un cylindre intérieur qui entoure le rotor compresseur. Ces deux cylindres concentriques sont reliés par 12 entretoises radiales. Ces dernières s’élargissent vers l’extérieur pour venir assurer la liaison avec le diamètre plus grand du corps turbine. Remarque: La structure support du palier N° 02 est située à l’intérieur du cylindre interne. La partie annulaire divergente entre les cylindres interne et externe du corps d’échappement compresseur joue le rôle de diffuseur qui transforme en pression additionnelle une partie de la vitesse de sortie du compresseur

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Aubage Les aubes du rotor compresseur ont un profil aérodynamique et sont étudiées pour comprimer l’air efficacement avec une grande vitesse périphérique. Les aubes forgées sont fixées aux différentes roues par des pieds du type ‘’queue d’aronde’’. Les dimensions et la position de ces emboîtements sont réalisées avec une grande précision pour maintenir chaque aube dans sa position désirée sur la roue². Les aubes du stator compresseur forgées sont à profil aérodynamique. Les aubes des huit premiers étages sont fixées par des queues d’arondes dans des segments d’anneau porte-aubes appelés secteurs. Ces secteurs sont eux-mêmes glissés dans des rainures circulaires usinées dans les corps et maintenus en place par des clavettes de fermeture.

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Du 9 ème au 17 ème étage ainsi que pour les deux rangées d’aubes de guidage fixes à la sortie du compresseur, les aubes possèdent un pied de forme rectangulaire et sont insérés séparément et directement dans les rainures circulaires correspondantes usinées dans les corps du stator. Elles sont également maintenues en place par des clavettes.

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Extraction d’air du compresseur Généralités Pendant le fonctionnement de la turbine à gaz, une partie du débit d’air est extraite du compresseur axial à différents étages pour : -Refroidir des éléments de la partie turbine soumis à de haute température de fonctionnement. -Assurer l’étanchéité des paliers de la turbine. -Fournir l’alimentation nécessaire au fonctionnement des vannes pneumatiques. -Alimenter le circuit d’air d’automatisation le cas échéant.

Air du 4 ème étage L’air extrait du 4 ème étage du compresseur est canalisé depuis des conduites fixées sur les demi-corps supérieur et inférieur et utilisé pour refroidir les paliers et assurer leur étanchéité. Deux ventilateurs situés à l’extérieur de la turbine fournissent l’air de refroidissement du corps turbine et du cadre d’échappement.

Air du 16 ème étage De l’air extrait au 16 ème étage, au niveau de l’aube fixe du stator est dirigé vers l’intérieur du rotor ou il est utilisé pour refroidir les aubes turbines des deux premiers étages et les espaces inter-roues.

Air échappement compresseur De l’air soutiré à la sortie du compresseur axial est utilisé pour le circuit d’air d’automatisation dans le cas du combustible liquide, pour refroidir les pièces de transition , les directrices des deux premiers étages et l’anneau de retenue et aussi pour alimenter les différents appareils pneumatiques.

Pompage des compresseurs et système anti-pompage

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Turbine: Généralités: La turbine est la partie dans laquelle l'énergie calorifique est transformée en énergie mécanique, elle est constituée de trois étages, elle est du type 9001E. Chaque étage est composé d’une directrice (aubage fixe) suivie d’une roue aubée. Les principaux élément constituant cette turbine sont: -Le rotor turbine et son aubage -Le corps turbine -Les directrices et les diaphragmes

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-L’ensemble palier N°03 est situé au centre du cadre d’échappement. Compresseur & Turbine

Rotor turbine

L’ensemble du rotor turbine se compose : -De l’arbre avant -De trois disques constituant les roues turbine -De l’aubage turbine -De l’arbre arrière -De deux entretoises inter roues Tous ces éléments sont solidement fixés les uns par rapport aux autres par 12 tirants.

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L’arbre avant s’étend de la bride arrière de liaison au rotor compresseur à la face avant de la roue turbine du premier étage. Sur cet arbre est usinée une surface lisse qui constitue la fusée du palier N°02. Les entretoises entre première et deuxième roues turbine et entre deuxième et troisième roues turbine permettent la séparation axiale de chaque roue. Les faces des entretoises comportent des fentes radiales pour le passage de l’air de refroidissement et d’étanchéité. Des labyrinthes sont situés entre chaque entretoise et les diaphragmes des second et troisième étages pour assurer l’étanchéité entre les étages. L’arbre arrière se situe entre la troisième roue turbine et la bride avant de l’accouplement de puissance. Il comporte la portée du palier N°03.

Aubage turbine Les aubes turbines des roues turbines sont de plus en plus longues du 1ère au 3ème étage car la diminution de pression résultant de la détente dans chaque étage nécessite une section annulaire croissante dans le sens de l’écoulement des gaz. Les trois étages d’aubes turbines sont fixés directement sur les roues par des rainures axiales dites en formes ‘’de pied de sapin’’ brochés sur le pourtour des roues. Le profil d’aubes est relié au pied par l’intermédiaire d’une partie appelée ‘’échasse’’. Ces échasses permettent de situer les pieds d’aube à une distance suffisante des gaz chauds afin de réduire la température de leur fixation. L’ensemble rotor turbine est assemblé de manière à pouvoir remplacer des aubes sans démonter les roues, les entretoises et les arbres d’extrémité. Les aubes du 1ère étage constituent le premier ensemble mobile rencontrer par le gaz chauds à leur sortie de la directrice 1ère étage. Les aubes 1ère étage sont refroidies intérieurement par un débit d’air. Cet air est introduit dans chaque aube à la base du pied, dit ‘’pied sapin’’ en raison de sa forme caractéristique. Cet air passe à travers une série de canaux longitudinaux creusés à l’intérieur de l’aube et ressort dans la veine des gaz chauds par son sommet.

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Les aubes du 2ème étage sont également refroidies par de l’air circulant à travers des canaux longitudinaux. Les aubes du 3ème étage ne sont pas refroidies par de l’air interne. Les aubes des deuxième et troisième étages possèdent un segment à leur sommet formant un anneau continu qui assure l’amortissement des vibrations.

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Refroidissement du rotor turbine Pour permettre un fonctionnement normal et par la même une durée de vie accrue, le rotor turbine doit être refroidi. Il est refroidi au moyen d’un débit d’air relativement frais, par rapport à la température des pièces situées dans la veine des gaz chauds. Cet air est extrait du compresseur axial au niveau du seizième étage, juste au niveau de l’aubage constituant cet étage. Ce débit d’air est utilisé pour refroidir les aubes turbine des premieres et deuxième roue turbine, et également leurs faces arrières.

Stator de la turbine Disposition Le corps turbine et le cadre d’échappement complètent l’ensemble du stator de la turbine. Les directrices, les segments de protection, le diffuseur d’échappement et l’ensemble du palier N°03 sont supportés par ces éléments.

Corps turbine Le corps turbine assure les positions axiale et radiale des directrices et des segments de protection. Il assure également les jeux et le positionnement relatif des directrices par rapport aux aubes turbine. En plus il à des trous d’inspection pour le mesure de la fléchissement de la deuxième directrice.

Le refroidissement de la turbine se fait par deux motos ventilateur (les 88TK) qui sont placées à l’extérieur de l’enceinte de la turbine. Le corps turbine est : Boulonné à l’avant sur l’extrémité arrière du corps échappement compresseur et sur le carter des chambres de combustion. Boulonné à l’arrière sur le cadre d’échappement.

Directrices Le corps turbine contient les trois étages de directrices à aubes fixes ayant pour but de diriger les gaz sur les aubes des roues de chaque étage, en outre elles sont soumises a des contraintes dues à la poussée de gaz, à des contraintes d’origine thermique.

Directrice du 1ère étage La directrice premier étage reçoit les gaz de combustion à la sortie des pièces de transition. Elle est composée de 18 segments comprenant chacun deux aubes ses segments sont contenus dans un anneau de retenue qui reste centre dans le corps turbine et permet un déplacement radial pour encaisser les dilatations.

Directrice du 2ème étage Elle est composée de 16 segments moulés comportant trois aubes chacun. Elles sont maintenus en place pour former circonférence par des goupilles de centrage radial fixées depuis le corps turbine et s’encastrent dans des encoches axiales usinées dans le bandage extérieur de la directrice.

Directrice du 3ème étage Elle est composée de 16 segments moulés comportant quatre aubes. Elle est maintenue de la même manière que la 2ème.

Diaphragmes Ils sont montés sur le diamètre interne formé par les segments de directrice des 2ème et 3ème étages.

Segments de protection Contrairement à l’aubage compresseur, les sommets d’aubes turbine ne sont pas directement situées en regard d’une surface usinée dans le corps mais d’une surface circulaire constituée de segments incurvés appelles segments de protection. Leur rôle se résume en :

Fournir une surface cylindrique pour minimiser les fuites de gaz chauds au sommet des aubes. Assurer une haute protection thermique entre la veine des gaz chauds et le corps turbine relativement froid.

Cadre d’échappement De part sa conception le cadre est formée d’un cylindre extérieur et d’un cylindre intérieur appelés viroles, tous deux reliés par 10 entretoises radiales carénées. Le palier N°3 est supporté par la virole intérieure. Un espace annulaire divergent est situé entre les deux viroles et sert de passage aux gaz à leur sortie du 3ème étage turbine. Le cadre échappement est refroidi par une partie de l’air fourni par les ventilateurs extérieurs à la turbine.

Diffuseur d’échappement Ce diffuseur est fixé entre les cylindres interne et externe du cadre. Les gaz chauds issus du 3ème étage turbine pénètrent dans le diffuseur d’échappement qui constitue un espace divergent. La partie arrière du diffuseur est pourvue de déflecteurs circulaires qui ont pour but de diriger radialement et de façon uniforme les gaz chauds tout en minimisant les pertes par frottement afin de déterminer leur température par l’intermédiaire des thermocouples d’échappement.

: Bride à bride de l’ensemble turbocompresseur