Cours Turbomachines 1: Théories Générales

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Turbomachines 1
UNILU
PREMIERE PARTIE :
LES THEORIES GENERALES

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I. GENERALITES
1.1. Principes
Notion d’Energie
Energie : capacité d’effectuer un travail
1. Forme d’énergie
a. Energie mécanique :
- Energie potentielle ou den position 
- Energie cinétique ou du mouvement 
b. Energie physique :
- Energie de pression : 
 !"
- Energie calorifique : 
!
c. Energie chimique (Energie d’une réaction chimique en raison de la pression ou
de la chaleur qu’elle peut dégager)
d. Energie électrique : →
e. Energie de rayonnement : énergie contenue dans les rayons lumineux,
cathodiques, X, γ, …
f. Energie atomique : énergie contenue dans les atomes de tous les corps.
Les états de la matière
Force de cohésion :
# 
$
%&'()*) +
 ,
*
+
Milieu
Amont
Milieu
Aval
Etat gazeux :
Forces de liaison faibles
- variable
Fluide compressible
Etat liquide :
Forces de liaison
moyennement forte
-
peu variable
Fluide incompressible
Etat solide :
Forte de liaison
-
invariable

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Courbe s : courbe d’équilibre solide-gaz ou courbe de sublimation
Courbe F : courbe d’équilibre solide-liquide ou courbe de fusion
Courbe v : courbe d’équilibre liquide-gaz ou courbe de vaporisation
Le point 0 est le point triple. En ce point les trois phases coexistent en équilibre.
Equation de BERNOULLI :
- En pompage : 
$
./  
- En turbinage : 
$
./
Avec   .
$
.
Si accroissement de E portant sur P ⇒ machine volumétrique
Si accroissement de E portant sur v ⇒ machine dynamique ou turbomachine
⇒ Organe essentiel d’une turbomachine (tma) : roue (rotor)
1.2. Classification des turbomachines
$
./   ⇒ Machines réceptrices
$
./ ⇒ Machines motrices
1. Selon le sens de l’échange d’énergie
• Machines réceptrices :
- Reçoivent le travail
- Siège d’une compression du fluide
- Pompes, compresseurs, soufflantes et ventilateurs
P
T
s
v
o
F
Solide
Liquide
Gaz
M

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• Machines motrices :
- Fournissent l’énergie ou le travail
- Siège d’une détente du fluide
- Turbines
2. Selon la direction principale du tube du courant
• Machines axiales (hélices aériennes et marines) ;
• Machines radiales centrifuges ou centripètes ;
• Machines mixtes ou hélicoïdales
• Machines tangentielles
3. Selon la compatibilité du fluide véhiculé
• Machines hydrauliques
• Machines thermiques
4. Selon le degré de réaction
• A action
• A réaction
5. Selon le mode d’admission :
• Admission totale → machine à réaction
• Admission partielle → machine à action
6. Selon le nombre d’étages
• Monocellulaires
• Multicellulaires
1.3. Organisation générale
De manière générale on a :
- Un distributeur : qui a pour but de diriger le fluide. Il donne de la vitesse, une
direction et un sens au fluide vers la roue.
- Un (toujours dans lequel a lieu l’échange de l’énergie avec le fluide.
- Un (ou des) diffuseur(s) qui vient (nent) après la roue.
- Rôle transformer une partie de l’énergie cinétique contenue dans le fluide à la sortie
de la roue, en énergie de pression. Il est en communication avec l’énergie de
pression. Il est en communication avec le milieu aval à travers la section de sortie de
la machine.
- Un stator fixe qui enveloppe tout.

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0
1
0
α
2
3
2
4
4
0
β
1.4. Triangle des vitesses
25 : vitesse absolue
67
7
5
: vitesse relative
7
5
: Vitesse d’entrainement
Notations (indice)
- Section d’entrée de la turbomachine : e
- Entrée distributeur : o
- Entrée roue = sortie distributeur : 1
- Sortie roue ≠ entrée diffuseur : 2
- Sortie diffuseur : 3
- Section de sortie de la turbomachine : s
Généralement:  8 et  9
Cinématique de l’écoulement rotorique
Une bonne analyse de l’écoulement passe par l’usage de deux repères, l’un lié
aux parties fixes de la machine (vitesse 25 ) et l’autre lié aux parties tournantes (vitesse 67
7
5
).
25 67
7
5
.7
5
Pour une rotation pure : 7
5
67
7
5
:;5
Dans un système de coordonnées cylindriques on a :
;5  <5 .=5
>
or 67
7
5
65
>
⇒ 7
5
6<5
?
α
: Angle de
2
5
par rapp
ort à
7
5
β : angle de 67
7
5
par rapport à 7
5
Vecteur position du fluide