MTHE_TD3_
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TD3 : Turbine à vapeur à soutirage L'installation de turbine à vapeur représentée sur le schéma ci-joint fonctionne suivant un cycle à soutirage. Le soutirage alimente un réchauffeur à surface (R 1). Le condensat de ce réchauffeur retourne au condenseur après avoir traversé le refroidisseur (R0) où il se refroidit jusqu’à une température voisine de celle du condenseur. On négligera les chutes de température et de pression dans les canalisations de liaison. Turbine : Les paramètres de la vapeur à l’entrée de la turbine sont : P1 = 40 bars abs. et T1 = 400°C. La pression au condenseur est P2 = 0,1 bar abs. Le rendement isentropique de la turbine est égal à 90% pour une détente sèche et à 85% pour une détente humide. Soutirage : Conformément à une règle simplifiée fixant la localisation optimale des soutirages, celui-ci est effectué en un point I sur la courbe de la détente réelle (1-2) à la même pression que le point fictif noté I’ qui divise la chute d’enthalpie isentropique correspondant à la détente (12’), en deux parties égales. On note m1 la masse soutirée par kg de fluide passant par le générateur de vapeur. Réchauffeur : C’est un réchauffeur à surface à contre-courant (échange de chaleur à travers une paroi sans échange de matière). La vapeur condensée quitte le réchauffeur à une température T7 inférieure de 10°C à la température de saturation correspondant à la pression de soutirage (TSI). La température de l’eau alimentaire à la sortie du réchauffeur (T5) est inférieure de 5°C à la température de la vapeur soutirée (TI). Refroidisseur : C’est aussi un échangeur à surface à contre-courant. La température de l’eau sortant du refroidisseur et entrant dans le condenseur est supérieure de 4°C à la température de l’eau sortant du condenseur. On demande : 1/ Déterminer les caractéristiques du fluide aux points 1, 2, I, 3, 5, 7, 8 en utilisant les tables et diagrammes. 2/ Positionner sur le diagramme les points figuratifs du cycle par rapport à la courbe de saturation. On construira à l’aide de quelques points les courbes de détente réelle. 3/ Etablir les bilans énergétiques du réchauffeur (R1) et du refroidisseur (R0). 4/ En tirer la valeur de la masse de vapeur soutirée en (I) par kg d’eau entrant dans le générateur de vapeur, ainsi que la valeur de la température au point 4. 5/ En déduire la pression de refoulement minimum de la pompe située à la sortie du condenseur et les travaux respectifs de chaque pompe par kg de fluide. 6/ Calculer le rendement thermodynamique du cycle avec et sans soutirage. 7/ Calculer le débit de vapeur pour une puissance fournie de 75 MW avec et sans soutirage. 8/ Calculer la quantité de chaleur enlevée au condenseur par unité de temps dans les mêmes conditions avec et sans soutirage. 9/ En tirer les conclusions sur l’emploi du soutirage : - Sur le rendement thermodynamique, - Sur le dimensionnement de la chaudière, du condenseur et de la turbine. 1 Surchauffeur Turbine 2 chaudière I vanne 8 6 5 4 Condenseur 3’ 3 pompe 2 réchauffe pompe 1 7 refroidisse Indications supplémentaires : - Au point 5 la pression sera choisie de façon que le fluide soit à l’état liquide. - Pour les bilans énergétiques des échangeurs et la détermination de m1 et T4 : on pourra supposer T3’ = T3 et négliger le travail des pompes. - Pour la détermination des pressions de refoulement et des travaux des pompes, on considèrera que P6 est imposé par P1 et P3’ par P5, on considèrera également que les volumes massiques restent proches de leur valeur à 0°C étant donnée la faible importance de ces travaux devant celui de la turbine. On pourra vérifier ici que T3’ = T3. - Pour le calcul de la quantité de chaleur enlevée au condenseur avec et sans soutirage, on pourra soit effectuer des bilans entrée-sortie du condenseur, soit utiliser les calculs des travaux et rendements en considérant que H = 0 sur le cycle. - Pour discuter l’avantage du soutirage on pourra répondre aux questions suivantes : - a/ que devrait être le rendement de la turbine sans soutirage pour obtenir le rendement du cycle avec soutirage B et celui-ci est-il concevable ? - b/ Pour une turbine donnée, quelles sont les incidences sur le dimensionnement des autres élements quand B>A ?
