Une turbine est constituée d’un rotor comprenant un arbre sur lequel sont fixées des aubes et, d’un stator constitué d’un carter portant des déflecteurs fixes, généralement constitué de deux parties assemblées selon un plan axial. Elle comprend en outre un tore d’admission segmenté et un divergent d’échappement dirigé vers le condenseur. La fonction des déflecteurs fixes est d’assurer tout ou partie de la détente en formant un réseau de tuyères et de modifier la direction de l’écoulement sortant de l’étage précédent.
Une turbine à vapeur comprend un ou plusieurs étages assurant chacun deux fonctions :
* La détente de la vapeur qui correspond à la conversion de l’énergie potentielle en énergie cinétique,
* La conversion de l’énergie cinétique en couple de rotation de la machine par le biais des aubages mobiles.
Les turbines à vapeur se classent en deux grandes catégories souvent combinées dans une même machine:
* Les turbines à action dans lesquelles la détente se fait uniquement dans les aubages fixes. Elles sont bien adaptée aux étages à forte pression et se prêtent mieux à la régulation de débit. Leur construction est plus coûteuse et réserve leur emploi aux premiers étages de la turbine.
* Les turbines à réaction dans lesquelles la détente est répartie entre les aubages fixes et mobiles. Le degré de réaction est défini par la répartition de la détente entre les aubages. Elles se prêtent mieux aux étages à basse pression et leur coût est plus faible.
La réalisation des turbines nécessite le recours à des aciers fortement alliés (Cr-Ni-Va) pour résister aux contraintes thermiques, mécaniques (force centrifuge) et chimique (corrosion par la vapeur). Les deux premières contraintes limitent le diamètre et donc le débit capable des derniers étages. Ainsi des aubes de plus d’un mètre de longueur posent déjà de sérieux problèmes de réalisation. De plus, l’hétérogénéité radiale des vitesses impose une incidence variable de l’aube qui présente alors une forme gauche dont l’usinage est complexe.
En pratique la température est limitée à 550 ou 580°C et le maximum mis en œuvre est de 650°C. La pression est de l’ordre de 180 bars et atteint 250 bars pour les installations supercritiques.
De ce fait, les turbines de forte puissance comprennent généralement sur un même axe (disposition tandem compound) :
* Une turbine haute pression,
* Plusieurs (2 ou 3) turbines basse pression avec soutirages.
* Il est ainsi possible d’atteindre des puissances de plus de 1000 MW avec un rendement dépassant légèrement 40%.
À l’autre extrémité, les plus petites turbines ont des puissances de quelques dizaines de kW. Elles comprennent généralement un seul étage et servent à l’entraînement de machines dans l’industrie ou sur des navires. Entre les deux, existe toute une palette de turbines plus ou moins complexes et adaptées à des usages industriels spécifiques (à soutirage, à contrepression, etc.).
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