Cycle de Rankine [PDF]

Zitiervorschau

5.3. Amélioration du cycle de Rankine de base : a- Cycle à surchauffe (de Hirn) : L’augmentation de la température de la vapeur entrant dans la turbine augmente l’efficacité du cycle. Cette idée fut proposée par Gustave Hirn en 1855. L’augmentation de la température fait entrer la vapeur dans le domaine de la surchauffe, les paramètres sont donnés sur les tables de la vapeur surchauffée.

Schémas d’une TAV à surchauffe

Digramme entropique du cycle Rankine à surchauffe

Le rendement est donné par :

=

|

|

=

(

) (

)

∶

= 1−

(

)

1

b- Cycle à resurchauffe : Dans ce cas, une première détente est effectuée dans la turbine haute pression THP. La vapeur est ensuite introduite dans un réchauffeur « CH » qui récupère la chaleur des gaz de combustion, avant d’être acheminée vers une turbine basse pression TBP.

Schémas d’une TAV avec resurchauffe

Digramme entropique du cycle Rankine à resurchauffe Cette récupération d’énergie permet d’augmenter encore le travail (donc le rendement) par rapport à la surchauffe seule. Le rendement est donné par :

=

|

|

=

[(

) (

)] (

)

2

c- Cycle à soutirage : Une fraction (‫ )ﻧﺴﺒﺔ‬de fluide m est soutirée, c.-à-d. prélevée lors de la détente pour être mélangé au flux principal et le réchauffer avant d’être acheminé vers la chaudière : Avec : =

̇ ̇

Schémas d’une TAV à surchauffe avec soutirage Le schéma montre la détente (5-6) qui se fait avant le prélèvement d’une fraction de fluide m dirigée vers le réchauffeur à mélange. Le restant (1-m) subit une deuxième détente (6-7). Cette quantité (1-m) est condensée avant d’être acheminée par la pompe n°1 vers le réchauffeur. Ici les deux débits se mélangent [m + (1-m)] et le fluide gagne une quantité de chaleur avant d’être envoyé par la pompe n°2 vers la chaudière à surchauffe pour recommencer le cycle.

3

Diagramme entropique du cycle Rankine à surchauffe avec soutirage. Le bilan énergétique du réchauffeur permet d’évaluer la fraction m de fluide soutiré :

Entrée Sortie Entrée

Entrée (6) : et (2) : Sortie (3) :

m H6 (1-m) H2 [m + (1-m)] H3

Selon le principe de conservation (1er principe de la TH.D) : m H6 + (1-m) H2 = [m + (1-m)] H3 = H3

Finalement la fraction soutirée m est données par : =

3− 2 6− 2 4

Dans ce type d’installations (contrairement aux précédentes) certains équipements reçoivent le débit total de fluide (pompe1, chaudière..), tandis qu’un débit diminué de la fraction soutirée (1-m) circule dans le reste ( Turbine2, condenseur). Les échanges d’énergies sont donc affectés par changement : Travail de la pompe 1 : Wp1 = (1-m) (H2-H1) Travail de la pompe 2 : Wp2 = (H4-H3) Chaleur fournie dans la chaudière : Qf = H5-H4 Travail de la turbine 1 : Wt1 = H6-H5 Travail de la turbine 2 : Wt2 = (1-m) (H6-H7) Chaleur cédée par le condenseur : QR= (1-m) (H1-H7)

Finalement le rendement est donné par :

= =

[( 5 − 6) + (1 −

|

|

=

∑

− ∑

)( 6 − 7)] − [(1 − 5− 4

)( 2 − 1) + ( 4 − 3)]

5

6