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اﻟﺠﻤﮭﻮرﯾﺔ اﻟﺠﺰاﺋﺮﯾﺔ اﻟﺪﯾﻤﻘﺮاطﯿﺔ اﻟﺸﻌﺒﯿﺔ République Algérienne Démocratique et P

اﻟﺠﻤﮭﻮرﯾﺔ اﻟﺠﺰاﺋﺮﯾﺔ اﻟﺪﯾﻤﻘﺮاطﯿﺔ اﻟﺸﻌﺒﯿﺔ République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université de Biskra Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Génie Mécanique Filière : Génie Mécanique Option: Transport et Distribution des Hydrocarbures Réf:………… Mémoire de Fin d'Etudes En vue de l’obtention du diplôme de: MASTER Présenté par: Proposé et dirigé par: Nacereddine TENNECH Dr. A. BENMACHICHE Promotion : Juin 2017 Etude énergétique comparative des performances des turbines à gaz i Je dédie ce modeste travail à : Mes chers parents pour leur soutien et leur encouragement durant toute ma carrière d’étude Mon frère, ma sœur, mon grand père, Toute ma grande famille, A tous les étudiants de Génie Mécanique, Ainsi qu’à tous mes amis et tous qui me connaissent. TENNECH Nacereddine ii Je dois tout d’abord remercie le bon Dieu, pour m’avoir donné la santé, la force et la patience pour accomplir ce travail. Le moment est venu d’exprimer toute ma reconnaissance à mon Encadreur Dr. BENMACHICHE .Abdelmoumene Hakim, de m’avoir fait confiance et puis pour sa disponibilité, sa patience, son suivi constant de ce travail. Je tiens très sincèrement à remercier Monsieur AISSAOUI Fares, Maître assistant à l’Université de Mohamed Khider, Biskra, pour ses conseils précieux durant le mémoire. J’adresse mes plus sincères remerciements à toute ma famille et mes amis, et tous les collègues. Finalement je tiens à remercier chaleureusement tous les enseignants du département de génie mécanique, et tous qui ont participé de près ou de loin pour accomplir ce travail. TENNECH Nacereddine Sommaire iii Dédicace ………………………………………………………...……………… i Remerciements ………………………………………………………………..… ii Sommaire………………………………………………………...…………….… iii Liste des figures ………………………………………………………………… vii Liste des tableaux …………………………………………………………….… x Nomenclature …………………………………………………………………… xi Introduction générale……………………………………………………………. 1 Chapitre I : Généralités sur les turbines à gaz et les méthodes d’amélioration des cycles I.1 Introduction ……………………….…………………………….……………. 3 I.2 Généralités sur les turbines à gaz……………………………………..……..... 3 I.3 Définition……………………………………………………………………... 4 I.3.1 Les éléments d'une turbine à gaz………………………………………… 4 I.3.2 Principe de fonctionnement de la turbine à gaz………………………….. 5 I.3.3 Classification des turbines à gaz………………………………………… 6 I.3.4 Domaine d’application des turbines à gaz……………………………….. 9 I.4 Avantages et inconvénients des turbines à gaz……………………………….. 9 I.5 Influence des facteurs sur les performances de la turbine à gaz……………… 10 I.5.1 Influence des facteurs extérieurs sur les performances de la turbine à gaz. 10 I.5.3 Influence des facteurs intérieurs sur les performances de la turbine à gaz. 11 I.5.4 Injection de la vapeur et l’injection d’eau…………………...…………... 13 I.6 Amélioration du cycle de Brayton……………………………………………. 14 I.6.1 Régénération (cycle de récupération)…………………………………….. 15 I.6.2 Injection de masse de fluide dans le circuit de la TAG………………….. 16 I.6.2.1 Cycle avec injection d’eau à l’amont du compresseur…………...…... 17 I.6.2.2 Cycle avec injection d’eau à l’aval du compresseur………………...... 18 Sommaire iv I.6.2.3 Cycle avec injection de la vapeur à l’amont, dans et à l’aval de la chambre de combustion………………………………….……………………….. 18 I.7 Étude descriptive de la turbine à gaz MS5002C……………………………… 19 I.7.1 Introduction………………………………………………………………. 19 I.7.2 Présentation de la turbine à gaz MS5002C.……………………………… 19 I.7.2.1 Caractéristiques de la turbine à gaz MS5002C……………………….. 19 I.7.3 Principe de fonctionnement de la turbine à gaz MS5002C……………... 21 I.7.4 Les sections principales de la turbine à gaz MS5002C………………….. 22 I.7.4.1 Section d’aspiration…………………………………………………... 22 I.7.4.2 Section de compresseur………………………………………………. 23 I.7.4.3 Section de combustion……………………………………………….. 27 I.7.4.4 Section turbine……………………………………………………….. 30 I.7.4.5 Section d’échappement………………………………………………. 32 I.8 Les paliers…………………………………………………………………… 33 I.9 Les avantages de la turbine MS5002C………………………………………... 35 Chapitre II: Etude énergétiques des turbines à gaz fonctionnent avec l’injection de la vapeur d’eau II.1 Introduction…………………………………………………………………... 36 II.2 Cycle thermodynamique des turbines à gaz…………………………………. 36 II.2.1 Etude de cycle de Brayton……………………………………………… 36 II.2.1.1 Etude de cycle idéal de la turbine à gaz…………………………….. 36 II.2.1.2 Etude de cycle réel de turbine à gaz………………………………… 37 II.3 Etude énergétique de cycle de Brayton………………………………………. 37 II.3 .1 Etude de la compression………………………………………………... 38 II.3 .2 Etude de la combustion………………………………………………… 38 II.3 .3 Etude de la détente……………………………………………………… 38 II.3 .4 Bilan de cycle…………………………………………………………… 39 II.4 Cycle thermodynamique de l’injection de vapeur…………………………… 40 II.4.1 Analyse de la combustion……………………………………………….. 41 II.4.2 Effets de l’injection de la vapeur sur les caractéristiques principales de la TAG……………………………………………………………………………. 41 II.4.3 Etude de l’humidité……………………………………………………… 42 II.5 Calcul de la turbine à gaz……………………………………………………. 43 Sommaire v II.6 Organigramme de calcul…………………………………………………….. 51 Chapitre III: Présentation du code software Hysys III.1 Introduction………………………………………………………………… 52 III.2 Dessin du système TAG par Hysys………………………………………… 52 III.3 Calcul des performances de l’installation TAG par Hysys………………… 54 III.4 III.3.1 Comment insérer les données ……………...……………………….. 54 III.4 Calcul ……………………………………………………………………….. 61 Chapitre IV: Résultats et Discussion IV.1 Effets des injections de la vapeur d’eau sur la performance du TAG……… 65 IV.1.1 Installation de l’injecteur de la vapeur à l’amont de la chambre de combustion…………………………………………………………………........... 65 IV.1.1.1 Analyse des performances de la TAG à l’état sec………………… 65 IV.1.1.1.1 Influence du taux de compression…………………..…………. 65 IV.1.1.2 Influence de la quantité de vapeur injectée……………………….. 66 IV.1.1.2.1 Influence du taux de compression……………………………... 66 IV.1.1.2.2 Influence l’injection de vapeur………………………………... 67 IV.1.2 Installation de l’injecteur de la vapeur à l’amont de la chambre de combustion (après la première turbine)…………………………………………... 68 IV.1.2.1 Influence du taux de compression………………………………… 68 IV.1.2.2 Influence l’injection de la vapeur…………………………………. 69 IV.1.3 Installation de Régénération (cycle de récupération)…………………. 70 IV.1.3.1 Influence du taux de compression………………………………… 70 IV.1.3.2 Influence du Température d’entrée de chambre de combustion…... 71 Conclusion générale……………………………………………………………… 73 Bibliographies Liste des figures vii Figure Titre Page Chapitre I : Généralités sur les turbines à gaz et les méthodes d’amélioration des cycles I.1 Une turbine à gaz. 4 I.2 Les éléments de la turbine à gaz. 5 I.3 Variations de pression et de température dans les différentes sections de la turbine. 6 I.4 Classification générale des turbines à gaz. 6 I.5 Turbines à gaz à un arbre. 7 I.6 Turbines à gaz à deux arbres. 7 I.7 Schéma de turbine à action. 8 I.8 Schéma de turbine à réaction. 8 I.9 Influence de l’humidité sur la puissance et la consommation spécifique de la turbine. 11 I.10 Cycle Brayton avec régénération. 16 I.11 Différentes configurations d’injection d’eau ou de vapeur dans un cycle simple d’une TAG. 17 I.12 Suralimentation d’une turbine à gaz avec un filtre de particule et un refroidisseur d’évaporation. 18 I.13 Turbine à gaz MS5002C. 19 I.14 Présentation de la TAG MS5002C. 21 I.15 Différente section de turbine à gaz MS5002C. 22 I.16 Section d’aspiration. 23 I.17 Les filtres d’aspiration. 23 I.18 Section compresseur. 23 I.19 Le compresseur axial. 24 I.20 Rotor de compresseur. 24 I.21 Stator de compresseur. 25 I.22 Schéma du command des IGV. 26 I.23 L’enveloppe de combustion. 27 I.24 Schéma de Chambre de combustion. 28 I.25 Pièces de transition. 29 Liste des figures viii I.26 Bougie à flamme. 29 I.27 Détecteur à flamme. 29 I.28 Directrices 1ère étage. 30 I.29 Directrices 2ère étage. 31 I.30 Roue de turbine HP 31 I.31 Aube 2è roue et Segment de la directrice. 32 I.32 Roue de turbine BP. 32 I.33 Principe éléments du système d’échappement. 33 I.34 Palier de Butée. 34 I.35 Palier Porteur. 34 Chapitre II: Etude énergétiques des turbines à gaz fonctionnent avec l’injection de la vapeur d’eau II.1 Cycle thermodynamique de turbine à gaz. 36 II.2 Diagramme T-s pour un cycle réel sans perte de pression. 37 II.3 Cycle de brayton d’une turbine à gaz. 37 II.4 Cycle de Rankine avec une surchauffe g-a. 40 II.5 Volume de contrôle de la chambre de combustion 41 II.6 Rapport débit fuel en fonction rapport de débit de vapeur injectée. 47 II.7 Variation de la puissance de turbine en fonction de débit de vapeur injectée. 48 Chapitre III: Présentation du code software Hysys III.1 Interface principale Hysys. 52 III.2 Compositions d’air et combustible. 53 III.3 Éléments de l’installation TAG. 54 III.4 Fenêtre des données de compresseur. 55 III.5 Fenêtre des données mélangeur (injection de la vapeur). 55 III.6 Fenêtre des données de chambre de combustion. 56 III.7 Fenêtre des données de turbine. 56 III.8 Fenêtre des données d’Adjust. 57 III.9 Fenêtre des données de Balance. 57 III.10 Installation d’injection de la vapeur à l’amont de la chambre de combustion du Turbine à gaz. 58 III.11 Fenêtre des données de Mélangeur2. 59 III.12 Fenêtre des données de turbine2. 59 III.13 Installation d’injection de la vapeur à l’amont de la chambre de combustion et après la Turbine 1. 60 III.14 Fenêtre des données d’échangeur. 60 III.15 Installation de régénération (cycle de récupération). 61 Liste des figures ix Chapitre IV: Résultats et Discussion IV.1 Puissance de CR en fonction τ. 65 IV.2 Puissance de TU en fonction de τ. 65 IV.3 Puissance utile en fonction de τ. 66 IV.4 Température du gaz échap en fonctionτ. 66 IV.5 Puissance de CR en fonction τ. 67 IV.6 Puissance de TU en fonction de τ. 67 IV.7 Puissance utile en fonction de τ. 67 IV.8 Puissance utile en fonction débit de la vapeur injecté. 68 IV.9 Puissance utile en fonction taux de CR1. 68 IV.10 Puissance utile en fonction Taux de CR2. 68 IV.11 Puissance de CR2. 69 IV.12 Puissance de TU2. 69 IV.13 Puissance utile en fonction débit de la vapeur injecté. 69 IV.14 Puissance de CR en fonction de uploads/Geographie/ etude-energetique-comparative-des-performances.pdf