TURBINES À GAZ

Compresseur

Le compresseur de type turbomachine est soit un compresseur axial, soit un compresseur hélicoïdal, soit encore un compresseur centrifuge, suivant la forme donnée à la veine fluide. Les compresseurs axiaux généralement employés pour les machines de forte puissance, où la minimisation du maître couple est un impératif, comportent une succession d'étages. Chaque étage est constitué d'un disque tournant muni d'ailettes et d'une rangée d'aubes fixes, l'ensemble des disques mobiles étant solidaire de l'arbre. La turbine fournit la puissance nécessaire à l'entraînement du compresseur. Le transfert d'énergie, depuis l'arbre vers le fluide, est assuré par l'ensemble des ailettes mobiles. Celles-ci impriment au fluide un moment cinétique dirigé dans le sens de rotation de l'arbre. Ce moment cinétique est ensuite annulé dans la rangée d'aubes fixes suivante.

Les aubages mobiles et fixes sont calés au bord d'attaque de façon à être dirigés au point de fonctionnement nominal de la machine, suivant la vitesse de l'écoulement repérée soit dans le référentiel tournant lié aux roues (cas des roues mobiles), soit dans un système d'axes fixe (cas des roues fixes). Le calage des aubages au bord de fuite est sélectionné de façon à imprimer au fluide la déviation souhaitée visant à créer un moment cinétique (cas des roues mobiles) ou, au contraire, à annuler ce moment cinétique (cas des roues fixes). L'ensemble des roues mobiles et des roues fixes contribue à l'accroissement de la pression. En effet, dans chaque roue mobile, le transfert d'énergie, depuis l'arbre vers le fluide, se trouve réalisé par accroissement simultané de l'énergie cinétique et de la pression. En complément, dans les roues fixes, l'excédent d'énergie cinétique est à son tour converti en un deuxième accroissement de la pression.

Les compresseurs centrifuges sont généralement réservés pour les puissances modérées et dans les situations où les questions de maître couple apparaissent secondaires. Ce sont des composants rustiques et bien adaptés pour les applications industrielles. Un étage de compresseur centrifuge comprend une roue mobile, un diffuseur lisse, éventuellement un diffuseur à ailettes, un redresseur axial (configuration aéronautique) ou une volute (configuration industrielle). La roue mobile comporte un disque sur lequel sont montées des aubes. La veine de l'écoulement, délimitée par un carter fixe et la surface du disque, dévient le fluide de la direction axiale à la direction radiale. De plus, les aubages de la roue mobile dévient le fluide de sa direction naturelle de façon à générer un moment cinétique important. L'accroissement de la pression dans la roue est liée non seulement au ralentissement de la vitesse du fluide mesurée dans le repère mobile, mais aussi à l'action de la force centrifuge. L'énergie cinétique importante du fluide, générée par le mobile, est ensuite transformée en accroissement de pression supplémentaire dans les organes fixes placés en aval. Ainsi, le diffuseur lisse, espace délimité par deux plans radiaux, assure un premier accroissement de la pression du fait de la giration du fluide. L'absence d'aubages dans cette région améliore la souplesse de fonctionnement du compresseur, au moins dans le cas des compresseurs à faible rapport de pression. Le diffuseur à aubes placé en aval complète l'accroissement de pression dans un encombrement limité.

Dans la configuration aéronautique, la veine de l'écoulement est ensuite ramenée dans la direction axiale. La composante giratoire du fluide est ensuite annulée dans une rangée d'aubes fixes appelée redresseur.

Dans la configuration industrielle, le diffuseur lisse ou le diffuseur à aubes sont suivis d'une volute dont la fonction[...]