tuyère pour turbine

Bonjour à tous,
Je voie que quelques uns s'intéressent à la turbine, et je me propose donc de lever quelques mystères entourant la mise au point de la tuyère, élément primordial au bon fonctionnement de la dite turbine.
Le petit fascicule que Scyllias a mis en ligne m'a largement inspiré. Il est rédigé dans la langue de Shakespeare ce qui peut poser des problèmes de compréhension à certains. Pour moi ce n'est pas un obstacle, par contre j'ai pas mal galéré pour convertir le système de mesures anglais en système SI.
Pour comprendre le fonctionnement de la turbine il faut rappeler quelques principes :
Un gaz sous pression (en l'occurence la vapeur d'eau) possède une énergie potentielle, cette énergie potentielle peut être comparée à un ressort que l'on a comprimé. On a dépensé une certaine énergie pour le comprimer, si on le bloque en position comprimée on peut dire que l'on a stocké cette énergie qui peut être restituée en libérant le ressort.
C'est cette énergie potentielle qui est utilisée pour actionner les pistons d'une machine à vapeur. Malheureusement la machine alternative a un rendement déplorable : pour la faire marcher il faut rendre étanche les passages de tige de piston et de tige de tiroir à l'aide de presse-étoupes, les pistons sont équipés de segments et les différents organes en mouvement (paliers, patins de crosse, coquilles de tiroirs, etc.) génèrent des frottements qui sont autant de gaspillages d'énergie.
Dans la turbine les frottements sont insignifiants, les paliers qu'ils soient lisses ou a roulements sont parfaitement libres et le rotor tourne sans aucun contact avec aucune autre pièce. Le rendement est, de ce point de vue, bien meilleur que la machine alternative (tout en étant moins efficace que le moteur Diesel).
Le principe de la turbine c'est de faire tourner un rotor muni d'ailettes (les aubes) à l'aide d'un jet de vapeur animé d'une très grande vitesse. La turbine tourne donc à vitesse élevée mais à faible couple, il faut alors utiliser un train d'engrenages réducteur afin d'obtenir une vitesse et un couple compatible avec le bon fonctionnement d'une hélice.
L'organe qui transforme l'énergie potentielle de la vapeur en énergie cinétique (c'est à dire qui lui donne une vitesse de sortie élevée), c'est la tuyère !
Nous verrons donc par la suite comment calculer les dimensions de la tuyère la mieux adaptée à nos besoin et comment la fabriquer.
C'est tout pour aujourd'hui !

Salut JPA,
et aujourd'hui tu nous dis quoi ?
GAV

Salut GAV,
Aujourd'hui pas grand'chose, faut que je me mette à la planche à dessin et je n'ai pas trop de temps disponible. Demain sûrement. Serais-tu intéressé par la turbine ?

Hello!
Voilà un sujet qui va nous sortir de l'ordinaire et .....................nous donner de sacrés maux de têtes!

Serais-tu intéressé par la turbine ?
Bien sur qu'il est intéressé! Et les aubes avec un profil NACA, même!
Ne pas confondre avec Naca Yalé: célèbre pilote africain qui s'est crashé d'un baobab, en décollant par erreur, en marche arrière !

Bon weekend!

naca naca c'est pour recycler la vapeur ?
je ne suis pas plus intéressé que cela, mais j'en connais UN qui est très très intéressé, naca voir au dessus. y a t'il eu une amélioration avec le cône à la sortie de la buse ?
je reste vapeur des années début 1900 avec un fanal tempête pour signaler sa position.
GAV

Bonjour, je continue,
Une tuyère est constituée de trois parties : une partie convergente à l'entrée de la tuyère, un col qui est la partie la plus étroite et un divergent par où s'échappe la vapeur.

Le convergent amène une diminution du diamètre de la conduite dans des proportions de 1 à 2 ou 1 à 3, pas de forme spécifique, il peut être formé par le cône laissé par le foret qui a servi à percer la partie arrière de la tuyère.

Le col est la partie la plus étroite de la tuyère, il possède une particularité qui est une constante : il fait chuter la pression d'entrée à 58% de sa valeur nominale ainsi Pcol = Pe x 0.58
Exemple si Pe (pression d'entrée) = 5 bars, la pression au col sera 5 x 0.58 = 2.9 bars
Autre particularité, quelle que soit la pression d'entrée de la vapeur au convergent, la sortie du col se fait à vitesse quasiment constante. Ainsi à 1 bar de pression relative (soit 1 bar lu au manomètre) la vitesse au col de la tuyère est de 436 m/sec, à 5 bars la vitesse sera de 451 m/sec.

Le divergent est là pour canaliser le flux de vapeur, en effet, si la vapeur s'échappait par un simple trou le flux s'écoulerait selon un régime perturbé qui ferait perdre énormément d'énergie (voir figure 12, page 25 de "model steam turbine" posté par Scyllias). Le cône doit avoir des parois aussi lisses que possible avec une pente qui ne doit pas être trop importante (diamètre de sortie trop grand) sous peine de voir la veine de fluide décoller de la paroi mais avec un accroissement du diamètre suffisant pour permettre à la vapeur de se dilater librement au fur et à mesure que la pression chute jusqu'à atteindre la pression atmosphérique à la sortie.
Pour résumer, si la vapeur sort de la tuyère avec une pression supérieure à la pression atmosphérique on perd une partie de l'énergie cinétique, si la vapeur chute à la pression atmosphérique AVANT la sortie de la tuyère, la veine de vapeur sort en régime perturbé et on perd également une partie de l'énergie.
Le divergent, s'il est bien calculé, permet à la vapeur de sortir à vitesse élevée et, chose très intéressante, cette vitesse est proportionnelle à la pression d'entrée.
Exemple : pression d'entrée = 1 bar, vitesse de sortie = 487 m/sec
               pression d'entrée = 5 bars, vitesse de sortie = 829 m/sec
Ceci est très important car d'après la formule ec = 1/2mv2 lorsque l'on double la vitesse on multiplie l'énergie cinétique par 4, d'autre part l'augmentation de pression permet de faire passer un poids de vapeur  plus important.

Nous verrons par la suite comment calculer les différents éléments de cette tuyère.



A bientôt

Hello!
Voilà qui est très intéressant!
Et ce n'est que le début!
Va falloir se polir les méninges!
J'attends donc de savoir la longueur du jet et son diamètre de sortie.
Bien cordialement.

Bonjour à tous,
Nous allons aujourd'hui aborder la partie calcul qui nous permettra de définir les dimensions de la tuyère la mieux adaptée à nos besoins.
Dans un premier temps il est nécessaire de connaître la puissance dont on a besoin. La puissance délivrée par la tuyère dépend de deux paramètres : la pression de fonctionnement et l'aire de passage de la vapeur par le col de la tuyère. Les tables nous donnent, pour différentes valeurs de la pression de vapeur, la quantité (le poids) de vapeur passant en une heure par un orifice de un pouce carré. C'est ce que l'on trouve dans le tableau II à la page 26 de "model steam turbine" posté par Scyllias. J'ai converti ces valeurs du système anglais en système métrique ce qui est plus parlant et j'en ai profité pour adopter des grammes par millimètre carré par seconde, mieux adapté comme ordre de grandeur à ce que l'on trouve sur nos modèles réduits.
Pour simplifier un peu j'ai choisi deux valeurs de col de tuyère qui me paraissent coller au mieux à nos besoin, un col de 1 mm de diamètre, soit une aire de passage de 0.78 mm2 et un col de 1.5 mm de diamètre soit une aire de passage de 1.77 mm2. Si l'on désire plus de puissance il suffit de mettre une deuxième tuyère à la turbine, voire une troisième. Au delà on risque de ne plus pouvoir fournir assez de vapeur.
Autre point important, la turbine ne prend que 42% de la puissance délivrée par la tuyère soit un rendement de 0.42.
Autre élément important à connaître : la surface de chauffe de la chaudière qui permettra de fournir suffisamment de vapeur à la turbine, on considère que pour évaporer 4 cm3 d'eau par minute (c'est à dire pour produire 4 g de vapeur/minute) il faut une surface de 1 dm2, dans la pratique on est plus proche de 2.50 cm3/dm2/minute.
Ci-dessous les tableaux n°1 et 2 tirés et adaptés de "model steam turbine"


La prochaine fois nous verrons comment calculer les dimensions du divergent

Hello!
Le tableau que nous propose JPA est très intéressant et va permettre de déterminer certains paramètres qui aideront à l'élaboration et le choix de ???????????????????????????????????
Mais bon sang!!!!
Je réalise que du fond de notre petit village Breton, on a attelé la charrue avant les bœufs et qu'on parle sans vous dire à quoi ça va nous servir.
C'est pas fin! Mais comme on n'a rien à cacher!
Tout simplement à trouver la bonne turbine pour entrainer une hélice ou un hydrojet et donc choisir la bonne tuyère . Mais aussi le bon générateur de vapeur , donc le bon bruleur et le bon ensemble en général.
Nous sommes sur deux systèmes de propulsion. La turbine ou un système venturi qui permettra de déplacer une coque.
C'est pas gagné!
On ne sait pas du tout où on va, ni comment, mais on tâtonne , on cherche et on fait appel aux bonnes volontés du Forum.
Il n'y a pas grand chose d’existant, et il doit y avoir une raison, mais comme il faut bien causer autour d'une tête de veau, le challenge est intéressant , même s'il ne mène nul part..
Je vais donc ouvrir un post à la suite de celui-çi : " Turbine et production vapeur".
Ce sera le post dédié aux travaux pratiques, afin de ne pas polluer celui-ci plutôt axé sur la théorie et les calculs d'approche.
Votre plus grande tolérance , mais aussi votre précieuse collaboration serait d'un grand secours.

Une chose intéressante sur ce tableau, c'est que la vitesse la vapeur au niveau du col ne varie pas beaucoup en fonction de la pression. En sortie de tuyère, c'est tout à fait différent et c'est ce qui nous interesse.
En attendant, si JPA pouvait nous mettre un exemple afin de savoir comment déterminer le poids de vapeur requis, et donc la production de vapeur par sec, nécessaire pour un maximum d’efficacité à la turbine, on y verrait plus clair!
Surtout, n'hésitez pas à nous faire part de votre expérience, parce qu'on part de 0. Merci.
Cheers!

Bonjour à tous,
Kbio m'ayant fait part de sa perplexité sur un certain nombre de points, je me dois de donner ici quelques détails complémentaires.
Avant toute chose et pour commencer par le début, il parait évident que si l'on veut se lancer dans un projet de propulsion type flash steam et turbine il faut avoir une idée de la puissance que l'on veut obtenir.
Cette puissance va être fonction de deux paramètres : 1) la pression de vapeur, 2) la quantité de vapeur que l'on pourra débiter à cette pression par unité de temps
Si l'on fait un parallèle avec l'électricité on peut dire que la pression (en bars) comme la tension (en Volts) expriment tous deux un NIVEAU d'énergie. Le débit de vapeur (en kg/seconde ou en Newton/seconde), comme l'intensité (en Ampère) expriment la QUANTITE d'énergie.

On sait par expérience quel poids de vapeur peut passer par un orifice en fonction de la pression, c'est ce qui ressort du tableau n° 2. On peut l'exprimer en g/mm2/seconde (gramme par millimètre carré par seconde) ou en N/mm2/seconde (Newton par millimètre carré par seconde). Rappel : 1 kg = 9.81 Newton

Exemple : dans le tableau n° 2, si la pression de fonctionnement de l'installation est de 3.45 bars le débit de vapeur est de 0.532 g/mm2/seconde ou 0.052 N/mm2/seconde mais ce débit dépend de l'aire de passage de l'orifice ! Calculons alors le débit pour un orifice de 1 mm de diamètre (soit une aire de 0.5x0.5xPi = 0.78 mm2), toujours avec une pression vapeur de 3.45 b. Il suffit de multiplier le débit par l'aire de passage, soit : 0.532 g/mm2/sec x 0.78 = 0.415 gramme de vapeur par seconde soit également (voir tableau n°2) 0.0405 N/seconde.

Ce débit de vapeur exprimé en grammes par seconde (et qui n'apparaît malheureusement pas dans le tableau) permet de connaître le débit d'eau que va devoir injecter la pompe de circulation dans le serpentin (poids de vapeur = poids d'eau)

Ce même débit exprimé en Newton/seconde nous permet de calculer la puissance à la sortie de la tuyère. Reprenons les bonnes vieilles formules : 1 Newton parcourant un mètre = 1 Joule. Ce Joule représente un TRAVAIL . Ce travail effectué durant durant un certain temps nous donne la puissance, soit 1 Joule/1 seconde = 1 Watt

Exemple : Toujours pour une pression d'entrée à la tuyère de 3.45 bars : débit = 0.0405 N/seconde, vitesse à la sortie de la tuyère = 722 m/seconde, la puissance sera de 0.0405 x 722 = 29,24 W (au lieu de 31 W sur mon tableau, oups! j'ai du faire une erreur, à revoir)
Le rendement de la turbine étant de 0.42 (soit 42% de puissance restituée par rapport à la puissance reçue de la tuyère), la puissance délivrée par la turbine sera de 0.42 x 29.24 = 12.28 W

Pour calculer la surface de chauffe du serpentin, on estime qu'il faut 1 dm2 pour produire 4 g de vapeur en 1 minute (plus ou moins selon le type de chaudière), soit 0.067 g/seconde
Si l'on marche avec une pression de 5.51 bar et un orifice au col de la tuyère de 1.77 mm2, d'après le tableau n° 2, on aura : 0.122 N/sec soit 1.242 g/seconde. Il faudra donc une surface évaporatoire de 1.242/0.067 = 18.5 dm2

La calculette commence à chauffer dur, je pense que ce sera tout pour ce soir (ouf!!!!!!)

Je découvre aujourd'hui par hasard ce sujet. Croyant qu'on y parlait de turbines de bateaux de course électriques !
Donc JPA, tu as un nouveau lecteur, très intéressé par ton exposé. Grand merci !
Pour mes essais, le gicleur se résumait en un aplatissement du tube presque à son extrémité.
Je vais pouvoir passer d'un pseudo-gicleur à une véritable tuyère à vapeur

Bonsoir Malevthi,
Il faut surtout remercier Scyllias qui a posté un fascicule intitulé "model steam turbine" dans lequel j'ai trouvé tous les tableaux et informations qui m'ont servi de bases. J'en ai un peu ch...r pour convertir le système de mesures anglais en unités du système international, d'où des pressions un peu bizarres servant à établir les tableaux (1.034 b, 2.068 b, 2.76 b, etc.) et quelques approximations mais dans l'ensemble ça a l'air de tenir la route. En effet on y parle de "pounds per square inch per hour", de "cubic inch" et de "cubic foot" mais une fois converti dans un système un peu plus civilisé, cela devient parlant.
A bientôt pour la suite.......

Bonjour à tous,

Voici un nouveau tableau n°2 dans lequel j'ai corrigé quelques approximations, j'en ai profité pour rajouter une ligne intitulée "débit d'eau d'alimentation en grammes/minute" qui s'ajoute aux "données pour un col de tuyère de 1 mm de diamètre", ainsi qu'aux "données pour un col de tuyère de 1.5 mm de diamètre"



Les tableaux de valeurs données dans "model steam turbine" ne vont pas au delà de 80 psi de pression vapeur, soit 5.51 bars de pression relative, or c'est justement à partir de cette pression que ça devient intéressant pour une turbine à vapeur. Je pense qu'idéalement pour un modéliste il faudrait travailler entre 5 et 10 bars pour avoir des résultats qui sortent de l'ordinaire. Ultérieurement je vais mettre ces tableaux sous forme de courbes ce qui permettrait d'extrapoler les valeurs que nous connaissons déjà. A moins qu'un spécialiste des logiciels de graphisme ne nous sorte ça sous forme de courbes informatisées.

Pour résumer ce que nous avons vu à propos de la tuyère à vapeur proprement dite :

La tuyère possède trois parties distinctes :
1) le CONVERGENT qui est une restriction sans forme particulière : pour un tuyau de vapeur de 3 mm intérieur, la sortie du convergent pourra être de 1.5 ou 1 mm de diamètre (voir tableau n°2)

2) Le COL de la tuyère, partie la plus étroite, diamètre 1.5 ou 1 mm de diamètre, fait chuter la pression d'entrée à 58% de sa valeur (ceci est une constante indépendante de la pression d'entrée et du diamètre)
Exemple : pression d'entrée 5 bars, pression au col : 5 x 0.58 = 2.9 bars. La vitesse de la vapeur au passage du col varie très peu ( 436 m/seconde à 1 bar, 450 m/seconde à 5 bars) avec l'augmentation de la pression. Le débit de vapeur est fonction de la pression vapeur et de la taille du col (voir tableau n°2)

3) Le DIVERGENT : Il est chargé de canaliser le flux de vapeur pour éviter un écoulement perturbé qui gaspillerait une grande partie de l'énergie. Sa forme conique permet à la vapeur d'occuper un volume de plus en plus important au fur et à mesure qu'elle se détend depuis sa sortie du col, jusqu'à la sortie de la tuyère qui se trouve à la pression atmosphérique.

Il reste donc à déterminer les dimensions du divergent avant d'attaquer la fabrication de la tuyère (je sens l'interrogation écrite arriver à grands pas !!!! )

Pour cela je trace d'abord sur du papier millimétré une ligne horizontale OB. A 240 mm de l'origine, je trace une perpendiculaire BA de 20 mm et pour finir je trace la ligne OA qui peut se prolonger au delà de A. Cette figure triangulaire de rapport 12/1 correspond à la conicité idéale du divergent, plus fermé (15/1 par exemple) la vapeur ne pourra pas s'expanser librement, plus ouvert (10/1 par exemple) la veine de vapeur risque de décoller de la paroi, entraînant un écoulement perturbé.

On va ensuite chercher le volume massique de la vapeur à la pression atmosphérique dans la table "propriétés de l'eau (région vapeur saturée)". A la ligne 1.0 (99.64°C) soit 1 bar absolu, 1 kg de vapeur occupe un volume de V = 1.694 m3
Puis on va chercher le volume massique de la vapeur correspondant à la pression au col de la tuyère, par exemple 3 bar relatifs (pour une pression d'entrée de 5 bars), à la ligne 4.0 (143.62°C) soit 3 bar relatifs, 1 kg de vapeur occupe un volume de V = 0.4624 m3

Entre le col de la tuyère et la sortie du divergent le volume de la vapeur a donc augmenté de 1.694/0.4624 = 3.66 fois. Il faut donc que l'aire de passage au col soit multipliée par 3.66 pour avoir l'aire de sortie du divergent. Pour un col de 1 mm de diamètre l'aire = 0.78 mm2, on en déduit l'aire de sortie du divergent 0.78 x 3.66 = 2.85 mm2 et donc le diamètre = 2 x racine carrée de 2.85/Pi = 2 x racine carrée de 0.907 = 1.90 mm de diamètre

On verra prochainement comment reporter ces valeurs sur la figure OBA pour obtenir la longueur du divergent

A bientôt

Oups !!!!
J'ai oublié de mettre le tableau "propriétés de l'eau (région vapeur surchauffée) tiré de l'ouvrage "principes de thermodynamique" de Jean-Charles Sisi



C'est un document très intéressant, on y voit notamment que, sous vide partiel à 0.5 bar absolu (81.35°C), un kilo de vapeur occupe 3.229 m3 contre 1.694 m3 à la pression atmosphérique, et à 0.1 bar absolu (45.84°C) 14.68 m3. On voit tout de suite le grand intérêt de faire échapper la vapeur dans un condenseur sous vide !!!!!

Ben dis donc, j'espère que l'interro ne viendra qu'après les vacances scolaires, que j'ai le temps d'assimiler tout ça !

Promis je vais tenter de m'accrocher. Quand je pense que ma tuyère devra attaquer le flan de ma turbine avec une incidence de 20° et que la section d'écoulement du jet de vapeur entre les aubes est un carré de 2 x 2mm, alors celle de la sortie du divergeant sera une ellipse  .... Aïe, aïe, aïe !

Pas tout à fait une ellipse, plutôt un tronc de cône. Tu aurais du commencer par fabriquer la tuyère ! Ceci dit ton travail d'usinage est vraiment remarquable et tu as du passer un sacré bout de temps a tailler ton morceau d'alu. Si tu adoptes une tuyère avec un col de 1 mm de diamètre et que ta pression de fonctionnement est de 5 bars, le diamètre de sortie sera de 1.9 mm ! Si tu fixes ta tuyère à 1 ou 2 dixièmes de millimètre du rotor, ça peut encore le faire. Si tu manques de puissance ajoute une deuxième tuyère mais il faut que la chaudière puisse fournir assez. Je te conseille vivement d'enfermer le rotor dans un carter ajusté au mieux afin de canaliser le passage de vapeur entre les aubes, sinon la vapeur aura tendance à se disperser sous l'effet de la force centrifuge. Il faut évidemment laisser à l'air libre le côté par où elle s'échappe. Je n'ai pas trop de renseignements concernant la distance idéale entre deux aubes, on peu juste retenir ceci : chaque passage d'aube devant la tuyère provoque une perturbation à l'écoulement régulier de la vapeur, il ne faut donc pas trop resserrer les aubes mais il ne faut pas non plus les espacer de trop car la distance qui augmente entre l'aube qui avance et la tuyère fait perdre beaucoup d'efficacité. Je ne pense pas que ce soit rédhibitoire si la distance entre deux aubes est inférieure à la longueur d'ouverture de la tuyère.
Cordialement

Bonjour et merci JPA pour ces renseignements.
Les aubes de ma turbine étant en forme de croissant, elles ne sont séparée sur le flan que par la pointe du croissant.
1,9mm ce serait au plus large ou au plus étroit du tronc de cône ?

Hello!
Encore du boulot pour l'hiver.
Ensuite, faut passer aux travaux pratiques.

1,9mm ce serait au plus large ou au plus étroit du tronc de cône ?

Si j'ai bien compris, tu fores à 1 mm, et tu fraises en cône jusqu'à 1.9 mm. Ce que je ne sais toujours pas, c'est la longueur de ce cône.
Il est aussi conseillé de bien polir l’intérieur de ce cône afin d'obtenir un écoulement le plus laminaire possible.
"Qui peut le plus, peut le moince", comme il disent dans le SO!

Cordialement.

JPA a écrit:
Le débit de vapeur (en kg/seconde ou en Newton/seconde), comme l'intensité (en Ampère) expriment la QUANTITE d'énergie.

On sait par expérience quel poids de vapeur peut passer par un orifice en fonction de la pression, c'est ce qui ressort du tableau n° 2. On peut l'exprimer en g/mm2/seconde (gramme par millimètre carré par seconde) ou en N/mm2/seconde (Newton par millimètre carré par seconde). Rappel : 1 kg = 9.81 Newton

Salut,
Désolé, j'ai peut-être bien l'esprit embrumé ce matin ou j'ai sauté une étape...

Je ne comprends pas ce que des newton viennent faire dans un débit massique... Comme son nom l'indique il s'agit de la quantité de vapeur, c'est à dire la masse de vapeur passée par l'orifice en 1 seconde. Une masse s'exprime toujours en grammes. Le Newton est une unité de force... Je ne vois pas la relation...

Marcel.

Ah, Ah, Ah, il y en a au moins un qui suit ! Content qu'il y ait un peu de réaction, je commençais à m'ennuyer dans mon trou, j'avais un peu l'impression de prêcher dans le désert !
Merci Rookie de rappeler cette notion fondamentale de masse exprimée en grammes qui défini une certaine quantité de matière et celle de poids exprimé en Newton qui défini une force.
Tu me rappelles quelqu'un qui était en cours avec moi à l'école de la marine marchande à St Malo, il avait pris l'habitude de toujours poser une question tordue à 5 minutes de la fin du cours. On a été obligé de le baîllonner pour ne pas rater le début du repas à la cantine !
Une masse (de vapeur dans notre cas) qui est déplacée sur une certaine distance fait l'objet d'un certain travail. Pour exprimer ce travail en unité légale, soit en Joule, il faut bien multiplier la masse par l'accélération du lieu où on se trouve (g = 9.81) pour trouver le poids(en Newton) que l'on va multiplier par la distance (1 Joule = 1N.m). Ce travail effectué par unité de temps nous donne la puissance (1 Watt = 1 J/seconde)
Maintenant comme tu aimes bien les précisions tu vas nous calculer la perte de puissance que l'on observe quand on oriente la tuyère vers le haut plutôt que vers le bas !

Pour répondre à Malevthi et à Kbio, le diamètre de 1.9 mm correspond bien au diamètre de SORTIE de la tuyère, celle-ci a un col de 1 mm de diamètre, la longueur du divergent = 11 mm (on verra bientôt comment la calculer). Toutes ces dimensions s'applique pour une utilisation à 5 bar de pression.
A bientôt

Que de travail pour traduire le document et prendre le temps de tout publier sur le forum, un grand merci à toi JPA
J'ai dans mes archives un article d'un MRB qui traite des turbines et de la buse d'injection de vapeur ,je scanne ça dés mon retour chez moi.
Je sais pas si je peux le publier sur le forum ,l'article à une vingtaine d'année. Si pas possible j 'enverrais le scan par Mail à JPA pour compléter son post.

Aux plaisirs de lire la suite

Scyllias

JPA a écrit:
Une masse (de vapeur dans notre cas) qui est déplacée sur une certaine distance fait l'objet d'un certain travail. Pour exprimer ce travail en unité légale, soit en Joule, il faut bien multiplier la masse par l'accélération du lieu où on se trouve (g = 9.81) pour trouver le poids(en Newton) que l'on va multiplier par la distance (1 Joule = 1N.m). Ce travail effectué par unité de temps nous donne la puissance (1 Watt = 1 J/seconde)
A bientôt

Désolé, comprends toujours pas...

Ce que tu expliques là est juste si le déplacement et la force sont sur le même vecteur... Travail nul si force (poids) perpendiculaire au déplacement...

J'aurais pensé que l'énergie du jet vapeur aurait été quelque chose comme E=( m x V x V)/2 et de là on pourrait calculer la puissance...

Ou je ne comprends pas ton approche...

Marcel.
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Je partage assez l'avis de Marcel pour les kilos et les newtons.
Une masse (en kilo) qui se déplace emmagasine une certaine quantité d'énergie.
L'attraction terrestre (g) sur la vapeur me semble si insignifiante qu'il me paraît inutile d'en tenir compte ici.
Là où les newtons pourraient intervenir, c'est dans la formule exprimant la force exercée par la masse de vapeur en déplacement contre les aubes.

Pour le diamètre 1,9mm, j'avais compris qu'il s'agissait de la sortie du cône. Mais dans le cas d'un cône coupé en biais, où prendre la mesure ?
Idem pour sa longueur de 11 : au plus court, au plus long, en moyenne des deux ?

Bonjour à tous,
Quand j'ai commencé cette rubrique je venais tout juste de découvrir le post de Scyllias sur "model steam turbine" et Kbio était en train de se lancer dans un projet de propulsion par turbine à vapeur. C'est pourquoi je me suis penché sur la question : comment faire une tuyère qui tienne la route ? Le fascicule "model steam turbine" comprend plus d'une centaine de pages dont une trentaine pour la tuyère, j'ai donc été au plus court pour pêcher à droite et à gauche les éléments qui me permettraient de fabriquer une tuyère. J'ai mis de côté le volet purement théorique pour ne tirer que les éléments qui me permettraient d'avoir une idée sur la conception et la réalisation du générateur de vapeur qui va avec. Les différents tableaux m'ont permis de cerner, en fonction des différentes pressions de service : le débit d'eau nécessaire pour faire marcher une chaudière type "flash steam", la surface évaporatoire du serpentin et bien sur les éléments nécessaires à la construction de la tuyère. Je vous promets des explications rigoureuses claires et précises quand j'aurais entièrement décortiqué la trentaine de pages consacrées à la tuyère, mais cela ne se lit pas comme un roman d'Agatha Christie, un détail parmi tant d'autres : l'accélération du à la gravité notée "g" et qui a pour valeur (chez nous) 9.81 est notée 32.2 chez nos amis d'outre-Manche car il s'exprime en pieds par seconde au carré ! Il faut le savoir et quand on voit se chiffre 32.2 dans une formule on peut dire qu'il s'agit de "g". Ce genre de difficulté se rencontre pratiquement à chaque ligne avec des unités aussi bizarre que des "pounds/square inch/seconde", encore heureux que les unités de temps soient les mêmes chez eux que chez nous. Ceux qui sont pressés de comprendre le pourquoi du comment peuvent toujours allez (se faire) voir directement sur le post de Scyllias !

Il nous reste donc à voir comment calculer la longueur du divergent :

1) On connait le diamètre du col de la tuyère, j'ai choisi 1 mm de diamètre car cela correspond à l'exemple de tuyère qui est donné dans le fascicule et 1.5 mm à condition d'avoir un générateur de vapeur suffisamment dimensionné (le diamètre est multiplié par 1.5 mais l'aire est multipliée pratiquement par 2, donc débit deux fois plus important !). Donc on connait l'aire pour 1 mm de diamètre = 0.78 mm2 et pour 1.5 mm de diamètre = 1.77 mm2
2)On peut en déduire l'aire de sortie de la tuyère : la pression d'utilisation est (par exemple) de 5 bars, on sait alors qu'à la sortie du col elle sera de 5 x 0.58 = 3 bars (2.9 b exactement) de pression relative. On va chercher dans le tableau "propriétés de l'eau" le volume massique, attention dans le tableau les pressions sont des pression absolues, il faut donc chercher à la ligne "4 b", et on trouve V = 0.4624 m3/kg pour la vapeur saturée, on peut chercher une autre valeur en région surchauffée si l'on connait la température de surchauffe.
On cherche ensuite le volume massique de la vapeur à la pression atmosphérique, le tableau donne, pour 1 bar absolu V = 1.694 m3/kg soit un volume 1.694/0.4624 = 3.66 plus important.
Il faut donc que l'aire de sortie (et non pas le diamètre) soit 3.66 plus importante que l'aire au col de la tuyère, soit : 0.78 x 3.66 = 2.85 mm2 ce qui donne un diamètre de : racine carré 2.85/Pi x 2 = 1.9 mm
Une tuyère dont le col a un diamètre de 1 mm aura donc un diamètre de sortie de 1.9 mm pour fonctionner à 5 bars
Même démarche pour la tuyère dont le col est de 1.5 mm de diamètre et 1.77 mm2 d'aire, 1.77 x 3.66 = 6.48 mm2 ce qui donne 6.48/Pi x 2 = 2.87 mm
Une tuyère dont le col a un diamètre de 1.5 mm aura donc un diamètre de sortie de 2.9 mm pour fonctionner à 5 bars
ATTENTION si la pression délivrée par la chaudière est différente de 5 bars il faut refaire les calculs !
3) Le cône du divergent doit avoir une pente de proportion 12/1, cette proportion a été déterminé par expérience. Nous tracerons donc sur une feuille de papier millimétrée une ligne horizontale OB de longueur 240 mm, en B on trace une perpendiculaire BA de hauteur = 20 mm. On trace ensuite la ligne OA, que l'on peut prolonger au delà de A selon les besoins. On a donc une figure triangulaire qui figure les génératrices d'un cône de proportion 12/1. La suite est facile à imaginer : on choisit une échelle, par exemple 10 mm sur le graphique = 1 mm en réalité, ceci afin d'avoir une précision suffisante. On choisit l'endroit sur la ligne OB où la perpendiculaire qui rejoint OA a pour valeur 10 mm (pour un col de 1 mm) et on cherche l'endroit où cette perpendiculaire a pour valeur 19 mm (pour une sortie de 1.9 mm de diamètre). La distance entre ces deux perpendiculaires correspond à 110 mm sur le graphique soit longueur du divergent = 11 mm.

Ci-joint sur le graphique : figure du bas pour une pression de 5 bars les valeurs pour tuyère de 1 mm et 1.5 mm au col et figure du haut pour pression de 8 bars. L'échelle pour col de 1.5 mm est de 5 mm pour 1 mm


Désolé pour le petit moment d'humeur mais la rédaction de cet article demande une attention soutenue !
Cordialement et à bientôt