Les machines à vapeur (Sciences & Techniques)

« cylindre.

Dans les centrales thermiques traditionnelles, la chaleur est en général produite par la combustion ducharbon ou du pétrole.

Dans les centrales nucléaires, elle est produite par des réactions issues de la fissionnucléaire. Le double effet Dans une machine à vapeur simple, la vapeur n'agit que sur un des côtés du piston.

Mais, dans la plupart desmachines, les deux côtés sont utilisés pour produire de l'énergie mécanique.

En premier lieu, la vapeur est admised'un côté du piston, le poussant en avant.

Dans un second temps, la vapeur est admise de l'autre côté, poussant lepiston en sens inverse.

Ce type de moteurs est donc appelé "à double effet".

Le cycle commence lorsque la vapeurentre dans le cylindre par un orifice d'entrée.

L'orifice se ferme alors et la vapeur se détend, agissant sur le piston.Puis la vapeur entre par l'autre côté du cylindre, forçant le piston à le parcourir en sens inverse.

La vapeur dupremier côté sort par un orifice d'échappement.

La vapeur est envoyée alternativement à chaque côté du cylindreet le côté opposé est automatiquement vidé ou rempli par la vapeur.

Le cycle entier constitué par ces différentstemps est contrôlé par une seule soupape en forme de D.

Cette pièce va et vient pour réguler la fermeture etl'ouverture des orifices d'entrée et d'échappement.

En revanche, les grandes machines ont des soupapes séparéespour chacun des côtés du piston. Le vilebrequin La translation alternative du piston est transformée en rotation grâce à la présence d'un ensemble constitué par unebielle et un vilebrequin.

La bielle a pour effet d'actionner une grande roue (le "volant") qui transmettra sa forcesuivant l'utilisation.

On utilise un vilebrequin (en forme de manivelle) quand le moteur comprend plusieurs pistons.Chaque piston transmet son mouvement au vilebrequin par le truchement d'une bielle et crée les conditions dumouvement rotatif. Lorsque la vapeur se détend dans un cylindre, sa température baisse.

On peut remarquer un phénomène similairelorsque l'on utilise une bombe aérosol.

L'expansion du gaz propulseur refroidit le récipient.

Dans une machine àdouble effet, la détente de la vapeur refroidit le bout du cylindre où la vapeur est prête à pénétrer.

Si la vapeursubit une forte détente, le refroidissement crée une perte de chaleur excessive.

Ces déperditions peuvent êtrecompensées par une surconsommation de combustible, mais au détriment de l'efficacité de la machine.

On peut êtreamené à réduire la différence de température en limitant tout simplement la pression de la vapeur entrant dans lecylindre. Ainsi, il se produit une expansion de moindre ampleur.

La puissance de la machine s'en trouve cependant diminuée. Les machines compound On peut résoudre ce problème de puissance en laissant la vapeur se détendre dans des cylindres à pressionsdifférentes. En sortie du cylindre à haute pression, la vapeur passe alors dans un cylindre à basse pression où elle subit unedernière détente.

Les machines à triple expansion sont des machines munies de cylindres haute, moyenne et bassepression.

Elles furent utilisées fréquemment sur les bateaux. Les machines à simple flux Ces machines ont été conçues afin de réduire les pertes de chaleur par l'abaissement des échanges de températuredans le cylindre.

La vapeur est admise à une extrémité du cylindre et, après avoir agi sur le piston, est évacuée parun orifice d'échappement placé au milieu.

Ainsi, le cylindre reste relativement chaud aux extrémités et plus froid aucentre, là où il est en contact avec la vapeur en expansion.

Il n'y a donc pas de différences de températureimportantes, en conséquence de quoi les pertes de chaleur sont particulièrement minimisées. Les turbines La principale pièce en mouvement dans une turbine est le rotor, sur lequel sont fixées des aubes (ailettes trèsrapprochées).

Le rotor est placé dans un carter muni d'aubages fixes destinées à diriger le flux de vapeur. Le rotor tourne sous l'action de la vapeur à haute pression.

Celle-ci possède alors un fort potentiel énergétique,mais il n'est pas facilement utilisable.

Pour un transfert maximal d'énergie, les aubes doivent tourner à la moitié de lavitesse de la vapeur.

Cet optimum est difficile à obtenir et la perte énergétique, peut être importante.

Un moyen desurmonter la difficulté consiste à utiliser plusieurs jeux d'aubes ensemble. On réduit la pression totale en la distribuant sur ces jeux multiples.

Dans certaines turbines, la vapeur quittant unjeu d'aubes est dirigée vers un deuxième, puis un troisième. Les turbines marines. »