Qu'est-ce qu'une turbine à vapeur?
Une turbine à vapeur est un appareil capable de convertir l’énergie thermique de la vapeur sous pression en mouvement rotatif. Ce mouvement rotatif est souvent utilisé dans les centrales électriques pour générer de l'électricité, bien qu'il puisse également avoir d'autres applications. Le principe de base des turbines à vapeur a été écrit pour la première fois dès le premier siècle de notre ère, alors que la turbine à vapeur moderne n’a été conçue qu’en 1884.
La première turbine à vapeur moderne a été conçue par Sir Charles Parsons. Il a été utilisé avec une dynamo pour générer 7,5 kW de puissance. Peu de temps après son invention, le dispositif a été principalement utilisé dans les centrales électriques du monde entier et à bord des navires de guerre. Les moteurs à vapeur alternatifs antérieurs étaient à la fois moins efficaces et plus difficiles à adapter pour une utilisation à bord des navires, nécessitant des systèmes compliqués plutôt qu'un simple mécanisme à entraînement direct.
Les turbines à vapeur utilisent le principe de la dilatation contrôlée de la vapeur sous pression. Chaque turbine peut être composée d’un certain nombre de turbines à impulsion et à réaction, chacune d’elles permettant à la vapeur de s’étendre et de faire tourner les aubes, ou seaux, à l’intérieur du dispositif. La plupart des turbines à vapeur utilisent ces deux variantes de concert, les turbines à impulsion fonctionnant sous haute pression et la basse pression étant utilisées pour les turbines à réaction. La différence entre les deux réside dans le fait que la variété à impulsions utilise une buse pour introduire de la vapeur à grande vitesse dans les rotors, tandis que les rotors des turbines à réaction sont eux-mêmes un type de buse.
La disposition des turbines à impulsion et à réaction dans une turbine à vapeur peut rendre le système très efficace. En utilisant à la fois des pressions élevées et basses et le fait que la vapeur fonctionne à chaque étape de son expansion, le processus peut rester hautement isentropique . Cela signifie simplement que l'entropie qui entre dans le système est similaire à celle qui sort. L’autre avantage de cette conception est que la rotation des turbines crée un mouvement rotatif, ce qui peut être idéal pour la production d’énergie et les pales tournantes ou autres mécanismes d’entraînement des navires.
Un grand pourcentage de toute l’énergie produite dans le monde utilise des générateurs à turbine à vapeur. Ils sont présents à la fois dans les centrales à combustibles fossiles et nucléaires, le premier brûlant du charbon ou du mazout pour chauffer de l'eau à la vapeur et le second utilisant une réaction de fission nucléaire pour générer de la vapeur. De plus, une partie de l'énergie est générée à l'aide d'un processus appelé énergie solaire focalisée . Ce type de centrale peut utiliser le soleil pour produire de la vapeur qui peut ensuite faire tourner des turbines à vapeur.