Advanced ultrasonic inspection technologies applied to the welded joints of hydraulic turbine runners

Résumé

En raison de l'importance des coûts de production d'énergie, il est essentiel de réduire les arrêts inutiles ou imprévus des équipements de production d'énergie. Hydro-Québec, une importante société de production d'énergie, utilise des modèles pour estimer la durée de vie des aubes de turbine afin d'éviter les arrêts susmentionnés. Pour ces modèles, les caractéristiques des défauts dans les aubes sont l'une des données les plus importantes. Les techniques d'essais non destructifs (END) étant utilisées pour caractériser ces défauts, il est important d'évaluer la fiabilité de ces méthodes et d'identifier celles qui pourraient fournir de meilleurs résultats d'inspection. Le projet actuel vise à fournir à l'IREQ des données fiables sur la performance des méthodes END servant à évaluer les défauts (mesurés et simulés) pour leur modèle d'estimation de la durée de vie. En augmentant la précision des estimations de la durée de vie, Hydro-Québec sera en mesure de minimiser le nombre d'arrêts et donc de réduire les coûts de production d'électricité. Malgré toutes les études précédentes, il existe un besoin essentiel d'étendre les connaissances sur la détectabilité des défauts de soudure dans les joints de soudure des roues de turbines hydroélectriques. Cette recherche s'inscrit dans le cadre d'un programme visant à mieux comprendre les performances de la technologie de contrôle par ultrasons pour l'inspection des zones soumises à de fortes contraintes dans les joints soudés de roue Francis. Dans cette recherche, nous allons d'abord essayer d'étudier en profondeur la capacité des technologies avancées d'inspection par ultrasons pour les aubes de turbines hydrauliques. L'inspection de l'échantillon d’une maquette de joint en T a été effectuée par différentes méthodes de contrôle non destructif (CND), à savoir l'écholocation conventionnelle (UT), le réseau phasé (PAUT) et la méthode de focalisation en tous points (TFM). Avec ces résultats, les taux de détection ont été obtenus afin de comparer l'efficacité de chaque méthode. Dans un deuxième temps, la fiabilité des différentes méthodes de CND (UT, RT- radiographie, PAUT, et TFM) dans la détection des défauts dans les composants soudés a été étudiée à l'aide d'une approche statistique basée sur la probabilité de détection (POD). Les différentes techniques d'inspection ont ainsi pu être comparées sur la base d'une POD de 90% (a90) afin de déterminer quelle est la taille de défaut qui peut être détectée de manière fiable. La première et la deuxième étape traitent de l'efficacité du contrôle par ultrasons appliqué à une maquette constituée de plaques en SS415 et soudée avec les mêmes matériaux et selon la même procédure. Enfin, la démonstration sur une roue de turbine réelle utilisant les techniques permettant d'obtenir les POD les plus élevées a été expérimentée. La conclusion est qu’une stratégie d'inspection double pourrait être mise en œuvre après la fabrication ou pendant l'inspection en service avec des inspections en deux passes pour améliorer l'évaluation de l'aptitude au service des aubes de turbine hydraulique. La première passe consisterait en l'utilisation de PAUT avec un réseau conventionnel alors que la deuxième passe serait basée sur l'utilisation du TFM. La PAUT a montré une excellente sensibilité aux défauts volumétriques et planaires tandis que la TFM fournit une dimension plus précise des défauts. Cette double stratégie d'inspection vise à augmenter la fiabilité de l'inspection par ultrasons, ce qui permet de réduire les coûts et d'améliorer la fiabilité des roues de turbines hydrauliques. Les données collectées sur la turbine réelle ont ouvert une nouvelle opportunité pour améliorer le développement des procédures de CND. Cette nouvelle approche démontre comment le TFM peut permettre d’optimiser le processus de qualification d’une procédure d'inspection basé sur la POD. La méthodologie proposée est axée sur une approche non destructive de dimensionnement des défauts basées en grande partie sur les examens TFM comme méthode pour obtenir de l'information sur la taille réelle des défauts. Cela permet de tracer les courbes POD sans avoir recourt aux essais destructifs qui sont couteux à réaliser et qui détruisent de manière irrémédiable les spécimens. Notre travail est centré sur une roue de turbine réelle en utilisant diverses configurations de réseaux ultrasoniques pour caractériser les défauts. Le développement d'une méthodologie d'inspection des aubes de turbines hydrauliques nous aide à mieux mesurer la taille des défauts utilisés dans le modèle d'évaluation de la fatigue. Les résultats de cette recherche seront également utilisés pour améliorer l'évaluation de l'aptitude au service des aubes de turbines hydrauliques après la fabrication ou pendant les opérations d'inspection en cours de vie utile.

Date	15 févr. 2023
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Martin Viens (Directeur(-trice)) & Gilles Rousseau (Codirecteur(-trice))