Analyse modale harmonique des roues de turbines hydroélectriques par l’étude des régimes permanents

Résumé

La nouvelle réalité d’utilisation des turbines hydroélectriques comme régulateur de réseau et les récents mouvements de valorisations de la donnée justifient les efforts actuels de développement de jumeaux numériques dans le domaine. L’exploitation des données d’opération des turbines est au cœur du mouvement. En effet, des outils de surveillance permettent de réaliser, en temps réel, le diagnostic sur l’état des groupes. Les deux principaux modes de défaillance des roues des turbines Francis sont la fatigue et la cavitation. Le calcul de leur durée de vie en fatigue est tributaire de l’état initial des micro-défauts sur la surface des aubes dans les zones du raccordement à la couronne et à la ceinture, et aussi de leur historique de chargement. De plus, les outils de conception par simulation numérique gagnent encore à être validés à l’aide de données expérimentales. La caractérisation des comportements dynamiques dans un groupe turbine-alternateur par l’analyse modale en opération est toujours d’actualité en recherche. Les travaux de ce mémoire s’inscrivent sous la thématique de l’identification modale des roues de turbines hydroélectriques en régime stationnaire. Le projet est en collaboration avec l’IREQ (Hydro-Québec) et Andritz Hydro. Le mémoire présente une revue de littérature succincte sur le comportement dynamique des roues, les méthodes d’identification modale et leurs incertitudes. La méthodologie proposée repose sur l’analyse des harmoniques synchrones de la roue telles que mesurées par des jauges de déformation, en retenant l’hypothèse que chaque harmonique excite un groupe précis de modes vibratoires. Trois grands volets techniques sont explorés: la modélisation de la réponse de la roue à une excitation périodique, l’identification de systèmes sous le formalisme bayésien et l’analyse modale opérationnelle. Des biais sur la méthode telle que l’omission des excitations stochastiques et de l’amortissement dans le modèle ont été identifiés. Des limites d’identifiabilité au niveau des différentes périodicités d’excitation et de la quantité de modes considérés ont également été identifiées. Des connaissances supplémentaires sont à acquérir, entre autres, sur la séparation des composantes stochastiques et périodiques de signal, sur l’amortissement des turbines et sur les outils de sélection de modèles.

Date	19 nov. 2023
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Antoine Tahan (Directeur(-trice)) & Jérôme Antoni (Codirecteur(-trice))