Analyse modale opérationnelle des roues de turbines hydroélectriques par l’étude de régimes transitoires

Résumé

Depuis plusieurs années, l’intermittence des sources de production solaires et éoliennes a poussé les exploitants à utiliser les turbines comme des moyens de production palliatifs, servant de stabilisateurs du réseau. Les turbines se prêtent particulièrement bien à cette mission car ce sont des installations très agiles, qui ont des capacités de modulation de production rapide et des procédures de démarrage/arrêt simples. Cette nouvelle utilisation des roues hydroélectriques implique un fonctionnement bien souvent hors de leur régime optimal, associé à de nombreuses phases transitoires. En conséquence, la capacité des turbines à jouer le rôle de stabilisateur est à pondérer par une dégradation accélérée des installations. Cette dégradation par fatigue peut s’accompagner d’une perte de fiabilité des modèles numériques. Pour remédier à la détérioration des performances numériques, une idée repose sur l’exploitation de mesures expérimentales réalisées sur des prototypes opérationnels. Ces mesures contiennent de l’information sur le comportement réel de la machine. Correctement traités, les signaux délivrent une estimation fiable des propriétés mécaniques et du comportement de la roue dans certains régimes particuliers. Ces axes de réflexion ont mené au développement de différents projets de recherche à HydroQébec, dont les plus notables sont les projets PREDDIT (Prédiction de la Dégradation et Diagnostic Intégré des Turbines) et THAUR (Turbines Hydroélectriques Adaptées à leur Utilisation Réelle). En collaboration avec Andritz et l’IREQ, les travaux décrits dans ce mémoire s’intègrent dans la continuité de ces projets, et se concentrent sur le développement d’une méthodologie pour l’identification des paramètres structuraux caractérisant le comportement dynamique des roues de turbine lorsqu’elles fonctionnent en régime transitoire. L’objectif pratique est d’estimer la réponse modale de la machine, afin d’accéder aux paramètres modaux réels et à leurs incertitudes. La méthodologie repose sur l’analyse des résonances synchrones générées par les harmoniques de la vitesse de rotation. Ces résonances sont extraites par des algorithmes de suivi d’ordre synchrone, puis caractérisées à l’aide d’outils d’analyse modale opérationnelle. Il s’est avéré que les outils d’identification bayésiens sont bien adaptés au traitement des données. Un travail de réflexion a également été mené sur l’usage des paramètres expérimentaux, et sur le développement de modèles hybrides plus précis. Les résultats ont servi d’outils de validation pour les modèles numériques, et de moyen de calibration pour préciser les estimations de vitesse critique. La finalité du projet repose sur l’obtention de niveaux de chargement plus précis, afin d’améliorer la prédiction de l’état de fatigue des roues.

Date	15 déc. 2021
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Antoine Tahan (Directeur(-trice)) & Jérôme Antoni (Codirecteur(-trice))