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Modélisation et analyse technico-économique de la cavitation et de la fissuration d'une roue de turbine hydraulique

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Lamothe, Thibaud (2018). Modélisation et analyse technico-économique de la cavitation et de la fissuration d'une roue de turbine hydraulique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

En 2017, l’ordonnancement des turbines électriques du parc machine d’Hydro-Québec est essentiellement réalisé sur critère de rendement. On observe que les turbines les plus sollicitées se dégradent plus rapidement et tombent plus souvent en panne. En effet, le coût global du cycle de vie n’est pas pris en compte. Nous nous proposons donc de réaliser une étude technico-économique sur les roues des turbines et d’étudier les stratégies de maintenance. Dans le cadre de cette analyse des roues de turbines et suite à une étude préalable réalisée au sein d’Hydro-Québec, deux modes de dégradation sont identifiés : la cavitation et la fissuration.

Après une présentation de l’outil informatique utilisé pour réaliser l’analyse, les deux modes de dégradations sont définis dans deux chapitres distincts. L’outil choisi pour cette étude est VME, développé par les équipes d’EDF R&D avec qui l’IREQ entretien de multiples collaborations. Son interface graphique permet d’inclure à la fois des indicateurs physiques et financiers. C’est ensuite par simulation de Monte-Carlo que les résultats sont générés.

Pour la fissuration, dans un premier temps c’est la physique du phénomène, l’origine des bris puis son impact sur la fiabilité qui sont présentés. Les conséquences de la maintenance sur la durée de vie des roues sont ensuite mises en avant présentant un modèle simplifié. La plus importante partie s’attache à présenter la construction du modèle numérique : c’est cinq sous-modèles qui sont détaillés avant d’être assemblés en une version finale. Enfin ce premier chapitre se conclut par une étape de vérification permettant de confirmer que les résultats sont en phase avec ce qui était attendu.

Pour la cavitation, c’est une brève revue de littérature qui explicite la physique du phénomène. Une seconde partie décrit un modèle de cavitation basé sur des observations simples et fidèles à la pensée des experts consultés. Ce modèle simple permet de relier une physique encore mal appréhendée aux coûts engendrés par la cavitation. La dernière partie décrit comment intégrer le modèle proposé dans VME et propose des pistes d’évolutions pour tendre vers un modèle plus précis.

Titre traduit

Technico-economic modelling of maintenance costs for hydroelectric turbine runners

Résumé traduit

In 2017, scheduling of Hydro-Quebec’s hydroelectric turbines was essentially determined according to their profitability. Nevertheless, the turbines most solicited degrade more rapidly and breakdown more often. In fact, the global cost of the complete lifecycle is not taken into consideration. This is why we propose to complete a techno-economic analysis of the turbine runners and to study maintenance strategies. In the context of this analysis and following a preliminary study previously completed by Hydro-Québec, two main degradation factors are identified : crack propagation and cavitation.

Once the software tool used to complete the analysis has been presented, the two degradation factors are defined in two distinct chapters. The asset management tool chosen is VME, developed by EDF R&D teams, with whom IREQ often collaborates. Its graphical interface allows both technical and economic indicators to be included. Afterwards, the results are generated by a Monte-Carlo simulation.

For crack propagation, first the physics of the phenomenon, the origin of the breakage and its impact on reliability are presented. The consequences of maintenance on the lifespan of the turbine runners are then explained via a simplified model. The most important aspect lies in the presentation of the digital model : it is composed of five sub-models, which are defined in detail prior to assembling them into a final version. Finally, this first chapter concludes with a verification step to confirm that the results are aligned with those expected.

For cavitation, a brief literature review explains the physics of the phenomenon. A second part describes a cavitation model based on observations which are simple and true to the opinions of the experts consulted. This model allows physics still poorly understand to be linked to the costs created by cavitation. The last part describes how to integrate the proposed model in VME and introduces paths of evolution to reach a more precise model.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de la production automatisée". Comprend des références bibliographiques (pages 107-108).
Mots-clés libres: turbines hydrauliques, maintenance (stratégies de), fissuration, cavitation, fiabilité, gestion d’actifs, valeur actuelle nette (VAN), Monte-Carlo (simulation de), probabilités conditionnelles, cycle de vie, scénarios, réparation, remplacement, coûts, bris, dégradation, défaillance, optimisation, aide à la décision, inspections, Kaplan-Meyer
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Tahan, Antoine
Codirecteur:
Codirecteur
Gagnon, Martin
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt: 09 avr. 2019 17:14
Dernière modification: 09 avr. 2019 17:14
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2268

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