Traiter les problèmes de perte de pression et de fuite d'huile interne des turbines Kaplan et l'impact sur l'efficacité

Rendement

La figure ci-dessous contient le graphique d’un essai de référence d’une turbine Kaplan. Ce graphique présente des courbes de rendement pour plusieurs positions de pales différentes (courbes en pointillées appelées hélices partielles) ainsi qu’une courbe pleine, appelée courbe de conjugaison, représentant la position optimale des pales en fonction de la position des directrices afin d’optimiser le rendement de la turbine. Pour optimiser la productivité, les pales doivent suivre constamment la courbe de conjugaison, ce qui exige que l’angle des pales de la turbine soit ajusté par le système hydraulique en fonction de la position des directrices.

Rentabilité

Une fuite d’huile du système régulant la position des pales peut entraîner une mauvaise position angulaire des pales, générant ainsi, par exemple, une perte d’efficacité de 1 % par degré de déviation. En effet, la position des pales ne respecte alors plus la courbe de conjugaison. Ceci peut également entraîner une cavitation accrue, des vibrations plus intenses et un vieillissement accéléré des pièces de la turbine. On peut d’ailleurs observer la réduction d’efficacité dans la Figure 1 ci-dessus : pour une augmentation donnée de la puissance relative produite, l’efficacité régresse, car elle suit alors une courbe d’hélice partielle. Sachant qu’une turbine Kaplan peut produire jusqu’à 200 MW, on peut par exemple évaluer l’ampleur de la perte financière pour une turbine Kaplan de puissance moyenne, soit 50 MW, dont le taux d’efficacité atteint 92 % à puissance maximale. Posons l’hypothèse que le coût de l’électricité se situe à 0,08 $/kWh et que le facteur d’utilisation de la turbine atteint 0,75 en raison de l’eau disponible et des besoins sur le réseau. La perte financière atteint alors 262,800 $ par degré de déviation par année :

Autres problèmes de maintenance

Les problèmes d’efficacité sont un des nombreux résultats de problèmes liés aux fuites d’huiles. Dans certain cas, le problème de fuite d’huile n’engendrera pas de problème de positionnement des pales de roues. Par contre, il pourra engendrer d’autres types de défectuosités tels que :

• Fuite d’huile dans l’environnement;
• Détérioration des pièces mécaniques et des mécanismes;
• Cavitation à la surface des aubes de la turbine;
• Activation de différents dispositifs de protection empêchant l’opération et le démarrage du groupe turbine/alternateur;
• Réduction dangereuse de la pression d’huile dans le circuit de commande des directrices;Usure des pièces causée par le mouvement constant des servovalves, des servomoteurs de directrices et des pales de roue pour pallier aux fuites d’huile.

Certains problèmes peuvent entraîner la défaillance complète du système après un certain temps, engendrant du même coup de coûteuses remises en état non planifiées, alors que d’autres problèmes peuvent exiger des activités de maintenance non planifiées.

D’un examen à faible coût à des économies importantes

Il est possible de réaliser à faible coût des examens qui peuvent produire rapidement un rendement positif sur le capital investi. Cependant, les exploitants hésitent souvent à investir dans le dépannage, car il n’est pas toujours facile de quantifier les bénéfices lorsque le problème est identifié. Il devient par contre évident lorsque le problème s’aggrave de déterminer son incidence sur la performance de la turbine, dans le but de décider si une réparation est économiquement viable ou à quel moment elle pourrait le devenir. Un tel examen permet aussi aux propriétaires d’optimiser la durée de vie du circuit hydraulique haute pression et des autres composants exigeant des remises en état planifiées afin d’établir un plan d’atténuation et de s’assurer de la disponibilité des pièces de rechange.

La localisation d’une fuite est souvent une tâche ardue. Les systèmes hydrauliques sont sujets à plusieurs types de fuites. Il importe d’appliquer une approche itérative afin d’éliminer graduellement chaque possibilité telle que:

• Régulateur de vitesse;
• Pompe et composantes de l’unité hydraulique (HPU);
• Joints d’étanchéité et composantes de la tête d’huile;
• Joints d’étanchéité des pales de la roue;
• Localisation du problème à l’aide d’instruments ajoutés au système hydraulique;

L’équipe de BBA a acquis une solide expertise en la matière, ayant participée, en centrale et à distance, à l’investigation et à l’identification de différents types de problèmes de fuite d’huile sur des systèmes d’activation hydraulique de pales de turbines de type Kaplan.. Notre méthodologie éprouvée permet aux clients de maximiser le taux d’utilisation et la rentabilité de leur équipement existant.