Réfection des avant-directrices : facteurs à considérer dans la prise de décision

Une inspection visuelle attentive peut fournir certains indices, comme des signes d’usure ou des dépôts présents sur les avant-directrices. Cependant, la première étape pour quantifier les gains potentiels est de réaliser des simulations numériques 3D.

Les calculs CFD,qui consistent à évaluer les écoulements de fluide, permettent d’identifier un éventuel problème et de qualifier son ampleur. Ils permettent aussi de prédire un gain de rendement attendu par une modification de la géométrie des avant-directrices.

Les modifications proposées ont un effet à la fois sur l’avant-distributeur et sur le reste de la turbine, puisque le débit sera réparti différemment autour de la roue; le rendement de l’aspirateur est aussi amélioré. Cet effet global pourra être confirmé par des validations sur modèle réduit et des tests spécifiques inclus au programme d’essais, lorsque ces derniers sont planifiés.

Comme les essais modèles sont coûteux, il convient de réaliser une analyse technico-économique avant de les entreprendre. Les coûts doivent prévoir un montant pour les relevés au site par un·e expert·e, les calculs CFD et FEA, la conception des plans aux échelles modèle et prototype ainsi que la fabrication du modèle et la mise en œuvre des modifications au site. L’arrêt du groupe et la perte de production peuvent aussi être considérés.

En contrepartie, il faut évaluer combien rapportera chaque pourcentage de rendement ajouté selon le prix marché de l’électricité sur la durée de vie de la centrale. Comme la plupart des coûts d’ingénierie et d’essais ne dépendent pas de la taille de la machine ou de la puissance produite, il est clair que les centrales ayant une puissance élevée, lesquelles auront des gains supérieurs, sont favorisées par ce type de projet.

Pour le côté technique, deux types de modifications sont généralement envisagées : les découpes et les extensions. Ces dernières peuvent être faites d’acier ou de composites, selon la situation et les options proposées par le manufacturier effectuant les travaux. Chacune de ces solutions comporte ses avantages et ses inconvénients.

Les extensions en acier sont lourdes à manipuler et requièrent la conception et l’installation d’un monorail temporaire. Elles doivent aussi être adaptées à la géométrie existante du bord d’attaque, souvent irrégulière, ce qui peut requérir des mesures laser et des essais avec modèles de bois. Ensuite, la chaleur générée par le soudage induit des contraintes dans l’avant-distributeur et doit être gérée. La soudure sur un avant-distributeur en fonte est déconseillée.

L’option d’une extension en matériaux composites implique une coque creuse légèrement plus flexible et facile à manipuler; elle pourrait mieux s’adapter à une géométrie inégale. Une extension en composite ne présente pas de risque de corrosion, mais elle nécessite l’utilisation de matériaux adéquats puisque certaines résines absorbent une plus grande quantité d’eau que d’autres. Si le cœur de l’extension est en résine, la chaleur générée lors du durcissement de celle-ci doit aussi être gérée adéquatement.

Les découpes d’avant-directrices impliquent l’enlèvement de matière au bord d’attaque ou au bord de fuite, par meulage manuel ou usinage. Les avant-directrices étant typiquement en tension lorsque la bâche est sous pression, il faut s’assurer que les contraintes restent acceptables si la structure est amincie localement. Il faut aussi faire attention de ne pas révéler les défauts de coulée qui se retrouvent fréquemment au centre des pièces.

Des enjeux de santé et sécurité existent dans tous les cas, en raison des dégagements toxiques en espace clos liés soit à l’utilisation de résine, de gaz de soudure ou de gougeage.

La modification des avant-directrices comporte plusieurs enjeux techniques qui doivent être analysés par un·e expert·e. Le gain de rendement hydraulique associé à ces modifications peut justifier ces travaux d’un point de vue financier. Ajoutons que le rendement de l’investissement s’avère plus important pour les groupes de grande puissance. L’étude technique nécessaire à la prise d’une bonne décision doit être complète et ne négliger aucun détail.