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Hydro business Réhabilitation et maintenance des vannes Dans le précédent numéro d’Hydro News, nous avions parlé des différents aspects des modernisations des turbines radiales, puis présenté un cas d’étude: l’augmentation de performance de la centrale de La Villita. L’article suivant aborde la spécificité de la réhabilitation et de la maintenance des turbines. Fig. 1: Exemple d’une centrale inondée suite à la rupture d’un joint Fig. 2: Exemple d’analyse par élément fini (FEA) réalisée pour certifier l’étanchéité du joint lors de la révision d’une vanne papillon Les vannes de garde et d’isolation servent habituellement lors des fonctions transitoires et d’attente, c’est pourquoi elles ne bénéficient pas de la même attention que les autres éléments de la turbine en ce qui concerne les travaux 8 Hydro news de maintenance et de révision. Cependant, en tant qu’élément clé du système de sécurité de la centrale, leur intégrité mécanique et leur fiabilité doivent être contrôlées avec la même attention que pour la turbine. En effet, dans une certaine mesure, la rupture des composants de vannes, comme par exemple un joint de vanne, peut avoir des conséquences catastrophiques, telles que l’inondation d’une centrale. (Fig. 1) Pour mieux évaluer le rôle et l’importance des vannes de garde et d’isolation dans une centrale hydroélectrique, leurs diverses fonctions doivent être clairement spécifiées lors de la conception du système de sécurité de la centrale, comme par exemple: • protection en cas de rupture de conduite forcée • isolation de la turbine de manière à pouvoir effectuer sa révision ou sa réhabilitation • interruption du débit en cas de défaillance du distributeur ou de l’injecteur Les principaux problèmes ou défaillances des vannes sont: • les fuites du joint principal • les fuites ou les défaillances du joint de révision (Fig. 2) • l’usure mécanique sur les paliers, les arbres, les manchettes et les joints métalliques • l’usure anormale ou l’abrasion des éléments de joints causées par des particules abrasives contenues dans l’eau • l’incapacité de fermer la vanne due à des frictions de paliers excessives. Avec le temps, les frictions excessives sur les paliers des pièces rotatives ou le bouchon causées par le sable, la craie ou les autres dépôts diminueront la fiabilité de Fig. 3: Usinage sur site des axes d’une vanne papillon la fermeture en cas d’urgence. • Ceci peut être le cas si les vannes restent dans la même position durant une longue période • difficultés lors de l’ouverture dues à une pression inégale des deux côtés de la vanne. Cette situation se produit particulièrement dans les turbines Francis, lorsque la vanne de bypass n’est pas conçue de manière adaptée par rapport au jeu du distributeur, particulièrement en cas d’usure extrême • les fuites de servomoteurs. Adéquation de la conception d’une vanne lors de nouvelles conditions d’utilisation Les changements apportés aux marchés de l’énergie ont eu des conséquences sur le fonctionnement des centrales; celles qui étaient à l’origine prévues pour opérer en continu, avec seulement 1 à 3 séquences de démarrage par jour, peuvent avoir expérimenté une modification drastique de leur régime d’opération. Il n’est pas rare que certaines centrales opèrent avec plus de 10 séquences de
démarrage par jour, provoquant des cycles de charge additionnels qui n’étaient pas pris en considération lors de la conception d’origine des vannes. Un temps d’utilisation prolongée, ainsi qu’une fatigue due au cycle bas peuvent provoquer des fissures, mettant en danger l’intégrité des vannes et, par conséquent, de la centrale. Dans de tels cas, une évaluation en profondeur des composants, comprenant au minimum une inspection sur site, une analyse par élément fini (FEA) et une analyse de vie résiduelle (RLA), doit être réalisée. Suite à l’augmentation de performance d’une turbine par l’augmentation du débit, les vannes doivent être réévaluées en ce qui concerne leur fonctionnalité. L’augmentation de la pression, la puissance du servomoteur et le contrepoids de la fermeture doivent être vérifiés. Les ancrages des vannes doivent aussi être évalués. Etude d’un cas: El Infiernillo Les deux vannes papillon de la centrale d’El Infiernillo ont été fournies en 1970 par Escher Wyss. Suite à des problèmes de fuites des servomoteurs et à des problèmes avec les paliers, les vannes papillon ont été réhabilitées. A l’exception des joints inoxydables et de la révision des cylindres hydrauliques, les axes ont été usinés pour recevoir des paliers autolubrifiants, à la place des paliers lubrifiés à graisse existants. Comme les vannes papillon ont un diamètre de 4'900 mm et un disque d’un poids de 52 tonnes, il n’était pas possible de démonter les vannes et de les amener en atelier pour y effectuer les travaux de révision. C’est pourquoi les axes ont été usinés Fig. 4: Révision en atelier d’une vanne sphérique avec servomoteur torique sur site en position ouverte (Fig. 3), pendant que les douilles de support étaient retirées des deux moitiés du corps de la vanne et envoyées en atelier pour une révision. La rénovation et la modification de grandes vannes d’isolation demandent une expertise complète et des délais de travaux très précis. En quelques semaines, les anciennes vannes sphériques, les vannes annulaires lisses ou les vannes papillon étaient à nouveau en opération, après avoir bénéficié d’une augmentation de puissance, et prêtes pour un nouveau cycle de vie. La solution optimale entre la révision de base et la modernisation des composants doit être étudiée attentivement. L’utilisation de nouveaux matériels améliorés, d’une plus grande résistance à la cavitation, la corrosion et l’abrasion, améliore la fiabilité fonctionnelle de la vanne. Selon les conditions d’opération et la qualité de l’eau, une révision complète des grandes vannes et de leur système de contrôle est nécessaire tous les 20 ou 30 ans. Dans tous les cas, Andritz VA TECH HYDRO peut effectuer les expertises suivantes: • évaluation de l’état des composants • Etude d’ingénierie (FEA, RLA, Transitoire) • Recommandation concernant la fréquence et l’étendue des travaux de révision • Amélioration de la conception des vannes et de leur système de sécurité Caractéristiques techniques: Diamètre: 4’900 mm Chute: 160 m P x D: 8 barm • Révision (Fig. 4) et essais (Fig. 5) en atelier • Services sur site comprenant l’usinage. Christophe Michaud Tél. +41/21 925 7708 christophe.michaud@vatech-hydro.ch Fig. 5: Essais en atelier d’une vanne sphérique Hydro news 9
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