Journée Hydro Dynae du 26 septembre Investigations à charges partielles Grenoble, 08 09 2013 F.André

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1 Journée Hydro Dynae du 26 septembre Investigations à charges partielles Grenoble, 08 09 2013 F.André

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3 © ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited. Presentation Title - Presenters Initials - dd mmm yyyy - P 3 Introduction Nous présentons ci-après deux exemples dinvestigations à charges partielles dont linstrumentation se distingue de lapproche classique basée sur les fluctuations de pressions/vibrations : => une analyse de lorigine de fluctuation de puissance sur une Francis avec instrumentation de larbre en torsion => une analyse des contraintes dynamiques dans la roue par mesures embarquées

4 © ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited. Presentation Title - Presenters Initials - dd mmm yyyy - P 4 Agenda Topic 1Introduction Topic 2 Fluctuations de puissance à charge partielle sur une Francis Topic 3Instrumentation embarquées en contraintes Topic 4Conclusion

5 © ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited. Presentation Title - Presenters Initials - dd mmm yyyy - P 5 Fluctuations de puissance à charge partielle sur une Francis Description de linstallation : Chute moins de 100mCE Puissance moins de 100MW Objet de lintervention : Il sagit de déterminer lorigine de fortes fluctuations de puissance observées sur une turbine Francis à charge partielle ainsi que leur corrélation avec les fluctuations de pression. Le plan dessai comporte également des essais daération (qui ne seront pas développés ici). Le but étant dévaluer la possibilité détendre le domaine de fonctionnement.

6 © ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited. Fluctuations de puissance à charge partielle sur une Francis Description de linstrumentation Rotor alternateur turbine Mesure par jauge + télémesure Mesure de puissance Mesure de pression bâche et aspirateur

7 © ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited. Fluctuations de puissance à charge partielle sur une Francis A 38% de charge on note de fortes fluctuations de puissance active (>6% de Pmax) Lanalyse spectrale de la Puissance Active montre une émergence à lordre 0.29 de la rotation => torche de charge partielle On note également une émergence à ~0.5f0 plus surprenante… 1eres observations sur une prise de charge :

8 © ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited. Presentation Title - Presenters Initials - dd mmm yyyy - P 8 Fluctuations de puissance à charge partielle sur une Francis Analyse basée sur les fluctuations de pression seule Analyse incluant linstrumentation de larbre en torsion En pratique à partir des mesures sites on a : H # Pbache –moy(Pcones) (meilleure estimation disponible) H # Zamont- Zaval (relevés statiques ) Dans notre exemple il ny avait que 2 capteurs dans le cône et lestimation de la fluctuation de chute nette est très approximative car on ne peut séparer correctement la partie en phase de la partie tournante. En théorie, à régime stabilisé, pour la composante continue, ces différents transferts devraient valoir…1 (au rendement prés pour le transfer 2) => Les fluctuations de pression sont la source des fluctuations de puissance (vision classique) => On sépare les contributions

9 © ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited. Fluctuations de puissance à charge partielle sur une Francis La première fréquence propre de larbre en torsion est à~6f0 (~20Hz) => la torche est suffisamment éloignée pour quon puisse appliquer la mécanique statique Puissance active turbine Couple sur larbre Fluctuation de pression dans le cône La trace de la torche est visible sur les trois signaux…trivial :lexcitation est la torche Le transfert entre fluctuation de pression et fluctuation de couple est complexe … nous nous concentrerons sur le transfert couple / Puissance active

10 © ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited. Presentation Title - Presenters Initials - dd mmm yyyy - P 10 Fluctuations de puissance à charge partielle sur une Francis Fonction de transfert Puissance active / Pmeca On construit une voie de calcul : Pmeca =2xPi x f0 x Cm avec F0 fixe dans notre exemple Sur la prise de charge on obtiens une cascade de FRF dont le module représente le ratio Pactive/Pmeca On note la proximité de la torche et dune amplification À ~0.5xf0

11 © ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited. Fluctuations de puissance à charge partielle sur une Francis Lamplification à ~0.5f0 évolue légèrement avec la charge (légère « rigidification ») mais la FRF est globalement très stable Il sagit dun phénomène bien connu des alternatoristes ; une résonance qui ne met pas en jeux une énergie de déformation élastique mais des forces de rappel électromagnétiques. On note toutes les propriétés dune résonances (rotation de phase cohérence à 1) En prenant la moyenne des FRF sur la zone de torche on obtiens un Module de FRF plus « lisse » Le facteur damplification max est de 6.3 En statique on retrouve le rendement

12 © ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited. Presentation Title - Presenters Initials - dd mmm yyyy - P 12 Fluctuations de puissance à charge partielle sur une Francis Conclusion sur cet exemple : Les fluctuations de puissance sur cette installation sont la conséquence dune excitation par la torche dun mode propre faisant intervenir une raideur dorigine électrique. Les niveaux de fluctuations de puissance active seront donc fonction non seulement des amplitudes de fluctuations de pression mais aussi de leur fréquence (de lécart de fréquence par rapport à la fréquence propre électrique)=> il est possible de baisser les fluctuations de pression mais daugmenter les fluctuations de puissance ! Quelle aurait été la conclusion si nous avions comparé les fluctuations de pression adimensionnées de cette installation avec celles dautres machine hydrauliquement proche ? Cet exemple montre à quel point il est simple didentifier lorigine dune excitation comme la torche sur les fluctuations de pression et en même temps quelles peuvent donner une image distordue de lorigine du problème. Quid de linfluence du sigma ? Influence sur la fréquence et la forme de la torche…cas dun groupe voisin qui démarre