Investigation of the fluid-structure dynamics during transient operation of Francis turbines - Tr-FRANCIS

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L'hydro-électricité représente 60% de la production électrique canadienne. Depuis environ 20 ans, le mode d'opération des turbines hydrauliques a évolué pour permettre de prendre en compte l'ouverture des marchés et l'introduction sur les réseaux de sources d'énergies intermittentes. Les turbines hydrauliques sont soumises à plus de démarrages et passent plus de temps dans des régimes sans charge pour fournir de la réserve tournante. Ces changements ont amplifié les problèmes de vieillissement structuraux se traduisant par une augmentation des problèmes de fissuration sur les aubes des roues engendrant ainsi des pertes de production et une augmentation des coûts d'entretien.Le Laboratoire de Machines Hydrauliques de l'Université Laval (LAMH) ainsi que les membres du Consortium en Machines Hydrauliques (ANDRITZ HYDRO Canada, GE Renewable Energy, VOITH Hydro, EDF et Hydro-Québec) ont décidé d'entreprendre le projet Tr-FRANCIS dont l'objectif est d'étudier les interactions fluide-structure lors des démarrages ou de l'opération en régime sans charge d'une turbine Francis. Ce projet précompétitif, subventionné aussi par InnovÉE, devrait permettre aux partenaires industriels d'optimiser la conception et l'opération des turbines Francis pour en accroître la flexibilité d'exploitation sans pénaliser leur durée de vie.Au travers d'une collaboration entre des chercheurs en hydrodynamique, en interaction fluide-structure et en vibration, l'objectif principal de Tr-FRANCIS est d' :"Identifier, décrire et paramétrer, par le biais de mesures et de simulations, les excitations induites par les écoulements qui influencent la durée de vie des roues de turbines Francis de moyenne chute pendant des séquences de démarrage et le fonctionnement à vide."Les recherches sont centrées autour d'une turbine Francis modèle représentant une turbine de 140 MW. Au travers d'innovations en mesures et en simulations, Tr-FRANCIS livrera un regard unique et nouveau sur les interactions fluide-structures dans le type de turbine le plus communément installé.