Etude de cas d’utilisateur :
Maple réduit considérablement le temps d’immobilisation des turbines á vapeur en améliorant les tests ultrasoniques des aubes de rotor

Rotek, la filiale maintenance d’Eskom, le fournisseur public d’électricité d’Afrique du Sud, utilise Maple, le logiciel de calcul technique de Maplesoft, pour concevoir un modèle complet de simulation de pré-inspection ultrasonique des aubes de rotor des centrales électriques. La réduction des temps d’immobilisation revêtant une importance vitale pour les centrales électriques, Maple permet d’effectuer des inspections plus rapides et plus précises qu’on ne l’aurait jamais imaginé.

Les turbines récupèrent l’énergie contenue dans la vapeur pressurisée, utilisée pour générer le mouvement rotatif de la turbine qui entraîne alors le générateur électrique. La turbine á vapeur comporte trois parties distinctes : haute pression, basse pression et pression intermédiaire. En fonctionnement, les lames de la turbine de la zone basse pression figurent parmi les composants les plus exposés de la machine. Un élément crucial (et zone des plus vulnérables), c’est la racine de la lame, partie de la lame de turbine reliée au rotor. Ces lames sont soumises á d’énormes forces centrifuges pendant le fonctionnement de la turbine, notamment lors du démarrage et de l’arrêt de la machine, et la force constante peut finir par endommager la lame. Le plus fréquent, c’est une première fissure de la racine la lame susceptible de se propager plus en profondeur dans celle-ci. Il est par conséquent indispensable d’inspecter régulièrement les aubes, et plus particulièrement les racines des lames, et de les entretenir.

Les lames de turbine doivent être inspectées in situ (c’est-á-dire en position), car leur démontage aux fins d’inspection prend beaucoup de temps. L’examen s’avère cependant complexe en raison de leur emplacement, de la complexité de leur forme, des points d’accès d’inspection limités et des différentes surfaces de rotor et d’aube sur lesquelles installer les outils d’inspection. Cette inspection doit être parfaitement planifiée pour éviter les temps d’immobilisation inutiles de la machine.

Des méthodes ultrasoniques sont utilisées pour effectuer l’examen des lames de turbine. Afin de réduire le temps nécessaire á l’inspection et d’en optimiser les résultats, Rotek avait besoin de créer un modèle complet de simulation de pré-inspection, spécifiant un plan détaillé et précis d’inspection ultrasonique d’une fiabilité maximale. Grâce á Maple, Rotek a été en mesure de simuler le processus analytique incluant : le balayage des surfaces, les courbes de localisation des défauts et les conditions de tir optimales. Ces résultats ont été ensuite introduits dans le logiciel de tests non destructifs CIVA, ce afin de déterminer les réglages optimum de l’appareil. Avec ces résultats, Rotek a pu effectuer un examen ultrasonique en toute confiance et limiter le temps d’immobilisation de la turbine nécessaire á la réalisation de l’examen.

« A l’aide de Maple, nous avons pu obtenir un modèle précis des paramètres d’inspection avant la mise en œuvre véritable des tests », explique Jean-Michel Puybouffat, Responsable de l’équipe d’inspection en service de Rotek. « Avec ce modèle, nous pouvons mieux comprendre les réglages exacts de l’appareil et les emplacements de tir les plus critiques, ce qui réduit le temps normalement nécessaire á la configuration et á la réalisation de l’inspection effective ».

Différent facteurs affectent les conditions de l’examen ultrasonique, comme par exemple la forme des zones de défauts, celle des surfaces á balayer et les conditions de tir requises pour une meilleure détection. Grâce aux possibilités mathématiques avancées de Maple, des conditions d’inspection uniques peuvent être représentées. Les conditions de faisceau ultrasonique dépendent essentiellement de la surface á balayer par rapport á la position cible du défaut. En raison de la complexité intrinsèque de la racine des lames, l’utilisation d’un réseau á commande de phase 2D est essentielle. A la différence des réseaux classiques, le réseau á commande de phase 2D permet de diriger les ondes émises et reçues pour cibler la zone touchée suspectée. Dans le cas présent, une ceinture de 7 réseaux a été utilisée pour l’extrados (courbe extérieure de la lame) et de 6 réseaux pour l’intrados (courbe intérieure de la lame). Maple fixe les paramètres relatifs aux positions de tir optimales (réfraction, obliquité, fonctions de panoramique et d’inclinaison pan et tilt, loi focale).

Résultat : une méthode avant-gardiste d’inspection des racines des lames du dernier étage. Grâce á Maple, la procédure d’inspection a été entièrement préconçue et évaluée avant sa mise en Å“uvre. Le modèle a garanti l’optimisation de l’efficacité, de la fiabilité et du balayage au moment de l’inspection ultrasonique proprement dite. « L’utilisation de Maple pour la préconception de nos routines d’inspection a permis á notre société de réaliser des économies de temps et d’argent faramineuses », précise Jean-Michel Puybouffat. Avec, au bout du compte, une réduction massive des temps coûteux d’immobilisation des machines : la durée d’inspection d’un seul rotor á 88 aubes est passée de 7 á 2 jours.

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