Simulations des phénomènes de cavitation instationnaires lors du délestage d’une turbine hydraulique

Philippe Côté
Étudiant à la maîtrise
Philippe.J.Cote@gmail.com

L’énergie hydraulique est l’une des nombreuses énergies renouvelables présentement disponibles en grande quantité au Canada et particulièrement au Québec. Dans une perspective durable et dans l’optique de réduire les taux d’émission de gaz à effet de serre (GES), le Canada a évoqué en décembre 2009 qu’il désirait réduire de 17% ses taux d’émission dans l’ensemble de son économie et qu’à cette fin, il désirait augmenter le taux d’utilisation de sources d’énergie non fossiles. Or, avec 7% des réserves renouvelables  d’eau  mondiales et plus de 8500 fleuves et rivières, il appert que le potentiel hydroélectrique du Canada est immense.

La durée de vie des centrales hydroélectriques se situe en moyenne entre 40 et 80 années dépendant notamment de la localisation de la centrale et de l’utilisation des groupes appartenant à celle-ci. À cet égard, d’avoir une bonne compréhension du comportement vibratoire de la turbine est vitale afin d’avoir une conception fiable lors de l’étape du projet.  Le schéma si dessous présente l’ensemble des composantes tournantes de la turbine.

La composante la plus susceptible de générer de la vibration, par sa forte interaction avec l’écoulement est la roue. Certains régimes d’opération sont propices au développement de phénomènes vibratoires dans la roue, notamment le délestage du groupe turbine-alternateur. L’on nomme délestage la procédure qui vise à déconnecter l’alternateur du réseau électrique. Se faisant, la roue accélère et les vannes se ferment, imposant à la turbine des conditions hydrauliques qu’elle ne subit normalement pas lors d’une opération normale.

Le présent projet de recherche vise à étudier en profondeur les différents phénomènes hydrauliques pouvant occasionner de la vibration dans les turbines hydrauliques Francis, notamment en délestage, lorsque les conditions hydrauliques sont transitoires, complexes et occasionnent l’apparition de cavitation. Les travaux menés visent spécifiquement l’étude numérique des phénomènes de cavitation instationnaires prenant naissance dans la roue lors du délestage du groupe turbine-alternateur.