Applicabilité du code RCC-M et de la norme CSA C61400-1 aux calculs de durée de vie d'un flasque supérieur

Le réaménagement et la réhabilitation des barrages hydroélectriques constituent des problé-matiques fréquentes et coûteuses pour les producteurs d’électricité. Afin d’assurer la durabi-lité des équipements, les fabricants se basent sur des normes et effectuent des tests sur les matériaux. Cependant, dans de nombreux cas, ces deux méthodes ne permettent pas d’ar-river à la même conclusion pour les pièces des groupes turbines-alternateurs soumises à la pression hydraulique amont. En effet, bien que les tests effectués sur ces pièces indiquent leur bonne durabilité, la norme utilisée (Le BPVC VIII.2), qui n’est pas conçue initialement pour les centrales hydroélectriques mais pour les vaisseaux sous pression dans les chaudières, exige souvent leur remplacement. Ainsi, cette étude explore l’applicabilité du code RCC-M (Utilisé dans le domaine nucléaire) et de la norme CSA C61400-1 :21 (Dans le domaine éolien) sur ces pièces, afin de déterminer s’ils pourraient confirmer les résultats des tests effectués. Pour cela, l’étude se base sur l’ana-lyse des contraintes sur un flasque supérieur dont les schémas ISO et le rapport de contrainte ont été gracieusement fournis par le fabricant Voith Hydro. La démarche compare les méthodes de calcul des contraintes, ainsi que leurs écarts par rap-port à leurs limites respectives. L’étude repose sur des simulations numériques qui ont été validées à partir des documents de Voith Hydro, et qui permettent de comparer les contraintes entre la norme BPVC VIII.2 et le code RCC-M. Puisque le calcul des contraintes pour les normes BPVC VIII.2 et CSA C61400-1 :21 est identique, il a été possible de comparer ces deux normes en confrontant les limites de contraintes de chaque norme en fonction des cas de chargement. Cette maîtrise se concentre sur les différentes méthodes de calcul des contraintes et leurs comparaisons. En particulier, les études de fatigue et de durée de vie ne sont pas réalisées. Elles seront éventuellement effectuées dans d’autres travaux suivant leurs pertinences. De plus, les effets liés aux variations de température seront négligés en raison de leur faible influence sur les équipements des groupes turbines-alternateurs par rapport aux autres phénomènes en jeu tels que la gravité ou encore la pression de l’eau.

Abstract

Monitoring and rehabilitating hydroelectric infrastructure is a significant expense. The de-cision to extend the life of infrastructure is based on standards and tests conducted on-site. However, components of the turbine unit that are subject to upstream hydraulic pressure, such as pipes and turbine supports, raises issues: While the standard states that the equip-ment has to be changed, the on-site tests tend to extend the equipment’s lifespan. It should be noted that this standard (BPVC VIII.2) is not designed for hydroelectric power plants but for boilers and pressure vessels. Therefore, this research focuses on the applicability of RCC-M (a nuclear code) and CSA C614000-1 (a wind turbine standard) to these components to determine if they could confirm the analyses conducted on-site. To accomplish this, the study is based on a headcover for which Voith Hydro kindly provided drawings and stress analyses. The method used is to compare how stresses are calculated in the equipment and their deviations from the associated limits. To accomplish this, numerical simulations were used to compare stresses between BPVC and RCC-M. These simulations were first validated based on Voith Hydro’s own results. To compare BPVC and CSA C61400-1:21, the calculation of stresses is the same, making it possible to compare the allowable limits of the standards between them. Many choices had to be made in order to use the standards. In particular, it was decided not to take into account the specificities of standards and codes dealing with thermal constraints. This is because the temperatures in this study are relatively low and do not fluctuate signif-icantly. In conclusion, the two documents studied do not provide a definitive solution to this problem. However, the study has allowed us to highlight alternative ways of calculating stresses and to classify them based on loading cases (normal or exceptional situations) and the zones of the part taken into account (near or far from a discontinuity). While the BPVC VIII.2 is generally more permissive in exceptional conditions, especially close to discontinuities, the RCC-M and the CSA C61400-1:21 are generally less constraining in areas far from disconti-nuities, especially in normal conditions. Therefore, it could be relevant to conduct a fatigue study using the CSA C61400-1 standard, as this study uses stresses under normal conditions and this standard is the most permissive under these conditions.