Depuis de nombreuses années, Chesterton propose aux centrales hydroélectriques des solutions d’étanchéité hydrauliques et pneumatiques rentables qui garantissent une étanchéité parfaite et une efficacité accrue des turbines. Dans le monde entier, les équipementiers, les opérateurs et les entreprises de rénovation font confiance à nos produits incroyablement fiables et de haute qualité.
Dans vos vérins, l’utilisation d’une combinaison de joints haute performance et de matériaux exclusifs à Chesterton peut réduire de manière significative les coûts totaux de l’équipement, augmenter le temps moyen entre les réparations (MTBR) et améliorer les performances d’exploitation. Nos capacités de fabrication flexibles nous permettent de produire pratiquement n’importe quelle conception, n’importe quel matériau et n’importe quelle taille de joint dans des délais rapides, tant pour les produits moulés que pour les produits usinés.
Chesterton fournit diverses solutions d’étanchéité pour les vérins, les turbines et les vannes dans cette industrie, notamment :
- Les coureurs de lame Kaplan
- Vérins de portillon
- Servovérin
- Vérins de pas de lame
- Vérins de frein et de cric
- Vannes papillon, sphériques et à bille
Turbine Kaplan – Type de turbine le plus courant dans l’hydroélectricité
La turbine Kaplan est une turbine à surpression. Les aubes directrices installées devant la roue créent un tourbillon dans l’eau. Lorsque l’eau s’écoule dans la turbine, la force de l’eau agit sur les aubes directrices. Cela entraîne la rotation de la roue.
Outre les aubes directrices, les pales de la turbine Kaplan sont également mobiles et réglables. Cela permet de modifier l’angle d’attaque du flux d’eau. Les aubes directrices dirigent l’eau entrante de manière à ce qu’elle frappe les pales de la turbine à un angle optimal. Il est ainsi possible de réagir de manière optimale aux fluctuations de l’alimentation en eau et d’atteindre un haut niveau d’efficacité même avec un faible volume d’eau. Les turbines Kaplan sont idéales pour les faibles hauteurs de chute et les grands débits fluctuants. La turbine Kaplan est donc prédestinée aux grandes centrales au fil de l’eau avec des hauteurs faibles à moyennes allant jusqu’à 80 mètres.
La turbine Kaplan comporte de 4 à 8 pales réglables. Le réglage des aubes permet de réduire au minimum les pertes de rendement en dehors du fonctionnement à charge nominale. Entre 30 et 100 % du débit nominal, le rendement est de l’ordre de 85 à 95 %. Il n’est donc pas étonnant que la turbine Kaplan – nommée d’après son inventeur Victor Kaplan – ait façonné la production d’énergie à partir de l’hydroélectricité depuis plus de 100 ans.
Défis en matière d’étanchéité
Il y a de nombreux défis à relever en matière d’étanchéité qui sont directement ou indirectement associés à l’équipement utilisé pour produire de l’énergie hydroélectrique. L’utilisation de matériaux et de conceptions d’étanchéité avancés peut aider à relever certains de ces défis :
- Améliorer le temps moyen entre les réparations
- Simplifier l’installation
- Réduction des coûts de maintenance
- Minimiser les temps d’arrêt
- Avoir un impact positif sur l’environnement
Dans le cas des turbines Kaplan en particulier, les joints de tourillon de pale sont essentiels pour préserver la fiabilité, l’efficacité et la protection de la zone environnante contre les infiltrations d’huile. Selon une enquête menée auprès de propriétaires de turbines Kaplan, plus de 60 % des fuites sont dues à l’inefficacité ou à la défaillance des joints d’étanchéité des tourillons des pales de rotor.
Problèmes courants d’étanchéité des tourillons de pale du rotor
Plusieurs défis liés à l’étanchéité des tourillons de pale doivent être pris en compte pour assurer une fiabilité optimale de l’étanchéité. Il s’agit notamment de
- L’eau et les contaminants ne pénètrent pas dans le moyeu : Un mauvais ajustement du joint ou une mauvaise conception du joint et de son matériau sont le plus souvent à l’origine de ce problème, ainsi que l’impact des facteurs ci-dessous.
- L’huile ne reste pas dans le moyeu : Également dû à un mauvais ajustement du joint ou à une mauvaise conception et à un mauvais matériau de joint.
- La chute des pales n’est pas prise en compte : En raison des tolérances de fabrication et des jeux de fonctionnement des pièces usinées, les pales des turbines présentent une certaine inclinaison (naturelle).
Le bronze moulé, qui présente une rigidité relativement faible, est un matériau couramment utilisé pour les roulements et les bagues des tourillons. Cela peut entraîner une déformation du palier sous une charge élevée, causée par le poids de la lame et par la force de réaction créée sur la lame pendant le fonctionnement. Une telle déformation du palier augmente la valeur de l’affaissement de la lame.
L’usure des roulements du tourillon de la pale est le troisième facteur qui peut affecter la valeur du statisme de la pale. Lorsque la pale oscille, un frottement limite se produit si un film d’huile stable n’est pas maintenu entre le tourillon et la bague de roulement. Ce phénomène, combiné à une charge radiale élevée, peut entraîner une usure excessive de l’ensemble tourillon/roulement.
L’affaissement de la lame met à l’épreuve les joints de tourillon, en modifiant la section transversale pour laquelle les joints ont été conçus à l’origine. Cette modification doit également être compensée par les dispositifs d’étanchéité. L’affaissement de la lame peut avoir un impact sérieux sur les performances, l’étanchéité positive et la durée de vie des joints.
De tels changements géométriques peuvent conduire à :
- Surcharge radiale des joints (dans la direction où la section de la cavité du joint a été réduite)
- Ouverture radiale des joints (dans la direction où la section de la cavité du joint a été augmentée)
- Déformation et frottement excessifs (usure des dispositifs d’étanchéité)
Comment obtenir une étanchéité optimale du tourillon de pale?
- Obtenir des mesures exactes de la turbine et de la pale
L’un des aspects les plus fondamentaux, mais souvent négligé, de la sélection des joints de tourillon de pale pour les turbines Kaplan est la prise en compte de la grande variation des turbines et des pales lors de la détermination de la taille du joint nécessaire. Il n’existe pas de spécifications techniques ou de normes internes pour la conception des presse-étoupe des pales. Pour cette raison, et parce que les dimensions de l’équipement changent par rapport aux spécifications d’origine après des années d’utilisation, assurez-vous d’obtenir les dimensions réelles de l’équipement, à la fois par turbine et par pale.
- Vérifier les valeurs de la section transversale de la cavité du joint autour du tourillon de la lame
Il est important de comprendre que l’affaissement des pales joue un rôle dans ces mesures. Le nombre de pales Kaplan est généralement compris entre 4 et 8. L’usure naturelle des roulements et les valeurs d’affaissement des pales qui en découlent peuvent varier d’une pale à l’autre, même avec la même turbine. Les joints doivent être conçus et fabriqués individuellement.
- Vérifier et résoudre les problèmes liés à l’équipement
Les conditions de surface et la rugosité des contre-surfaces dynamiques et statiques doivent être prises en compte. Ces surfaces inégales et abrasives peuvent avoir un impact énorme sur les performances et la durée de vie des dispositifs d’étanchéité.
- Tenir compte des conditions d’exploitation/environnementales
Fluctuation de la pression de la turbine – les niveaux de hauteur d’eau diminuent et augmentent, et peuvent modifier périodiquement la charge de pression sur les dispositifs d’étanchéité. Cela peut avoir un impact négatif sur les performances et la fiabilité des joints.
Vibration et cavitation – un certain niveau de vibration et de cavitation est normal dans le fonctionnement des turbines Kaplan, ce qui a un impact majeur sur les composants de la turbine, y compris les joints d’étanchéité des tourillons des pales. La conception flexible des joints et l’élasticité des matériaux utilisés peuvent répondre à ces impacts et résister plus longtemps.
Schémas de faible hauteur d’eau – Une faible hauteur d’eau peut représenter un risque élevé d’environnement abrasif causé par des contaminants de l’eau, des sédiments et de la boue. L’utilisation d’un joint en polymère thermodurcissable résistant à l’abrasion peut compenser ces effets abrasifs.
- Sélectionner le meilleur joint de tourillon de lame de coureur
Une technologie d’étanchéité hydraulique avancée peut améliorer de manière significative l’intervalle entre les défaillances et réduire l’intervalle entre les réparations. Une étanchéité optimale permet également de réduire les coûts d’exploitation et de maintenance, de diminuer le risque d’arrêts imprévus et de réduire la pollution en aval.
Chesterton fournit la solution ultime
Chesterton Kaplan Turbine Runner Blade Trunnion Split Seal –
Joint à lèvre fendue haute performance pour les applications rotatives et oscillantes à usage intensif
Spécifiquement pour les turbines Kaplan, Chesterton a inventé des joints fendus innovants pour les turbines Kaplan. Joints de tourillon de pale Kaplan Runner Split Seals – des joints à lèvre haute performance pour les applications lourdes et dynamiques des joints rotatifs et oscillants dans l’industrie hydroélectrique. Ces joints sont spécifiquement conçus pour les tourillons des pales des turbines Kaplan (ou « type hélice »).
Le joint de tourillon de pale Runner n’est qu’un des nombreux produits de Kaplan Turbine. Gamme complète de solutions de produits pour turbines Kaplan disponibles chez Chesterton.
- Installation plus rapide et fiabilité accrue
Grâce à sa conception en deux parties, le joint peut être installé rapidement et facilement, ce qui réduit les temps d’arrêt. Le démontage de la lame n’est pas nécessaire pour l’installation et il n’est pas nécessaire de procéder à des opérations complexes de soudage, de collage ou de post-traitement du joint fendu. En outre, au lieu de nécessiter un jeu complet de joints empilés, il suffit d’installer deux joints dos à dos. Cette configuration permet également de maintenir le fluide hydraulique et le lubrifiant dans le moyeu de la turbine et de protéger le moyeu contre la pénétration d’eau, de particules solides et de sédiments.
- Maintient la pression de la charge et le mouvement de l’arbre rotatif
La lèvre dynamique évasée et positive du joint de tourillon de lame Kaplan Runner de Chesterton empêche la fente d’être écartée par le mouvement de rotation et utilise la pression de charge pour joindre les extrémités coupées. Pendant le positionnement de la lame, le joint Chesterton maintient la pression de charge et permet le mouvement rotatif de l’arbre avec un minimum de frottement.
- Compense l’inclinaison de la lame
Un problème de fiabilité typique des anciennes turbines Kaplan est l’affaissement des pales causé par l’usure des bagues de tourillon. La conception du joint de tourillon Chesterton compense ce problème en assurant une étanchéité fiable malgré l’affaissement des pales.
- Le matériau d’étanchéité durable offre une plus longue durée de vie dans l’environnement hydroélectrique
Ce joint est composé du matériau polymère thermodurcissable haute performance AWC800 de Chesterton, qui a fait ses preuves en matière de résistance aux conditions de fonctionnement difficiles et offre une résistance à l’abrasion et une durabilité exceptionnelles. Pour réduire le frottement, le polymère contient un lubrifiant intégré à base de bisulfure de molybdène. Grâce à sa mémoire supérieure, le joint peut s’ajuster automatiquement et corriger les différences de section radiale causées par l’affaissement de la lame.
Conclusion
Les joints de lame Kaplan Runner à double effet 22KN5 de Chesterton en configuration Split Interlock sont considérés comme la solution d’étanchéité la plus conviviale et la plus facile à installer par les utilisateurs finaux du monde entier, par rapport à d’autres joints comme les joints en caoutchouc traditionnels ou les polyuréthanes modernes soudés à chaud. La conception optimisée, intelligente et précise des joints 22KN5, associée à la technologie des matériaux polymères thermodurcissables haute performance, offre une étanchéité qui ne nécessite aucun processus de collage, de soudage ou de vulcanisation sur site, ce qui rend l’installation simple, rapide et sûre.
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Dans notre blog, nous fournissons des informations sur l’étanchéité des turbines Kaplan et la recherche de fuites.
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