EP2585709A1 - Procede de protection d'un composant de machine hydraulique contre l'erosion - Google Patents

Procede de protection d'un composant de machine hydraulique contre l'erosion

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Publication number
EP2585709A1
EP2585709A1 EP11736424.0A EP11736424A EP2585709A1 EP 2585709 A1 EP2585709 A1 EP 2585709A1 EP 11736424 A EP11736424 A EP 11736424A EP 2585709 A1 EP2585709 A1 EP 2585709A1
Authority
EP
European Patent Office
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plates
layer
component
adhesive
plate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11736424.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Serge Prigent
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GE Renewable Technologies Wind BV
Original Assignee
Alstom Hydro France SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Hydro France SAS filed Critical Alstom Hydro France SAS
Publication of EP2585709A1 publication Critical patent/EP2585709A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/14—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers
    • B32B37/16—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating
    • B32B37/22—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating involving the assembly of both discrete and continuous layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2230/00—Manufacture
    • F05B2230/80—Repairing, retrofitting or upgrading methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2230/00—Manufacture
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor
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    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/18—Longitudinally sectional layer of three or more sections
    • Y10T428/183—Next to unitary sheet of equal or greater extent
    • Y10T428/187—Continuous sectional layer

Definitions

  • the invention relates to a method of manufacturing a hydraulic machine component, at least one surface of which is covered with a layer of protective coating against erosion.
  • the composite material is applied in several successive layers of relatively low thicknesses, for example of the order of 400 micrometers ( ⁇ )
  • the risk of sagging would be mitigated but the appearance of orange peel would remain.
  • an application of the material in several layers would induce a strong degradation of the adhesion of this material, this adhesion being dependent, inter alia, on the application time between two successive layers of material. This would result in a risk of localized detachment of part of the protective layer.
  • the invention intends to remedy more particularly by proposing a new method of manufacturing a hydraulic machine component which is simpler to implement and provides a better surface finish than the known methods.
  • the invention relates to a method of protection against erosion of a hydraulic machine component of which at least one left surface is covered with a protective coating layer.
  • This method comprises at least steps consisting of:
  • the manufacture of the protective coating layer which equips one of the surfaces of a hydraulic machine component takes place in several successive stages, of which step a) can take place several weeks before direct action. on the component.
  • This preliminary step can be carried out in a dedicated workshop, under well-adapted conditions, which makes it possible to obtain a completely satisfactory surface state of the outer face of the coating layer intended to interact with the forced flow. crossing the hydraulic machine.
  • a "mirror" type surface condition can be obtained because the polymerized synthetic material plate can be prepared flat, which avoids the risk of sagging.
  • erosion covers abrasion and wear by cavitation and / or corrosion.
  • such a method may incorporate one or more of the following features, taken in any technically permissible combination:
  • the plate is made from a pre-polymer base, in particular of the isocyanate type partially copolymerized with at least one polyol and / or an amine, and a hardener, in particular of the isocyanate type.
  • the pre-polymer base advantageously comprises at least one fluidizing or dispersing agent and / or a filler.
  • the plate is made with a thickness of between 0.5 and 3 mm, preferably between 1 and 2 mm.
  • the method comprises a step d), intermediate between steps a) and b), storing the plate for finalizing the polymerization.
  • the storage step takes place for several weeks, preferably at least two months.
  • the plates are made with a thickness of between 0.5 and 3 mm, preferably between 1 and 2 mm.
  • the method comprises a step e), prior to step c), of applying a layer of primer on the surface of the component to be coated with the erosion protection coating layer, whereas, when step c), the plate is put in place by contacting the adhesive layer and the primer layer.
  • the primer is applied with a thickness of between 20 and 100 ⁇ , preferably of the order of 50 ⁇ .
  • the method comprises a step f) subsequent to steps b) and e) in which the maturing of the adhesive and the primer is expected, before the establishment of the plates in step c).
  • the adhesive is applied with a thickness of between 20 and 150 ⁇ , preferably between 50 and 70 ⁇ .
  • the adhesive applied in step b) is polyurethane or polyurethane-based, polyester-type or polyester-based, or cyanoacrylate type or cyanoacrylate.
  • step a) Several plates are prepared during step a) and, during step c), these adhesive-coated plates are placed edge-to-edge on the surface of the component, possibly covered with the primer layer.
  • the invention also relates to a hydraulic machine component at least some of the surfaces intended to be wetted by a forced flow of water through the machine are covered with a layer of protective coating plate (s) prepared by polymerization before their placed on these surfaces, this protective layer being preferably affixed according to a method as mentioned above.
  • the plates can have a hardness of 72 shore, with an elastic elongation capacity of about 400% and a breaking stress, according to standard NF T 46-002, of 28 megapascals and a resistance tear, according to the standard
  • the invention relates to an installation for converting hydraulic energy into electrical or mechanical energy, or vice versa, this installation comprising a hydraulic machine, a water supply pipe and at least one component of which at least one surface is leached. by a flow of water passing through the installation.
  • This installation is characterized in that the component is as mentioned above.
  • FIG. 1 is an axial sectional view of an installation according to the invention
  • FIG. 2 is a view on a larger scale corresponding to the portion of the wheel of the installation of FIG. 1 forming detail II in this figure, during a first step of a manufacturing process
  • FIG. 3 is a view similar to FIG. 2, although on a smaller scale, during a third following step of the process,
  • FIG. 4 is a sectional section, on a larger scale, according to plane P4 in FIG. 3,
  • FIG. 5 is a view similar to FIG. 4 during a step of the process subsequent to that of FIG. 3;
  • FIG. 6 is a perspective view of a director of the installation of FIG. 1 during a first step of her manufacturing process
  • Figure 7 is a perspective view similar to Figure 6 in a subsequent step of its manufacturing process.
  • the installation 1 shown in FIG. 1 comprises a Francis turbine 2 whose wheel 3 is fed from a tarpaulin 4 into which a forced pipe 5 opens.
  • the turbine 2 also comprises a shaft 6 on which the wheel 3 is mounted. and which rotates with it about a vertical axis X 6 , this axis also being a longitudinal axis of the shaft 6.
  • the shaft 6 is rotationally integral with another shaft 7 forming a drive member of a alternator 8.
  • the installation 1 converts hydraulic energy into electrical energy.
  • the alternator 8 can be replaced by a mechanical device, in which case the installation 1 converts the hydraulic energy into mechanical energy.
  • a series of front-guides 9 and guides 1 1 whose function is to guide a flow E coming from the pipe 5 and the tarpaulin 4 and intended to pass through the wheel 3, towards a suction duct 12.
  • the wheel 3 comprises vanes 31 which extend between a ceiling 32 and a belt 33.
  • Each vane 31 extends between a leading edge 312 and a trailing edge 314 with two lateral surfaces which extend between the edge attack and the trailing edge.
  • One of these surfaces is visible, with reference 316, in FIGS. 2 to 5.
  • the surface 316 and the opposite surface, which extends on the other side of the vane 31 relative to that shown in Figures 2 to 5, are leached by the flow E when the installation 1 operates.
  • the flow E flows along the surfaces 316 and equivalents with a speed greater than or equal to 20 meters per second (m / s).
  • a layer 50 of erosion protection coating is affixed to these surfaces, 316 and the like.
  • the primary used on this occasion is a mixture of isocyanate and polyol.
  • the layer 100 of primer is applied to the gun with a thickness of between 20 and 100 ⁇ , preferably of the order of 50 ⁇ .
  • the manufacture of sheets of polymerized synthetic material is provided in advance, in sufficient numbers and with sufficient unit areas to cover all of the side surfaces 316 and equivalent of the blades 31.
  • Four of these plates are shown in FIG. 4 with the reference 300 coated with 200, before being placed on the surface 316 of the blade 31, coated with the layer 100.
  • Each plate 300 is prefabricated by polymerizing a prepolymer base, which may be of isocyanate type partially copolymerized with at least one polyol and / or an amine, with an isocyanate type hardener.
  • a prepolymer base which may be of isocyanate type partially copolymerized with at least one polyol and / or an amine, with an isocyanate type hardener.
  • one or more fluidizing and / or dispersing agents are integrated in the pre-polymer base, as well as one or more fillers, for example a ceramic filler, of the titanium nitride, nanopowder or other type.
  • One or more catalysts may also be used in the manufacture of the plates 300.
  • the material constituting the plates 300 is of polyurethane type.
  • the plates 300 can be prepared several weeks before being placed on the side surfaces 316 of the blades 31.
  • the plates 300 are made with a thickness e 3 oo of between 0.5 and 3 mm. Quite satisfactory results are anticipated with plates having a thickness of between 1 and 2 mm.
  • the constituent materials of the plates 300 namely the base and the hardener, are mixed in a weight ratio of about 2/3 for the base and 1/3 for the hardener. They are then poured into a mold placed flat. A polymerization reaction is then obtained which leads to the production of the plates 300.
  • the plates are then left to rest for several weeks, preferably for at least two months, in order to obtain a complete setting in the thickness of the plates. and the end of the polymerization reaction.
  • the preparation step and the storage step of the plates 300 take place flat, in a protected environment, so that the face 302 of each plate 300 which is intended to be oriented towards the flow E once the plate 300 mounted on the wheel 3 may have a well-controlled surface state, in particular of smooth type or "mirror".
  • each of these plates can be handled by hand, without risk of being polluted or to see its mechanical properties and its surface condition damaged by surrounding dust.
  • the plates 300 At the end of their preparation and their complete setting, the plates 300 have a shore hardness of 72 Shore, with an elastic elongation capacity of about 400%.
  • each plate 300 may have a length of the order of 2 meters (m) and a width of the order of 500 mm.
  • each plate 300 intended to be turned towards the surface 316 is spray-coated with a layer 200 of adhesive material.
  • This adhesive material is advantageously a polyurethane. However, it may be another material such as polyester, cyanoacrylate or a material based on polyurethane, polyester or cyanoacrylate.
  • cyanoacrylate is used in its usual sense and refers to methyl 2-cyanoacrylate.
  • the layer 200 of adhesive is applied with a thickness e 2 oo of between 20 and 150 ⁇ , preferably between 50 and 70 ⁇ . In FIG. 4, the thickness e 2 oo is exaggerated to facilitate the identification of the layer of adhesive 200.
  • the adhesive layer 200 is also applied to some or all of the edges or slices 306 of the plates 300.
  • each plate 300 coated with the adhesive layer 200 is put in place. on the surface 316 or equivalent of a blade 31 coated with the layer 100. Then pushing the face 304 of each layer towards the surface 316, which brings into contact the layers 100 and 200.
  • one or more of the plates 300 can be cut to follow the edge 322 of junction between the blade 31 and the ceiling 32 or the edge 332 of junction between the blade 31 and the belt 33.
  • the layer 200 of adhesive is applied with a thickness e 2 oo of between 20 and 150 ⁇ , preferably between 50 and 70 ⁇ .
  • the choice of materials constituting the layers of primer 100 and adhesive 200 ensures that the layer 200 adheres firmly to the layer 100, which ensures the holding in position of each plate 300 on the blade 31.
  • the arrows Fi show the positioning movement of the plates 300 on the surface 316, whereas the dotted lines L 300 delimit the position provided for the different plates 300.
  • the use of these dotted lines is optional. They facilitate the installation of the plates 300 serving as a reference to the operator.
  • Their geometry is adapted to that of the surface 316 by marouflage or any other suitable technique.
  • the viscosity of the layers 100 and 200 is sufficient to prevent sliding of the plates 300 vis-à-vis -vis dawn 31 once the plates 300 lined with the adhesive layer 200 placed on the layer 100.
  • the plates 300 in place simply wait between 48 and 96 hours (h) before putting the wheel 3 in use.
  • a director 1 1 may also be equipped with a layer 50 of erosion protection coating formed of plates 400 of polymerized synthetic material.
  • the outer surface 1 16 of the director 1 1 is previously coated with a primer layer 100, before the plates 400 previously coated with a layer of adhesive 200, on a face 404 intended to be turned towards the director, do not are affixed to the layer 100, after ripening of these layers.
  • the plates 400 extend over the surface 102 of the director 10 so as to cover its leading edge 1 12. It is also noted in this figure that the plates 400 do not completely cover the surface 1 16. It is however possible to provide a complete recovery of this surface by plates 400.
  • the layer 200 is represented during application, which reveals the face 404 of one of the plates 400.
  • the adhesive layer 200 can also be applied to certain plate edges 406. 400, in particular the upper edge of the lower plate 400 and / or the lower edge of the upper plate 400.
  • the plates 400 together form the protective layer 50 of the surface 1 16 against erosion.
  • the plates 400 are manufactured in the same way as the plates 300 and have substantially the same properties.
  • the plates 300 and 400 are sufficiently flexible to adapt to the left geometry of the surfaces 1 16 and 316 which are left, in particular not developable.
  • the installation 1 may be protected by a layer of protective coating plates implemented according to the invention.
  • the surfaces of the ceiling 32 and the belt 33 which are oriented towards the blades 31 may be equipped with plates similar to the plates 300.
  • the front-guides 9 may also be equipped with plates of the type of the plates 400 shown in FIG. 7.
  • the invention is particularly advantageous in the case of the rehabilitation of an existing installation 1. Indeed, insofar as the geometry of the wheel 3, fore-guidelines 9 or guidelines 10 is known before intervention on site, plates 300, 400 and equivalent can be prepared in a suitable number, in the two months preceding stopping the installation. When shutting down the installation, the entire wheel 3 can be blasted and the layers of primer 100 and adhesive 200 can be applied before rapid placement of the plates 300 and / or 400 on the surfaces to be protected against erosion. Since the intervention on the wheel 3 is relatively fast, there is no risk of oxidation of the metal and sandblasting or grinding can take place over a large area.
  • the plates 300 or 400 have undergone a storage step of several weeks, they can be described as "inert” in that the polymerization reaction is complete, so that they are not likely to be damaged by damage. the dust when they are placed on the wheel 3 or the guides 1 1 and during the drying of the adhesive layer 200 before the plant is filled with water 1.
  • primer layer 100 is not mandatory and it is conceivable to apply the adhesive layer 200 directly to the surface 1 16, 316 or equivalent of a component 3 , 1 1 or other.
  • the plates 300 and 400 are shown with straight-field edges. Alternatively, these edges can be beveled. In this case, the edge of one plate may cover the edge of another adjacent plate. The adhesive layer then extends between these two edges.
  • the invention applies to any hydraulic machine component, whether this component is mobile or fixed.
  • the invention can be used in a turbine of any known type, such as Francis, Kaplan, bulb, etc., in a pump or in a pump-turbine.
  • the plant converts mechanical or electrical energy into hydraulic energy.

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Abstract

Ce procédé de protection d'un composant de machine hydraulique contre l'érosion comprend des étapes consistant à préparer à plat plusieurs plaques (300) de matériau synthétique polymérisé, à appliquer une couche d'adhésif (200) sur une face de chaque plaque (300) et à mettre en place (F1) les plaques (300) sur la surface du composant à recouvrir de la couche de revêtement.

Description

PROCEDE DE PROTECTION D'UN COMPOSANT DE MACHINE HYDRAULIQUE
CONTRE L'EROSION L'invention a trait à un procédé de fabrication d'un composant de machine hydraulique dont au moins une surface est recouverte d'une couche de revêtement de protection contre l'érosion.
Il est connu que les surfaces d'un composant de machine hydraulique destinées à être mouillées par un écoulement forcé traversant la machine doivent être protégées contre l'abrasion due aux particules solides présentes dans l'écoulement et, de façon générale, contre toute forme d'érosion. Certains matériaux composites résistant à l'usure sont destinés à être apposés, par exemple, sur les pales d'une turbine hydraulique. Les propriétés de résistance à l'érosion obtenues grâce à ces matériaux dépendent de leur mode d'application.
Pour appliquer un tel matériau, il est connu de sabler la surface d'un composant hydraulique, par exemple une aube de roue Francis ou une directrice, puis d'appliquer, au pistolet, un primaire, avant d'appliquer les deux composants du matériau composite, également au pistolet, avec une épaisseur supérieure à 1 mm. Ceci constitue une couche de protection contre l'érosion. Le temps de durcissage d'un tel matériau composite ainsi appliqué est de l'ordre de trois semaines, ce qui impose d'immobiliser le composant pendant cette durée. En cas de réhabilitation d'une installation de conversion d'énergie existante, ceci induit un arrêt de production significatif. En outre, lorsque le matériau constitutif de cette couche de protection est appliqué sur une surface gauche, un risque de coulure important existe, du fait de l'épaisseur relativement importante de la couche de protection. A tout le moins, un effet de peau d'orange est observé.
Dans le cas où le matériau composite serait appliqué en plusieurs couches successives d'épaisseurs relativement faibles, par exemple de l'ordre de 400 micromètres (μηη), les risques de coulures seraient atténués mais l'aspect de peau d'orange demeurerait. En outre, une application du matériau en plusieurs couches induirait une forte dégradation de l'adhérence de ce matériau, cette adhérence étant dépendante, entre autres, du temps d'application entre deux couches successives de matériau. Il en résulterait un risque de décollement localisé d'une partie de la couche de protection.
Dans le cas d'un composant de dimensions relativement importantes, telle qu'une roue Francis, on procède généralement par secteurs pour appliquer la couche de matériau de protection. Lors du sablage d'un secteur, les autres secteurs déjà recouverts d'une couche de revêtement de protection doivent être protégés contre les projections de sable. Ceci s'avère délicat à mettre en œuvre et consommateur de temps.
C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un nouveau procédé de fabrication d'un composant de machine hydraulique qui est plus simple à mettre en œuvre et procure un meilleur état de surface que les procédés connus.
A cet effet, l'invention concerne un procédé de protection contre l'érosion d'un composant de machine hydraulique dont au moins une surface gauche est recouverte d'une couche de revêtement de protection. Ce procédé comprend au moins des étapes consistant à :
- a) préparer à plat plusieurs plaques de matériau synthétique polymérisé,
- b) appliquer une couche d'adhésif au moins sur une face de chaque plaque
- c) mettre en place les plaques sur la surface gauche du composant à recouvrir en constituant la couche de revêtement à l'aide des plaques.
Grâce à l'invention, la fabrication de la couche de revêtement de protection qui équipe l'une des surfaces d'un composant de machine hydraulique a lieu en plusieurs étapes successives, dont l'étape a) peut intervenir plusieurs semaines avant une action directe sur le composant. Cette étape préalable peut être réalisée dans un atelier dédié, dans des conditions bien adaptées, ce qui permet d'obtenir un état de surface tout-à-fait satisfaisant de la face externe de la couche de revêtement destinée à interagir avec l'écoulement forcé traversant la machine hydraulique. Un état de surface de type « miroir » peut être obtenu, car la plaque de matériau synthétique polymérisé peut être préparée à plat, ce qui évite les risques de coulures.
Au sens de l'invention, l'érosion couvre l'abrasion et l'usure par cavitation et/ou corrosion.
Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel procédé peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toutes combinaison techniquement admissible :
- Lors de l'étape a), la plaque est réalisée à partir d'une base pré-polymère, notamment de type isocyanate copolymerisé partiellement avec au moins un polyol et/ou une aminé, et d'un durcisseur, notamment de type isocyanate. La base pré-polymère comprend avantageusement au moins un agent fluidifiant ou dispersant et/ou une charge.
- Lors de l'étape a), la plaque est réalisée avec une épaisseur comprise entre 0,5 et 3 mm, de préférence entre 1 et 2 mm.
- Le procédé comprend une étape d), intermédiaire entre les étapes a) et b), de stockage de la plaque pour finalisation de la polymérisation. - L'étape de stockage a lieu pendant plusieurs semaines, de préférence au moins deux mois.
- Lors de l'étape a), les plaques sont réalisées avec une épaisseur comprise entre 0,5 et 3 mm, de préférence comprise entre 1 et 2 mm.
- Le procédé comprend une étape e), préalable à l'étape c), d'application d'une couche de primaire sur la surface du composant à recouvrir avec la couche de revêtement de protection contre l'érosion, alors que, lors de l'étape c), la plaque est mise en place en mettant en contact la couche d'adhésif et la couche de primaire. Avantageusement, lors de l'étape e), le primaire est appliqué avec une épaisseur comprise entre 20 et 100 μηη, de préférence de l'ordre de 50 μηη.
- Le procédé comprend une étape f) postérieure aux étapes b) et e) dans laquelle on attend le mûrissement de l'adhésif et du primaire, avant la mise en place des plaques à l'étape c).
- Lors de l'étape b), l'adhésif est appliqué avec une épaisseur comprise entre 20 et 150 μηη, de préférence entre 50 et 70 μηη.
- L'adhésif appliqué lors de l'étape b) est de type polyuréthane ou à base de polyuréthane, de type polyester ou à base de polyester, ou de type cyanoacrylate ou à base de cyanoacrylate.
- Plusieurs plaques sont préparées lors de l'étape a) et, lors de l'étape c), ces plaques enduites d'adhésif sont posées bord à bord sur la surface du composant, éventuellement recouverte de la couche de primaire.
L'invention concerne également un composant de machine hydraulique dont certaines au moins des surfaces destinées à être mouillées par un écoulement forcé d'eau traversant la machine sont recouvertes d'une couche de revêtement de protection en plaque(s) préparées par polymérisation avant leur mise en place sur ces surfaces, cette couche de protection étant de préférence apposée selon un procédé tel que mentionné ci-dessus.
Dans ce cas, les plaques peuvent avoir une dureté de 72 shore, avec une capacité d'allongement élastique d'environ 400% ainsi qu'une contrainte à la rupture, selon la norme NF T 46-002, de 28 mégapascals et une résistance à la déchirure, selon la norme
NF T 46-007, de 35 newtons.
Enfin, l'invention concerne une installation de conversion d'énergie hydraulique en énergie électrique ou mécanique, ou réciproquement, cette installation comprenant une machine hydraulique, une conduite d'amenée d'eau et au moins un composant dont au moins une surface est léchée par un écoulement d'eau traversant l'installation. Cette installation est caractérisée en ce que le composant est tel que mentionné ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'une installation et d'un procédé de fabrication conformes à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une coupe axiale de principe d'une installation conforme à l'invention,
- la figure 2 est une vue à plus grande échelle correspondant à la partie de la roue de l'installation de la figure 1 formant le détail II sur cette figure, lors d'une première étape d'un procédé de fabrication,
- la figure 3 est une vue analogue à la figure 2, quoique à échelle plus petite, lors d'une troisième étape suivante du procédé,
- la figure 4 est une coupe, partielle et à plus grande échelle, selon le plan P4 à la figure 3,
- la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 lors d'une étape du procédé postérieure à celle de la figure 3,
- la figure 6 est une vue en perspective d'une directrice de l'installation de la figure 1 lors d'une première étape de son procédé de fabrication et,
- la figure 7 est une vue en perspective analogue à la figure 6 lors d'une étape subséquente de son procédé de fabrication.
L'installation 1 représentée à la figure 1 comprend une turbine Francis 2 dont la roue 3 est alimentée à partir d'une bâche 4 dans laquelle débouche une conduite forcée 5. La turbine 2 comprend également un arbre 6 sur lequel est montée la roue 3 et qui tourne avec elle autour d'un axe vertical X6, cet axe étant également un axe longitudinal de l'arbre 6. L'arbre 6 est solidaire en rotation d'un autre arbre 7 formant un organe d'entraînement d'un alternateur 8. Ainsi, l'installation 1 convertit l'énergie hydraulique en énergie électrique. En variante, l'alternateur 8 peut être remplacé par un dispositif mécanique, auquel cas l'installation 1 convertit l'énergie hydraulique en énergie mécanique.
Entre la bâche 4 et la roue 3 est disposée une série d'avant-directrices 9 et de directrices 1 1 dont la fonction est de guider un écoulement E provenant de la conduite 5 et de la bâche 4 et destiné à traverser la roue 3, en direction d'un conduit d'aspiration 12.
La roue 3 comprend des aubes 31 qui s'étendent entre un plafond 32 et une ceinture 33. Chaque aube 31 s'étend entre un bord d'attaque 312 et un bord de fuite 314 avec deux surfaces latérales qui s'étendent entre le bord d'attaque et le bord de fuite. L'une de ces surfaces est visible, avec la référence 316, sur les figures 2 à 5. La surface 316 et la surface opposée, qui s'étend de l'autre côté de l'aube 31 par rapport à celui représenté sur les figures 2 à 5, sont léchées par l'écoulement E lorsque l'installation 1 fonctionne. En pratique, l'écoulement E s'écoule le long des surfaces 316 et équivalentes avec une vitesse supérieure ou égale à 20 mètre par seconde (m/s). Pour éviter que cet écoulement n'use prématurément la surface 316 et la surface opposée de l'aube 31 , une couche 50 de revêtement de protection contre l'érosion est apposée sur ces surfaces, 316 et analogue.
Pour ce faire, lorsque la roue 1 est réalisée, on procède au sablage des aubes 31. On applique alors une première couche 100 de matériau dit « primaire » sur la surface 316, cette couche 100 de primaire ayant pour effet de faciliter l'accrochage, vis-à-vis de l'aube 31 , d'une autre couche apposée ultérieurement sur la couche 100. A la figure 2, la couche 100 est représentée en cours d'application, ce qui laisse apparaître une partie de la surface 316 au voisinage du bord d'attaque 312 et du plafond 32.
Le primaire utilisé à cette occasion est un mélange d'isocyanate et de polyol.
La couche 100 de primaire est appliquée au pistolet avec une épaisseur comprise entre 20 et 100 μηη, de préférence de l'ordre de 50 μηη.
Comme la géométrie de la roue 3 est connue dès sa conception, la fabrication de plaques de matériau synthétique polymérisé est prévue à l'avance, en nombre suffisant et avec des surfaces unitaires suffisantes pour recouvrir l'ensemble des surfaces latérales 316 et équivalentes des aubes 31 . Quatre de ces plaques sont représentées à la figure 4 avec la référence 300 revêtue de 200, avant leur mise en place sur la surface 316 de l'aube 31 , revêtue de la couche 100.
Chaque plaque 300 est préfabriquée en faisant polymériser une base de prépolymère, qui peut être de type isocyanate copolymérisé partiellement avec au moins un polyol ou/et une aminé, avec un durcisseur de type isocyanate. Avantageusement, un ou plusieurs agents fluidifiant et/ou dispersant sont intégrés à la base à pré-polymère, de même qu'une ou plusieurs charges, par exemple une charge en céramique, de type nitrure de titane, nano-poudre ou autre. Un ou plusieurs catalyseurs peuvent également être utilisés lors de la fabrication des plaques 300.
Une fois polymérisé, le matériau constitutif des plaques 300 est de type polyuréthane.
Les plaques 300 peuvent être préparées plusieurs semaines avant leur mise en place sur les surfaces latérales 316 des aubes 31. En pratique, les plaques 300 sont réalisées avec une épaisseur e3oo comprise entre 0,5 et 3 mm. Des résultats tout-à-fait satisfaisants sont anticipés avec des plaques dont l'épaisseur est comprise entre 1 et 2 mm. Les matériaux constitutifs des plaques 300, à savoir la base et le durcisseur, sont mélangés selon un rapport en poids d'environ 2/3 pour la base et 1/3 pour le durcisseur. Ils sont ensuite versés dans un moule disposé à plat. On obtient alors une réaction de polymérisation qui conduit à la réalisation des plaques 300. On laisse alors reposer ces plaques en les stockant pendant plusieurs semaines, de préférence pendant au moins deux mois, afin d'obtenir une prise complète dans l'épaisseur des plaques et la fin de la réaction de polymérisation.
Ainsi, la fabrication des plaques 300 est anticipée par rapport à la fabrication des parties métalliques de la roue 3.
L'étape de préparation et l'étape de stockage des plaques 300 ont lieu à plat, dans un environnement protégé, de sorte que la face 302 de chaque plaque 300 qui est destinée à être orientée vers l'écoulement E une fois la plaque 300 montée sur la roue 3 peut avoir un état de surface bien maîtrisé, notamment de type lisse ou « miroir » .
Après l'étape de préparation et de stockage des plaques 300, chacune de ces plaques peut être manipulée à la main, sans risque d'être polluée ou de voir ses propriétés mécaniques et son état de surface endommagés par des poussières environnantes.
Au terme de leur préparation et de leur prise complète, les plaques 300 présentent une dureté shore de 72 Shore, avec une capacité d'allongement élastique d'environ 400%. Leur contrainte à la rupture, selon la norme NF T 46-002, est de 28 mégapascals (MPa), alors que leur résistance à la déchirure, selon la norme NF T 46-007, est de 35 newtons (N).
Ainsi, pour la fabrication de la roue 3, on dispose d'un nombre de plaques 300 suffisant, avec des dimensions et des caractéristiques mécaniques adaptées. Par exemple, chaque plaque 300 peut avoir une longueur de l'ordre de 2 mètres (m) et une largeur de l'ordre de 500 mm.
Lorsque les plaques 300 destinées à recouvrir la surface 316 sont identifiées, la face 304 de chaque plaque 300 destinée à être tournée vers la surface 316 est revêtue au pistolet d'une couche 200 de matériau adhésif. Ce matériau adhésif est avantageusement un polyuréthane. Il peut toutefois s'agir d'un autre matériau tel que du polyester, du cyanoacrylate ou d'un matériau à base de polyuréthane, de polyester ou de cyanoacrylate. Ici, le terme « cyanoacrylate » est utilisé dans son acception habituelle et désigne le 2-cyanoacrylate de méthyle. La couche 200 d'adhésif est appliquée avec une épaisseur e2oo comprise entre 20 et 150 μηη, de préférence entre 50 et 70 μηη. A la figure 4, l'épaisseur e2oo est exagérée pour faciliter le repérage de la couche d'adhésif 200. En pratique, la couche d'adhésif 200 est également appliquée sur certains ou tous les bords ou tranches 306 des plaques 300.
Une fois l'étape d'application de la couche d'adhésif 200 réalisée, on attend environ une heure pour permettre le mûrissement de l'adhésif et du primaire, avant de mettre en place chaque plaque 300 revêtue de la couche d'adhésif 200 sur la surface 316 ou équivalente d'une aube 31 revêtue de la couche 100. On pousse alors la face 304 de chaque couche en direction de la surface 316, ce qui amène en contact les couches 100 et 200. En fonction de la géométrie des surfaces 316, une ou plusieurs des plaques 300 peut être découpée pour suivre l'arête 322 de jonction entre l'aube 31 et le plafond 32 ou l'arête 332 de jonction entre l'aube 31 et la ceinture 33.
La couche 200 d'adhésif est appliquée avec une épaisseur e2oo comprise entre 20 et 150 μηη, de préférence entre 50 et 70 μηη.
Le choix des matériaux constitutifs des couches de primaire 100 et d'adhésif 200 assure que la couche 200 adhère fermement à la couche 100, ce qui garantit le maintient en position de chaque plaque 300 sur l'aube 31 .
A la figure 3, les flèches F-i montrent le mouvement de mise en place des plaques 300 sur la surface 316, alors que les lignes pointillées L300 délimitant la position prévue pour les différentes plaques 300. L'utilisation de ces lignes pointillées est facultative. Elles facilitent la pose des plaques 300 en servant de repère à l'opérateur.
Au terme de l'étape de fabrication de la partie de la roue 3 correspondant à l'aube
31 représentée sur les figures 2 à 5, quatre plaques 300 sont en place sur la surface 316, en étant disposées bord à bord, comme représenté à la figure 5. Ceci est possible car les plaques 300 sont fabriquées de la même façon, avec une épaisseur bien maîtrisée, de sorte que leurs surfaces respectives tournées vers l'écoulement E peuvent être affleurantes les unes avec les autres. L'action d'encollage des bords 306 des plaques 300 couplée à la très grande élasticité des plaques favorise la continuité des leurs surfaces 302 respectives, sans ressaut.
Les plaques 300 constituent ensemble la couche 50 de revêtement de protection de la surface 316 contre l'érosion. Leur géométrie est adaptée à celle de la surface 316 par marouflage ou toute autre technique adaptée.
Compte tenu de l'étape d'attente pour mûrissement de l'adhésif et du primaire mentionné ci-dessus, avant mise en place des plaques 300, la viscosité des couches 100 et 200 est suffisante pour éviter un glissement des plaques 300 vis-à-vis de l'aube 31 une fois les plaques 300 garnies de la couche d'adhésif 200 mises en place sur la couche 100. Une fois les plaques 300 en place, comme représenté à la figure 5, il suffit d'attendre entre 48 et 96 heures (h) avant de mettre la roue 3 en service.
Comme représenté aux figures 6 et 7, une directrice 1 1 peut également être équipée d'une couche 50 de revêtement de protection contre l'érosion formée de plaques 400 en matériau synthétique polymérisé.
La surface extérieure 1 16 de la directrice 1 1 est préalablement revêtue d'une couche de primaire 100, avant que les plaques 400 préalablement enduites d'une couche d'adhésif 200, sur une face 404 destinée à être tournée vers la directrice, ne soient apposées sur la couche 100, après mûrissement de ces couches. On note à la figure 7 que les plaques 400 s'étendent sur la surface 102 de la directrice 10 de façon à recouvrir son bord d'attaque 1 12. On note également sur cette figure que les plaques 400 ne recouvrent pas complètement la surface 1 16. Il est toutefois possible de prévoir un recouvrement complet de cette surface par des plaques 400.
A la figure 6, la couche 200 est représentée en cours d'application, ce qui laisse apparaître la face 404 de l'une des plaques 400. Comme précédemment, la couche d'adhésif 200 peut également être appliquée sur certains bords 406 des plaques 400, notamment le bord supérieur de la plaque 400 inférieure et/ou le bord inférieur de la plaque 400 supérieure.
Les plaques 400 constituent ensemble la couche 50 de revêtement de protection de la surface 1 16 contre l'érosion.
Les plaques 400 sont fabriquées de la même façon que les plaques 300 et présentent sensiblement les mêmes propriétés.
Compte tenu de leur épaisseur et de leur matériau constitutif, les plaques 300 et 400 sont suffisamment souples pour s'adapter à la géométrie gauche des surfaces 1 16 et 316 qui sont gauches, notamment non développables.
D'autres parties de l'installation 1 peuvent être protégées par une couche de revêtement de protection en plaques mise en œuvre conformément à l'invention. En particulier, les surfaces du plafond 32 et de la ceinture 33 qui sont orientées vers les aubes 31 peuvent être équipées de plaques analogues aux plaques 300. Les avant- directrices 9 peuvent également être équipées de plaques du type des plaques 400 représentées à la figure 7.
L'invention est particulièrement avantageuse dans le cas de la réhabilitation d'une installation 1 existante. En effet, dans la mesure où la géométrie de la roue 3, des avant- directrices 9 ou des directrices 10 est connue avant intervention sur site, des plaques 300, 400 et équivalentes peuvent être préparées en nombre adapté, dans les deux mois précédant l'arrêt de l'installation. Lors de l'arrêt de l'installation, l'ensemble de la roue 3 peut être sablé et les couches de primaire 100 et d'adhésif 200 peuvent être appliquées avant une mise en place rapide des plaques 300 et/ou 400 sur les surfaces à protéger contre l'érosion. Dans la mesure où l'intervention sur la roue 3 est relativement rapide, il n'y a pas de risque d'oxydation du métal et le sablage ou le meulage peuvent avoir lieu sur une grande surface. Comme les plaques 300 ou 400 ont subi une étape de stockage de plusieurs semaines, elles peuvent être qualifiées de « inertes », en ce sens que la réaction de polymérisation est terminée, de sorte qu'elles ne risquent pas d'être endommagées par de la poussière lors de leur mise en place sur la roue 3 ou les directrices 1 1 et lors du séchage de la couche d'adhésif 200 avant mise en eau de l'installation 1.
Les caractéristiques techniques des modes de réalisation et variantes mentionnées ci-dessus peuvent être combinées ensemble.
Bien que très avantageuse, l'utilisation d'une couche de primaire 100 n'est pas obligatoire et l'on peut envisager d'appliquer la couche d'adhésif 200 directement sur la surface 1 16, 316 ou équivalente d'un composant 3, 1 1 ou autre.
Sur les figures, les plaques 300 et 400 sont représentées avec des bords à champ droit. En variante, ces bords peuvent être biseautés. Dans ce cas, le bord d'une plaque peut recouvrir le bord d'une autre plaque adjacente. La couche d'adhésif s'étend alors entre ces deux bords.
L'invention s'applique à tout composant de machine hydraulique, que ce composant soit mobile ou fixe. L'invention peut être utilisée dans une turbine de tout type connu, tel que Francis, Kaplan, bulbe, etc ., dans une pompe ou dans une turbine- pompe. Lorsque l'invention est utilisée dans une pompe ou une turbine pompe, l'installation convertit l'énergie mécanique ou électrique en énergie hydraulique.

Claims

REVENDICATIONS
'\ - Procédé de protection contre l'érosion d'un composant (3, 1 1 ) de machine hydraulique (2) dont au moins une surface gauche (1 16, 316) est recouverte d'une couche (50) de revêtement de protection, caractérisé en ce qu'il comprend au moins des étapes consistant à :
- a) préparer à plat plusieurs plaques (300, 400) de matériau synthétique polymérisé,
- b) appliquer une couche d'adhésif (200) au moins sur une face (304, 404) de chaque plaque (300,400),
- c) mettre en place (F^ les plaques (300, 400) sur la surface gauche (1 16, 316) du composant à recouvrir, en constituant la couche de revêtement (50) à l'aide des plaques.
2. - Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lors de l'étape a) la plaque (300, 400) est réalisée à partir d'une base prépolymère, notamment de type isocyanate copolymérisé partiellement avec au moins un polyol et/ou une aminé, et d'un durcisseur, notamment de type isocyanate.
3. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de l'étape a), la plaque (300, 400) est réalisée avec une épaisseur (e30o) comprise entre 0,5 et 3 mm, de préférence entre 1 et 2 mm.
4. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d) intermédiaire entre les étapes a) et b), de stockage de la plaque pour finalisation de la polymérisation.
5. - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape de stockage a lieu pendant plusieurs semaines, de préférence au moins deux mois.
6. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de l'étape a), les plaques (300, 400) sont réalisées avec une épaisseur (e30o) comprise entre 0,5 et 3 mm, de préférence comprise entre 1 et 2 mm.
7. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape e), préalable à l'étape c), d'application d'une couche (100) de primaire sur la surface (1 16, 316) du composant (3, 1 1 ) à recouvrir avec la couche (50) de revêtement de protection contre l'érosion et en ce que lors de l'étape c) la plaque (300, 400) est mise en place en mettant en contact la couche d'adhésif (200) et la couche de primaire (100).
8. - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, lors de l'étape e), le primaire est appliqué avec une épaisseur comprise entre 20 et 100 μηη, de préférence de l'ordre de 50 μηη.
9. - Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend une étape f) postérieure aux étapes b) et e) dans laquelle on attend le mûrissement de l'adhésif et du primaire, avant la mise en place des plaques à l'étape c).
10. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de l'étape b), l'adhésif est appliqué avec une épaisseur (e2oo) comprise entre 20 et 150 μηη, de préférence entre 50 et 70 μηη.
1 1 .- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'adhésif appliqué lors de l'étape b) est de type polyuréthane ou à base de polyuréthane, de type polyester ou à base de polyester, ou de type cyanoacrylate ou à base de cyanoacrylate.
12. - Composant (3, 1 1 ) de machine hydraulique (2) caractérisé en ce que certaines au moins des surfaces gauche (1 16, 316) de ce composant destinées à être mouillées par un écoulement forcé d'eau (E) traversant la machine, sont recouvertes d'une couche (50) de revêtement de protection formée de plusieurs plaques (300, 400) préparées par polymérisation à plat avant leur mise en place sur ces surfaces.
13. - Composant selon la revendication 12, caractérisé en ce que les plaques (300, 400) ont une dureté de 72 shore, avec une capacité d'allongement élastique d'environ
400%.
14. - Composant selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que les plaques (300, 400) ont une contrainte à la rupture, selon la norme NF T 46-002, de 28 mégapascals et une résistance à la déchirure, selon la norme NF T 46-007, de 35 newtons.
15. - Installation (1 ) de conversion d'énergie hydraulique en énergie électrique ou mécanique, ou réciproquement, cette installation comprenant une machine hydraulique (2), une conduite (5) d'amenée d'eau à la machine hydraulique et au moins un composant (3, 16) dont au moins une surface (216, 316) est léchée par un écoulement forcé d'eau (E) traversant l'installation, caractérisée en ce que le composant (3, 1 1 ) est selon la revendication 12.
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