Réparer des turbines avec un souffle supersonique de particules métalliques

Spray à froid pour aider à maintenir la rotation des turbines

Des chercheurs du PNNL étudient les effets du Cold Spray sur les métaux. Crédit : Andrea Starr | Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique

Une capacité très attendue avec le potentiel de réparer les turbines des barrages hydroélectriques sans la fonte associée aux méthodes de réparation traditionnelles a été transférée au Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) pour une recherche de validation.

La capacité, appelée Cold Spray, est le plus récent ajout à la suite d’outils de traitement en phase solide, ou SPP, de PNNL.

SPP est une approche perturbatrice de la fabrication des métaux qui peut être meilleure, moins chère et plus écologique que les méthodes à base de fonte généralement associées à la fabrication des métaux. Il est sur le point de fournir un avantage concurrentiel distinctif à la fabrication américaine.

Une explosion supersonique de particules métalliques

Presque tous les États américains utilisent l’hydroélectricité pour produire de l’électricité. Par exemple, 74 % de l’électricité de l’État de Washington provient de l’hydroélectricité.

Au fil du temps, cependant, la force de l’eau provoque une cavitation (généralement des piqûres et des fissures) à la surface des turbines. Cela représente des coûts de réparation élevés et une perte de revenus pour les exploitants de barrages, qui doivent arrêter les turbines pour les réparer, généralement en utilisant le soudage à l’arc.

Le problème : la chaleur du soudage fait fondre et dégrade le métal, provoquant des dommages de cavitation à la turbine à un rythme croissant.

Entrez Cold Spray, qui pulvérise de minuscules particules métalliques sur la zone endommagée de la turbine à des vitesses supersoniques, sans fusion impliquée. Les particules ont un impact suffisamment fort sur la surface pour former une liaison, produisant des matériaux et des revêtements d’une dureté, d’une résistance à l’usure et d’une résistance à la corrosion supérieures.

Spray à froid pour aider à maintenir la rotation des turbines

Les particules de Cold Spray produisent des matériaux et des revêtements d’une dureté, d’une résistance à l’usure et d’une résistance à la corrosion supérieures. Crédit : Andrea Starr | Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique

PNNL a reçu un système Cold Spray développé par VRC Metal Systems, et il est considéré comme la technologie la plus récente de cette société. Le processus de pulvérisation à froid peut rendre les aubes de turbine beaucoup plus résistantes aux dommages par rapport aux approches de réparation par soudage à l’arc, selon les tests de laboratoire effectués conformément aux normes de l’American Society for Testing and Materials (ASTM).

Le PNNL travaille maintenant activement avec des collaborateurs de l’hydroélectricité en vue d’une première application sur le terrain de la technologie afin de valider les améliorations spectaculaires observées dans les tests ASTM.

« Nous disposons de données économiques qui nous ont permis de conclure qu’une fois la technologie de pulvérisation à froid établie pour les réparations hydrauliques, elle réduira considérablement les temps d’arrêt et la fréquence des réparations en raison de la résistance à l’érosion par cavitation », déclare Chris Smith, ingénieur en mécanique du PNNL. « Cela donne également aux barrages la flexibilité de prévoir des réparations nécessaires, par exemple en période de sécheresse. »

Spray à froid pour aider à maintenir la rotation des turbines

Dommages causés par la cavitation à une roue d’aube de turbine de l’unité JR Carr 2, février 2013. Crédit : John Germann | US Bureau of Reclamation

L’équipe envisage également d’utiliser Cold Spray pour créer des solutions pour d’autres parties du secteur de l’énergie. Par exemple, ils ont étudié la réparation et l’atténuation des dommages causés par la corrosion dans les conteneurs de stockage de déchets nucléaires à l’aide de Cold Spray.

Au-delà de la réparation, le Cold Spray peut également être utilisé comme procédé de fabrication additive. Étant donné que les particules métalliques de la projection à froid ne fondent pas pendant le processus, il est possible de créer de nouveaux systèmes d’alliages qui seraient autrement incompatibles dans les processus à base de fusion.


La technique récupère la chaleur perdue à partir de sources inexploitées


Fourni par Pacific Northwest National Laboratory

Citation: Réparation de turbines avec un souffle supersonique de particules métalliques (2021, 7 octobre) récupéré le 7 octobre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-10-turbines-supersonic-blast-metal-particles.html

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