L'utilisation de couplemètres dans les installations de production d'électricité

La demande mondiale en besoins énergétiques ne cesse de croître et les exigences requises pour les installations de production d'électricité augmentent fortement en termes d'utilisation économique des ressources et aussi vers une protection de l'environnement. Ces deux aspects nécessitent des technologies innovatrices dans l’exploitation de ces techniques.

La puissance et l'efficacité sont les deux valeurs cruciales pour les usines de production d'électricité. L'efficacité est le rapport entre la puissance effective développée par le générateur à un instant spécifique et la puissance d'entraînement assurée par la commande sous forme de carburant.

Détermination de la consommation de carburant

La puissance effective peut être très facilement mesurée à la sortie du générateur. La mesure exigée pour déterminer l'efficacité d'un système est plus difficile. La détermination de la consommation du carburant est une méthode couramment employée dans ce but. Cependant, mesurer directement la quantité d’écoulement du carburant est relativement imprécis, parce que plusieurs paramètres ne peuvent pas être facilement influencés comme le type de carburant et cela affecte fortement l'incertitude de la mesure. Dans la pratique, l'écoulement du carburant est indirectement établi à l'aide des valeurs d’étalonnage préalablement déterminées et des programmes de simulation

Mesure de la torsion de l’arbre d'entrée

Une autre méthode, utilisée pour déterminer la puissance d'entraînement, est de mesurer le couple dans la ligne d’arbre entre le côté entraînement et le générateur, ainsi que la vitesse de rotation, de manière à calculer la puissance d'entraînement. Cela est fait en mesurant la torsion de l’arbre d'entrée produite par couple du côté entrainement. Il y a plusieurs méthodes disponibles mais qui ont en commun le fait que le couple n'est pas directement déterminé, en effet il est déterminer indirectement par l'intermédiaire d'un paramètre apparenté au couple et d’un calcul suivant. Les paramètres à considérer dans ce calcul (par exemple matériel, géométrie de l’arbre) sont sujets à des tolérances qui mènent finalement à une incertitude relativement grande dans le paramètre de couple

Mesure de la torsion de l’arbre d'entrée à l’aide d’une mesure de contraintes

La mesure de la torsion de l’arbre d’entrée par la mesure des contraintes est un très bon compromis. Des jauges de contrainte sont collées sur l'arbre, puis reliées sur un pont de mesure. La transmission de la tension d’alimentation du pont de jauges et du signal de mesure s‘effectue sans contact par l'intermédiaire d'un système de télémétrie du stator à la partir tournante et inversement. Selon la qualité d'installation et des composants utilisés, cette méthode fournit des valeurs mesure de contrainte très précises. Cependant, la valeur calculée pour le couple a une incertitude approximativement de 3 à 5% en raison des tolérances précédemment mentionnées sur les paramètres à prendre en compte. La méthode a de nombreux avantages, par exemple, les systèmes existants peuvent être remis à niveau à tout moment avec ce système. L'incertitude réalisable pour le paramètre de couple n'est, cependant, plus suffisante pour les exigences courantes requises par les nouvelles installations.

Etalonner directement l’arbre de torsion pour paramètre couple

L'incertitude des méthodes ci-dessus décrites peut néanmoins être améliorée en décidant d’étalonner l’arbre contraint ou les parties de celui ci directement pour le paramètre couple. La pièce à étalonner est chargée pas à pas dans une machine d’étalonnage à des couples définis et le signal de sortie correspondant est mesuré et renseigné. L’étalonnage peut être effectué sur place; toutefois cela peut poser des problèmes en effet l’application du chargement est complexe et le temps d’exécution long et il faut aussi tenir compte des conditions locales. L’étalonnage est préférable dans un laboratoire d’étalonnage qui assure des conditions optimales et garanti une grande précision. Malgré tout il exige aussi des montages appropriés parfois complexe pour installer la pièce à étalonner sur la machine. En outre et dans certains cas, il peut ne pas y avoir en disponibilité une machine appropriée en couple et pour les dimensions du composant à étalonner.

Intégration du moyen de mesure dans la boîte de vitesse

Les difficultés décrites peuvent être évitées relativement facilement en considérant la mesure de couple dans la boîte de vitesse en prévoyant déjà le système. Il est nécessaire de prendre un composant qui est monté directement dans la boîte de vitesse et qui tourne avec elle ou qui assure la même fonction que la boîte de vitesse. Ce composant est déjà étalonné au couple exigé et convenablement certifié. Il peut être facilement installé, enlevé, remplacé et étalonné à nouveau.

La figure 1 montre un capteur de couple à brides, disponible en version standard jusqu'au 300 kNm et qui peut également être livrée dans une gamme de mesure nominale jusqu'à plusieurs MNm. Le couplemètre est disponible en version non-tournante pour mesurer un couple de réaction ou être utilisé comme capteur de référence. En version tournante il est équipé d’un système de télémétrie.

Fig. 1: Caractéristiques du capteur de couple

Fig. 2: Corps d'épreuve d'un capteur de 2 MNm Fig. 3: Installation d'un capteur sur un générateur

Selon le type de système de télémétrie, le couplemètre fournit le signal dynamique du couple avec une grande qualité jusqu'à une bande passante de 6 kHz. Ceci apporte les avantages suivants pour un fonctionnement dans les usines de production d'électricité :

  • Mesures constantes, précises et efficaces (ex en surveillance)
  • Analyse et optimisation de la consommation de carburant
  • Possibilité d’analyse des vibrations de torsion sans capteurs additionnels
  • Identification des variations du comportement caractéristique du couple > conclusions pour des réparations ou l'adaptation des intervalles d’entretien
  • Temps court du signal > commande rapide et protection contre les surcharges
  • Montage facile
  • Réétalonnage facile, y compris le certificat d’étalonnage
  • Certificat ATEX pour un usage en atmosphères explosibles
  • ABS ou certificat équivalent pour un usage sur les bateaux
  • Pas d’usure et sans entretien

HBM, le plus grand fabricant dans le monde entier de capteurs de couple, met ces décennies d'expérience dans le domaine de la mesure de couple à votre disposition. Même lorsqu'ils sont utilisés sans interruption pendant de nombreuses années, la qualité des produits assure toujours des mesures de couple de haute précision. Une présence globale de HBM assure également des temps de réponse courts aux questions techniques ou commerciales.

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