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Theses

Cavitation erosion monitoring by acoustic emission

Résumé : La cavitation est la formation de bulles de vapeur dans un liquide statique ou en écoulement. L’érosion de cavitation se produit quand ces bulles collapsent à cause de la récupération de pression. Ce phénomène peut endommager les parois à proximité desquelles les bulles collapsent. Il s’agit d’un problème majeur dans les machines hydrauliques. Par exemple, les turbines hydrauliques fonctionnent aujourd’hui souvent dans des régions défavorables du point de vue de la cavitation, pour réguler le réseau électrique. Mesurer la cavitation et le taux d’érosion est souvent très difficile voire impossible. L’émission acoustique (EA) est une méthode qui permet la mesure de cavitation sans accès direct à l’écoulement ; toutefois, les données sont difficiles à interpréter. Cette thèse présente quelques possibilités de traitement des données de l’EA pour quantifier les diamètres des indentations créées par impacts individuels de la cavitation et aussi pour évaluer l’érosion de cavitation. De plus, les taux d’érosion de trois matériaux d’aubes de turbine Francis ont été caractérisés. Les raisons pour les différences dans le taux d’érosion de deux aciers inoxydables et martensitiques sont analysées. Tous les essais de cavitation ont été réalisés dans le même tunnel de cavitation haute vitesse. Un premier résultat majeur de cette thèse est le développement d’une méthode pour compter les pics d’EA par une technique d’enveloppe du signal. Les distributions cumulées des pics d’EA sont comparées à celles des diamètres d’indentations. Une relation est proposée entre l’amplitude des pics d’EA et le diamètre des indentations. Le deuxième résultat majeur est le lien entre l’évolution de l’érosion de cavitation et la fréquence de lâcher des nuages de cavitation. Bien que les signaux d’EA soient mesurés en haute fréquence, un processus de démodulation a été mis en œuvre qui permet de mettre en évidence la basse fréquence de lâcher. Cette fréquence augmente avec la rugosité et la déformation de surface au fur et à mesure de la progression de l’endommagement. Par ailleurs, les raisons entre les différences de taux d’érosion des aciers inoxydables et martensitiques ont été identifiées : la taille des grains d’austénite initiale, les tailles des plaques et plaquettes et la quantité d’austénite résiduelle sont les principaux facteurs influants. Cette thèse propose plusieurs résultats directement utilisables, comme la classification entre les aciers inoxydables martensitiques, ainsi que des méthodes pour surveiller la cavitation mises au point en laboratoire dans un tunnel de cavitation et potentiellement applicables aux machines hydrauliques. Le résultat majeur est que l’EA a un fort potentiel pour surveiller la cavitation et l’érosion de cavitation avec l’avantage important qu’elle ne nécessite pas d’accès direct à l’écoulement.
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02613873
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Wednesday, May 20, 2020 - 2:44:13 PM
Last modification on : Friday, July 17, 2020 - 2:46:22 PM

File

YLONEN_2020_diffusion.pdf
Version validated by the jury (STAR)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02613873, version 1

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STAR | LEGI | UGA | CNRS

Citation

Markku Ylonen. Cavitation erosion monitoring by acoustic emission. Mechanics of materials [physics.class-ph]. Université Grenoble Alpes [2020-..]; Tampereen teknillinen yliopisto, 2020. English. ⟨NNT : 2020GRALU002⟩. ⟨tel-02613873⟩

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