Support de turbine isolé contre les vibrations, construction d’une nouvelle centrale hydroélectrique – site Papieri à Cham
Dans le renouvellement de la centrale électrique du site Papieri à Cham (ZG) un appui élastique de la turbine pernet de générer de l’énergie électrique san vibrations gênantes pour les habitations et les places de travail.
Situation initiale
Sur le site Papieri à Cham, la centrale électrique existante a été démantelée et remplacée par une nouvelle installation. La centrale hydroélectrique est située sur la rivière Lorze et sert à produire de l’électricité dans le cadre du concept énergétique global du site Papieri, où un nouveau quartier résidentiel et une zone industrielle au charme certain ont vu le jour.
Sans mesures appropriées, les vibrations générées par le fonctionnement de la turbine auraient été transmises aux bâtiments par le sol, où elles auraient été perçues comme des vibrations et des bruits gênants.
Mission
Afin que le séjour dans les nouveaux locaux résidentiels et bureaux rénovés ne soit pas perturbé par les vibrations et les émissions sonores, il était nécessaire de faire reposer la turbine de la centrale hydroélectrique sur un appui élastique,l’objectif étant d’obtenir les meilleurs résultats techniquement possibles.
Solution
HBT-ISOL a déjà réalisé de nombreux systèmes d’appuis pour différentes centrales hydroélectriques et a ainsi acquis un solide savoir-faire sur lequel elle peut s’appuyer.
Dans ce cas précis, en concertation avec les concepteurs et le maître d’ouvrage, seul le matériau PUR à cellules fermées ISOLDYN® a été utilisé, car il garantit une isolation efficace, même au contact de l’eau.
Avant le début des travaux, un concept complet de l’appui a été élaboré, comprenant des aspects tels que l’isolation, les fréquences propres, l’étanchéité, les séquences des phases de travail, la pose, l’entretien et l’assurance qualité. Une modélisation complète du bloc turbine et de son isolation a également été réalisée afin d’ajuster correctement l’appui. Au fur et à mesure de l’avancement des travaux, des mesures de réception ont été effectuées après chaque étape.
Mesures
Suite aux résultats des premières mesures de réception, d’autres mesures ont été définies à des étapes de bétonnage ultérieures déterminées. Sur la base des mesures effectuées à un stade précoce, il aurait été possible, si nécessaire, d’influencer le découplage vertical des bruits solidiens. Pour les mesures des vibrations, les appareils de mesure MR3000TR avec les capteurs de vitesse de vibration MS2003+ de SYSCOM ont été utilisés, comme aussi le sonomètre NTi Audio XL2.
Les mesures acoustiques prennent en compte les fréquences comprises entre
20 Hz et 20 kHz.
Les vibrations ont été mesurées sur le bloc turbine (MP 01), à côté du bloc turbine découplé par l’appui (MP 02) et dans deux appartements (MP 03 et MP 04).
Conclusion et résultats
- Obstacles techniques
- Le fonctionnement de la turbine aurait pu provoquer des vibrations perceptibles dans les appartements PM 1-4 ou dans les locaux commerciaux situés autour de la centrale électrique
- En collaboration avec de nombreux spécialistes, un concept d’insonorisation avec un découplage complet par appui de la turbine a été développé
- Les mesures ont été accompagnées d’un processus d’assurance qualité et de mesures de contrôle
- Les mesures finales montrent que les vibrations sont 20 fois inférieures au seuil de perception humain
Les mesures finales montrent:
Les vibrations sont 20 fois inférieures au seuil de perception humain
Résultats
Les objectifs fixés pour l’appui élastique ont été atteints : dans les appartements adjacents, aucune vibration gênante n’est perceptible et aucun bruit tonal provenant du fonctionnement de la turbine n’est audible. Les vibrations mesurées sur les dalles pendant le fonctionnement de la centrale ont de 0.005 mm/s au maximum, soit environ 20 fois moins que le seuil de perception d’environ 0.2 mm/s pour les personnes ayant une sensibilité normale.
Sur le plan acoustique, les niveaux sonores pondérés A dans l’appartement de référence indiquent un bruit de fond très faible, dominé par le bruit du débit d’eau. Le « bourdonnement » caractéristique d’une turbine n’est ni audible ni mesurable : aucune ligne dominante à bande étroite n’apparaît dans les spectres des appartements.
Même les fortes variations des charges opérationnelles n’ont eu d’impact négatif sur les émissions sonores : lors d’une brève augmentation de la puissance de 85 kW à 240 kW, aucune augmentation du niveau de vibration ou de bruit n’a été constatée, ni sur les fondations ni dans les appartements.
Les caractéristiques du système d’appui élastique de la turbine confirment la conception : les fréquences propres les plus basses se situent entre 12 et 15 Hz, l’amortissement est de 4 à 10 % de l’amortissement critique ; l’oscillation libre du bloc, sans signes de raccords rigides, a été prouvée.
L’appui élastique a été réalisé comme prévu. Les vibrations restent nettement en dessous du seuil de perception et les bruits mesurés dans les appartements sont principalement dus au débit d’eau et non au fonctionnement de la turbine. Les exigences en matière de calme et de confort de vie dans les environs de la centrale hydroélectrique sont donc satisfaites.
Prestations de HBT-ISOL
Dans le cadre de ce projet, HBT-ISOL a été chargée de fournir un soutien technique et un accompagnement dans différents domaines techniques. L’objectif était d’apporter un soutien optimal à la construction, tant sur le plan de la planification que de la métrologie, et de garantir le respect des exigences structurelles à chaque étape de la construction.
Dans le cadre de ce projet, nous avons apporté notre expérience comme suit :
- Conception complète et planification de la mise en œuvre de l’appui et dimensionnement du matériel
- Participation aux réunions de planification
- Livraison du matériel
- Pose de l’appui
- Accompagnement technique lors des mesures vibratoires conformément aux étapes de bétonnage définies
- Création et maintenance du modèle 3D conformément aux étapes de bétonnage définies
- Analyses des fréquences propres selon six degrés de liberté avec adaptation à l’avancement des travaux
- Assurance qualité