FICHE n° 229– SEPTEMBRE 2009

Lundi 14 septembre – Soutenance de thèse Amphi Laroche Fouucault Liancourt à l’ENSAM à 09h30 –Thomas MORILLON, site ENSAM

Méthodologie de Conception à base d'heuristiques Application à la maîtrise du rendement d'une Turbine Haute Pression

L’objectif de cette thèse est de proposer des solutions technologiques en vue de la reconception des parties statiques (ou stator) d’une turbine haute pression afin de mieux maîtriser les pertes de rendement. Nous analysons le fonctionnement d’une Turbine Haute Pression (THP) et faisons l’état de l’art des architectures et technologies classiquement employées. L’étude s’appuie sur l'analyse fonctionnelle du mécanisme en employant les différents outils connus dans la norme ISO9001 ou les différentes méthodologies pour dégager les fonctionnalités et les contraintes de fonctionnement qui régissent le fonctionnement.
Un travail spécifique aux systèmes énergétiques est mené, il consiste à analyser les différentes pertes énergétiques que subit le flux principal d’énergie (ici les gaz chauds sous pression) dans le mécanisme. Le but est d’énumérer les contradictions (physiques et techniques) et les compromis observés dans le fonctionnement du mécanisme. Les outils utilisés permettent une première représentation du système. Des graphes précisent le cheminement du flux fonctionnel au travers des différents composants et les parasitages et / ou effets induits qui pénalisent le rendement de la Turbine Haute Pression (THP).
Une méthodologie systématique de résolution de problèmes en conception est mise en place sur la base de l’utilisation d’heuristiques afin de fournir des alternatives de solution. Ces heuristiques sont une synthèse de ''règles et lois'' existantes dans d'autres méthodologies.
Une étude de l’évolution dans le temps des solutions technologiques est réalisée à l’aide d’une analyse de brevets conséquente (500 textes) sur des mécanismes similaires. Ce travail permet de dégager les tendances d’évolution des nœuds technologiques du système.
Les heuristiques de conception sont qualifiées à l'aide de l'analyse de brevets et illustrées par la conception d’un démonstrateur réalisé par TURBOMECA et initié par nos travaux. Nous montrons alors l’intérêt d’utiliser les heuristiques lors de la recherche de solutions en phase de conception préliminaire.

Abstract

The thesis objective is to propose technological solutions for the redesign of the static (or stator) of a high pressure turbine in order to control the losses. We analyze a High Pressure Turbine (THP) and we realise the state of the art of architectures and technologies used. The study is based on the mechanism functional analysis by using the various defined tools within the ISO9001 standard or by using various methodologies to identify features and operating constraints.
A specific work for energy systems is realised. We analyze the various energy losses, the main flow of energy in the mechanism (here hot gases under pressure) is affected by these losses. The aim is to list physical and technical contradictions and to identify compromises during working order. Tools propose a first system representation. Graphs specify functional flows path through components and induced effects that penalize Turbine High Pressure performance (THP).
A systematic methodology for solving problems in design is implemented on a basis. The use of heuristics provides alternative solutions. These heuristics are a synthesis of ''rules'' and laws existing in other methodologies.
A study of technological solutions and their evolution over time is performed using a consequent patent analysis (500 texts) on similar mechanisms. This work shows evolution trends technology nodes of the system.
The design heuristics are qualified by using the patents analysis and illustrated by a demonstrator design. This demonstrator has been initiated by our work and realised by Turbomeca. We show the interest of using heuristics in search for solutions in preliminary design phase.