Análisis de vibraciones de sistemas turbogeneradores<br />Germán Villarroel Palacios<br />
Introducción<br />Falla turbina de vientoen Dinamarca 22/02/2008<br />“As thewindsgathered pace, thespeed control mechanis...
Temas presentación<br />Introducción al problema<br />Frecuencia naturales<br />Análisis de caso:<br />Ajuste modelo MEF<b...
Problema: Turbogeneradores<br />Altas velocidades de operación<br />Sensibilidad del Air-Gap<br />
¿Qué es la frecuencia natural?<br />Sistema Masa-Resorte<br />Frecuencia a la que vibra un sistema libremente<br />Propia ...
Frecuencia natural<br />Si excito con fuerza periódica:<br />
Caso colapso: Tacoma Bridge<br />“Strongwindscausedthe bridge tocollapseonNovember 7, 1940. Initially, 35 mile per hourwin...
Estudio de caso<br />Operación entre velocidades críticas de un turbogenerador<br />
Descanso hidrodinámicos<br />Apoyos del sistema:<br />
Modelo simplificado<br />Sistema modelado:<br />
Frecuenciasnaturales<br />Experimentalmente: Diagrama de Bode<br />
Modelo: MEF<br />Método de elementos finitos<br />Problema de vibraciones transversales<br />
Ajuste del modelo<br />Ajuste minimizando error cuadrático medio<br />
Modos propios del modelo<br />http://www.youtube.com/watch?v=_jb6jL78_wk<br />1542 rpm<br />2145 rpm<br />4563 rpm<br />
Diagrama de Campbell<br />3° frec. natural<br />2° frec. natural<br />1° frec. natural<br />
Diagrama de Campbell<br />3° frec. natural<br />Excitación 3X<br />Excitación 2X<br />Excitación 1X<br />2° frec. natural<...
Diagrama de Campbell<br />Excitación 3X<br />Excitación 2X<br />Excitación 1X<br />Velocidad de operación<br />
Respuesta forzada al desbalance<br />U1 desbalance estático en generador<br />U2 desbalance estático en turbina<br />U3 de...
Resonancias a priori…<br />C<br />B<br />A<br />
Respuesta forzada al desbalance<br />
Respuesta forzada al desbalance<br />
Conclusiones<br />Diseñador debe calcular las velocidades críticas del rotor<br />Como mantenedor se debe monitorear la op...
Muchas Gracias<br />¿Preguntas?<br />
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  1. 1. Análisis de vibraciones de sistemas turbogeneradores<br />Germán Villarroel Palacios<br />
  2. 2. Introducción<br />Falla turbina de vientoen Dinamarca 22/02/2008<br />“As thewindsgathered pace, thespeed control mechanism of the vanes ranout of control. The turbine, in Hornselt, Aarhus, thenexplodedintothousands of fragments, withevenitsmastsnapping and fallingtotheground”<br />http://www.youtube.com/watch?v=QL-cRuYAxg0&feature=player_embedded#at=12<br />http://www.youtube.com/watch?v=QL-cRuYAxg0&feature=player_embedded#at=12<br />
  3. 3. Temas presentación<br />Introducción al problema<br />Frecuencia naturales<br />Análisis de caso:<br />Ajuste modelo MEF<br />Diagrama de Campbell<br />Respuesta al desbalance<br />
  4. 4. Problema: Turbogeneradores<br />Altas velocidades de operación<br />Sensibilidad del Air-Gap<br />
  5. 5. ¿Qué es la frecuencia natural?<br />Sistema Masa-Resorte<br />Frecuencia a la que vibra un sistema libremente<br />Propia de un sistema al poseer elementos elásticos e inerciales<br />
  6. 6. Frecuencia natural<br />Si excito con fuerza periódica:<br />
  7. 7. Caso colapso: Tacoma Bridge<br />“Strongwindscausedthe bridge tocollapseonNovember 7, 1940. Initially, 35 mile per hourwindsexcitedthebridge'stransversevibrationmode, withanamplitude of 1.5 feet…<br />Thewindthenincreasedto 42 miles per hour. In addition, a support cable at mid-spansnapped, resulting in anunbalancedloadingcondition. The bridge response thuschangedto a 0.2 Hz torsional vibrationmode, withanamplitude up to 28 feet”<br />http://www.youtube.com/watch?v=LMTyIRBXeyE&feature=related<br />
  8. 8. Estudio de caso<br />Operación entre velocidades críticas de un turbogenerador<br />
  9. 9. Descanso hidrodinámicos<br />Apoyos del sistema:<br />
  10. 10. Modelo simplificado<br />Sistema modelado:<br />
  11. 11. Frecuenciasnaturales<br />Experimentalmente: Diagrama de Bode<br />
  12. 12. Modelo: MEF<br />Método de elementos finitos<br />Problema de vibraciones transversales<br />
  13. 13. Ajuste del modelo<br />Ajuste minimizando error cuadrático medio<br />
  14. 14. Modos propios del modelo<br />http://www.youtube.com/watch?v=_jb6jL78_wk<br />1542 rpm<br />2145 rpm<br />4563 rpm<br />
  15. 15. Diagrama de Campbell<br />3° frec. natural<br />2° frec. natural<br />1° frec. natural<br />
  16. 16. Diagrama de Campbell<br />3° frec. natural<br />Excitación 3X<br />Excitación 2X<br />Excitación 1X<br />2° frec. natural<br />1° frec. natural<br />
  17. 17. Diagrama de Campbell<br />Excitación 3X<br />Excitación 2X<br />Excitación 1X<br />Velocidad de operación<br />
  18. 18. Respuesta forzada al desbalance<br />U1 desbalance estático en generador<br />U2 desbalance estático en turbina<br />U3 desbalance dinámico en generador<br />
  19. 19. Resonancias a priori…<br />C<br />B<br />A<br />
  20. 20. Respuesta forzada al desbalance<br />
  21. 21. Respuesta forzada al desbalance<br />
  22. 22. Conclusiones<br />Diseñador debe calcular las velocidades críticas del rotor<br />Como mantenedor se debe monitorear la operación dentro de ventana segura (“OverspeedTrip”) <br />Al operar entre velocidades críticas se debe tener precaución en las partidas y paradas del rotor<br />
  23. 23. Muchas Gracias<br />¿Preguntas?<br />

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