Análisis ODS. Un paso superior en el diagnóstico y solución de problemas dinámicos en máquinas y estructuras (página 2)

Las causas del surgimiento de los niveles elevados de vibración están relacionadas con:

• Valores excesivos de fuerzas perturbadoras.

• Inadecuada respuesta dinámica del sistema.

Un exhaustivo estudio realizado por especialistas de la antigua Unión Soviética [6] demostró que dichas vibraciones generalmente estaban asociadas con la vibración del generador en la segunda forma de flexión, por lo cual se recomendaba el balanceo asimétrico de los rotores. Las vibraciones debidas a las causas anteriormente expuestas fueron reducidas drásticamente, a partir del balanceo modal de los rotores hasta la segunda forma de flexión dinámica [7].

Quedan vigentes sin embargo, la eliminación y/o reducción de las causas que provocan otras fuerzas excitadoras, así como la solución del problema vinculado a la inadecuada respuesta dinámica del pedestal.

Entre las observaciones principales del comportamiento vibracional en estos casos se encuentran:

Observaciones

• La velocidad de resonancia que se observa en el pedestal se encuentra en el rango entre 3520 – 3550 rpm.

• La vibración en las chumaceras 5 y 6 en dirección vertical se encuentran en fase.

• La vibración en las chumaceras 5 y 6 dirección horizontal se encuentran en contrafase.

• La vibración axial se encuentra en fase con una de las dos direcciones radiales de vibración.

Por todo lo anteriormente expuesto la problemática principal puede resumirse en los siguientes aspectos:

Problemática principales

• La velocidad de resonancia del pedestal es aproximadamente igual a la velocidad de operación.

• Problemas con la reducción de las fuerzas excitadoras debido a:

• 1. Errores en la condición de montaje debido a la pérdida de precisión de algunas superficies de contacto.

• 2. Problemas de diseño que producen desalineamiento de origen térmico debido a la distorsión del cilindro de baja presión; así como debido al movimiento en operación del condensador.

La combinación de ambos problemas ha derivado en un incremento de las vibraciones axiales y radiales que han impedido que las unidades entren en servicio.

Por todo lo anteriormente expuesto el presente trabajo tiene como objetivo principal

Objetivo

Desarrollar la base teórica e implementar una herramienta informática que permita aplicar las técnicas de análisis ODS a la solución de problemas dinámicos complejos, característica principal de los problemas dinámicos que se presentan principalmente en los turbogeneradores instalados en las CTE y en otros tipos de máquinas instalados en diferentes entidades de la economía nacional.

Generalidades

Se define como análisis ODS al Análisis de la Forma de Deformación dinámica en Operación de la máquina o estructura objeto de estudio, siendo aplicable principalmente al análisis de:

• Movimiento y deformación de la línea de rotores.

• Posición relativa entre chumaceras

• Deformación de estructuras durante la operación.

El aspecto más importante a tener en cuenta en el análisis ODS es concatenar las mediciones de los diferentes sensores con vistas a representar adecuadamente el movimiento en operación., de ahí que se debe considerar:

• La posición de los sensores en la fase de la vibración registrada.

• La posición de la referencia fija definida por la posición de la celda fotosensible o el sensor de proximidad utilizado como sensor de velocidad (fig. 3). De hecho, dada la posición de las máquinas generalmente se utilizan las direcciones de medición V, H, A, X e Y

En la figura 3 se representa un esquema de medición y los parámetros a considerar en el análisis.

Siendo:

Formulación del algoritmo matemático para el post-procesamiento de datos

Para la formulación matemática del problema se utilizarán los siguientes esquemas vectoriales:

A partir de los términos definidos en las figuras anteriores es posible determinar las componentes vectoriales de la vibración necesarias para establecer la representación ODS de la máquina o estructura representada a partir de las mediciones de vibración registradas. Estas operaciones se ejecutan automáticamente en el programa SAMI_ODS

Herramienta informática SAMI_ODS

Con vistas a la ejecución de análisis ODS en el Grupo de Análisis Dinámico EMCE, se ha desarrollado una herramienta informática orientada al análisis de problemas dinámicos complejo, con vistas a ser utilizada como apoyo en la solución de:

• Problemas de resonancia estructural

• Flojedad o apriete insuficiente.

• Desalineamiento dinámico.

• Problemas complejos de balanceo dinámico.

• Surgimiento y desarrollo de grietas en estructuras.

• Problemas de aislamiento y atenuación de vibraciones.

Entre las funciones (herramientas) principales del software de referencia se encuentran:

• Posibilidad de crear y evaluar un modelo representativo de la geometría de la máquina

• Posibilidad de introducir de niveles de vibración (amplitud y fase) a través del teclado o mediante las mediciones de análisis cíclico registrados mediante el uso del Microlog cmv55A

• Dispone de herramientas de posprocesamiento con vistas a efectuar comparaciones y evaluaciones del estado vibracional.

• Dispone de herramientas para la simulación del comportamiento tridimensional de la deformación en operación de la máquina

• Dispone de herramientas para la simulación del comportamiento por planos de la deformación en operación de la máquina

Con vistas a ejemplificar las herramientas anteriormente expuestas se muestran las siguientes figuras:

Aplicaciones

Entre las aplicaciones desarrolladas hasta el momento se encuentran:

(*) En este caso fue identificada la condición de excesivos niveles de vibración axial, existentes desde 1999. Identificándose como causa raíz la existencia de los grietas laterales en el pedestal, las cuales presentan en estos momentos un avance considerable y requieren ser reparadas en un futuro inmediato.

(**) El proceso de balance se ejecutó con vistas a compensar los efectos desalineamiento detectados, lográndose corregir dichos efectos con el peso de prueba.

Valoración económico-social

Debido a que en el proceso de diagnóstico se utilizan diversas técnicas, no sería serio plantear que la efectividad del diagnóstico se debe sólo a una técnica en específico, sin embargo, la posibilidad de representar espacialmente el comportamiento de las vibraciones es sin duda un elemento decisivo en la comprensión e identificación de las condiciones anormales existentes, las causas que las producen y las medidas a tomar para su eliminación.

Por todo lo anteriormente expuesto, si se considera el hecho de que en las aplicaciones anteriores la efectividad ha sido de un 100 % reduciéndose drásticamente el tiempo de diagnóstico y balanceo en unos casos y posibilitando por primera vez la comprensión y solución del problema en otros, se puede considerar un beneficio no menor a los 90000 USD debido a la reducción del tiempo de ejecución y/o la no contratación de especialistas extranjeros. Basta mencionar, por ejemplo:

Conclusiones

• En el transcurso de apenas 2 años de utilización, las técnicas ODS han demostrado una gran eficacia y potencia no sólo como herramienta de análisis, sino también como herramienta de comunicación entre especialistas.

• Las técnicas ODS reducen significativamente en tiempo de ejecución del balance dinámico, ya que elevan significativamente las posibilidades de análisis del especialista.

Recomendaciones

• Aplicar de forma intensiva las técnicas ODS en el diagnóstico y como parte de la estrategia de implantación de técnicas predictivas de mantenimiento dentro de la UNE

• Continuar aplicando de conjunto con otras técnicas de análisis de sistema las técnicas ODS en el estudio de la condición resonante del pedestal RBP-RG de las Unidades de 100 MW.

Referencias

Autor:

Francisco Mourdoch Misa

Doctor en Ciencias Técnicas, Ingeniero Mecánico, Profesor Auxiliar de Mecánica Aplicada y

Especialista en Diagnóstico y Mantenimiento Predictivo, jefe GAD-EMCE, Grupo de Análisis

Dinámico de la Empresa de Mantenimiento a Centrales Eléctricas"

EMCE, "Empresa de Mantenimiento a Centrales Eléctricas"

GAD "Grupo de Análisis Dinámico"

Marianao, Ciudad Habana