FRSN - Ciencia y Tecnología - GEVM
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Item Modelado numérico de vibraciones en rotores de turbinas de generación(2022-11-09) Palmieri, Fernando Daniel; Violante, Luis Darío; Klempnow, Andreas EduardoLos problemas de las máquinas rotantes de alta potencia son extensamente estudiados en la actualidad. El interés en esta área deriva, principalmente, en que las turbinas tienen potencias elevadas en dimensiones cada vez más pequeñas y esto hace que experimenten grandes solicitaciones mecánicas. La disponibilidad y confiabilidad de las mismas, es central para el abastecimiento de energía eléctrica. Para estudiar su comportamiento se emplean habitualmente métodos numéricos, dichos métodos se pueden separar en aquellos que se basan en elementos finitos y los que se basan en la matriz de transferencia. Si bien, los primeros son ampliamente desarrollados, requieren mucha capacidad de cálculo y el conocimiento preciso de la geometría del sistema. El método de la matriz de transferencia, en cambio, se basa íntegramente en ecuaciones de la mecánica clásica y permite obtener resultados empleando, relativamente, poca capacidad de cálculo. Es por ello, que en este trabajo se emplea el método de la matriz de trasferencia para generar algoritmos de simple implementación para analizar velocidades críticas, formas modales, respuesta a desbalance y orbitas de rotores, a partir de datos sencillos obtenidos de un plano general del mismo. Los algoritmos desarrollados se probaron con datos de banco de prueba. Los resultados obtenidos permiten apreciar la utilidad de los mismos y la escasa influencia del error de determinación a los efectos del análisis de equipos reales.Item Análisis modal y balanceo de un turbogenerador de energía eléctrica(2013-11-14) Palmieri, Fernando; Violante, Luis Darío; Klempnow, Andreas EduardoEl estudio de la dinámica de los rotores y la determinación de las velocidades críticas es un tema de constante desarrollo en la mecánica. El mismo cobra fundamental importancia en las modernas turbo-máquinas, ya sea, a la hora de realizar un diseño adecuado, o al momento de realizar el análisis de la respuesta en funcionamiento, es decir, sus vibraciones y orbitas. Esto se debe principalmente a que, al reducir el peso de las máquinas e incrementar su potencia, estas generalmente, trabajan por encima de alguna de sus velocidades críticas. A la hora de equilibrar este tipo de rotores se puede tomar dos aproximaciones distintas: el balaceo por coeficientes de influencia y el balanceo modal. El primero requiere de un gran número de datos para lograr un buen resultado, el segundo en cambio, requiere el conocimiento previo de las formas modales y velocidades críticas. Estos datos se pueden obtener por medición o por modelos matemáticos. El método de la matriz de transferencia es uno de los métodos propuestos en la bibliografía para la determinación de las formas modales y las frecuencias críticas de un rotor. El mismo es de sencilla aplicación, se basa íntegramente en ecuaciones de la mecánica clásica y permite obtener resultados empleando relativamente poca capacidad de cálculo. Actualmente hay enfoques que emplean el método de los elementos finitos con el mismo objetivo, pero este implica una matemática y una programación más compleja y mayor capacidad de cálculo. En este trabajo se emplea el método de la matriz de trasferencia para determinar las formas modales y velocidades críticas del rotor de un turbogenerador de una central termoeléctrica del país. Este equipo presentaba serios problemas de vibraciones al aproximarse a la velocidad de régimen y había sido sometido a varios intentos de balanceo sin resultados adecuados. Los datos de formas modales se emplean para la estimación de pesos de prueba mediante el método de balanceo modal. Para realizar la intervención se ha desarrollado un software donde se implementaron rutinas de estimación de formas modales y de balanceo modal. El programa presenta una interface simple e intuitiva para que el analista de vibraciones o el diseñador mecánico lo puedan emplear fácilmente y ha sido validado en trabajos previos. A partir de las mediciones y los datos obtenidos del programa se pudo determinar que el equipo funciona demasiado cerca de la tercera velocidad crítica y esta es, posiblemente, la razón que vuelve infructuosos los procedimientos de balanceo convencionales. Se determinaron los pesos de corrección por el método de balanceo modal y se analiza la situación de compromiso lograda en el rotor real tras la última intervención.Item Análisis mediante el método de la matriz de transferencia de turbogenerador de energía eléctrica(2021-09-17) Palmieri, Fernando; Violante, Luis Darío; Klempnow, Andreas EduardoLa dinámica de los rotores se emplea, entre otras aplicaciones, para estudiar la respuesta en funcionamiento de las modernas turbo-máquinas de generación eléctrica, es decir, sus vibraciones y orbitas, así como la respuesta en vibración a distintos desperfectos. En la literatura se proponen varios métodos numéricos para el análisis de rotores, entre ellos, el método de la matriz de transferencia, que es uno de los métodos de más amplio desarrollo. El mismo, se basa íntegramente en ecuaciones de la mecánica clásica y permite obtener resultados empleando relativamente poca capacidad de cálculo. Actualmente hay enfoques que emplean el método de los elementos finitos con el mismo objetivo, pero este implica una matemática y una programación más compleja y mayor capacidad de cálculo. En este trabajo se emplea el método de la matriz de trasferencia para analizar la respuesta de un rotor de un turbogenerador de una central termoeléctrica del país. Este equipo presentaba serios problemas de vibraciones al aproximarse a la velocidad de régimen y había sido sometido a varios intentos de balanceo sin resultados adecuados. A partir de las mediciones sobre el equipo y los datos numéricos obtenidos se pudo determinar que el equipo funciona cerca de la tercera velocidad crítica y también se pudo aproximar la respuesta a los efectos de desbalanceo.Item Análisis de variaciones de las velocidades críticas de un rotor producto de cambios de rigidez de los cojinetes(2016-10-07) Palmieri, Fernando; Violante, Luis Darío; Klempnow, Andreas EduardoLas turbomáquinas modernas logran elevadas potencias de generación con menores dimensiones físicas respecto de sus predecesoras, esto implica que deben funcionar en condiciones donde los rotores se comportan como rotores flexibles y superan dos o más de sus velocidades críticas. Es por ello que el conocimiento de dichas velocidades es fundamental para su diseño, operación y mantenimiento. Las velocidades críticas se relacionan con la distribución de masas del rotor, con su rigidez, con la rigidez de los cojinetes y pedestales. En este trabajo se analiza, como se comportan las velocidades críticas de un rotor real de una turbina de una central de generación, ante la variación de las propiedades de rigidez de sus cojinetes. Se utiliza el método de la matriz de transferencia para determinación numérica de formas modales y frecuencias críticas de un rotor. Dicho método es de sencilla aplicación, se basa íntegramente en ecuaciones de la mecánica clásica y permite obtener resultados adecuados, empleando poca capacidad de cálculo y sin la necesidad de tener un modelo sólido del equipo. Además, es un método probado en la bibliografía del tema. Las características del cojinete se estiman a partir de las dimensiones de los elementos que interactúan, de las propiedades físicas del lubricante y de los elementos mecánicos en contacto, empleando modelos y datos obtenidos de la literatura. Finalmente, los resultados se utilizan para estudiar cómo, ante pequeñas variaciones de alineación y de temperatura del lubricante, se producen variaciones de las velocidades críticas del equipo real una vez en funcionamiento. A partir de ello se pueden comprender mejor ciertas diferencias que existen en las respuestas dinámicas de un par de equipos idénticos.Item Implementación de herramientas de análisis modal y balanceo de rotores flexibles(2014-09-05) Palmieri, Fernando; Violante, Luis Darío; Klempnow, Andreas EduardoPara el equilibrado de rotores flexibles, la bibliografía, sugiere dos aproximaciones: el balaceo por coeficientes de influencia y el balanceo modal. El primero requiere de un gran número de datos para lograr un buen resultado, el segundo, en cambio, requiere el conocimiento previo de las formas modales y velocidades críticas. Estas se pueden obtener empleando mediciones o modelos matemáticos. En este trabajo se utiliza el método de la matriz de transferencia para determinación numérica de formas modales y frecuencias críticas de un rotor. Dicho método es de sencilla aplicación, se basa íntegramente en ecuaciones de la mecánica clásica y permite obtener resultados adecuados, empleando poca capacidad de cálculo y datos simples que un analista puede obtener de los planos del equipo. Los resultados obtenidos son empleados para estimar pesos y posiciones de masas de corrección mediante el método de balanceo modal. Este método tiene un amplio desarrollo en la bibliografía y un uso extenso en prácticas de equilibrado en banco, pero muy pocas aplicaciones documentadas de equilibrado in situ. Ambos métodos de balanceo fueron implementados en un software desarrollado en la universidad, que presenta pantallas simples e intuitivas para que el analista de vibraciones o el diseñador mecánico lo puedan emplear fácilmente. Dicho programa se validó usando datos experimentales y modelos de elementos finitos. A partir de este software se analiza un rotor real, se identifican cuáles son las posiciones axiales con más posibilidades de reducir las vibraciones residuales, se determinan los pesos de corrección usando distintas formulaciones de los métodos implementados. El uso de la técnica de balanceo modal permite reducir el número de corridas de prueba frente a un balanceo convencional a dos planos, como los que normalmente pueden efectuarse utilizando equipos comerciales. El programa desarrollado se presenta como una herramienta útil para el equilibrado de rotores flexibles.