German Villarroel

1. Análisis de vibraciones de sistemas turbogeneradores Germán Villarroel Palacios

2. Introducción Falla turbina de vientoen Dinamarca 22/02/2008 “As thewindsgathered pace, thespeed control mechanism of the vanes ranout of control. The turbine, in Hornselt, Aarhus, thenexplodedintothousands of fragments, withevenitsmastsnapping and fallingtotheground” http://www.youtube.com/watch?v=QL-cRuYAxg0&feature=player_embedded#at=12 http://www.youtube.com/watch?v=QL-cRuYAxg0&feature=player_embedded#at=12

3. Temas presentación Introducción al problema Frecuencia naturales Análisis de caso: Ajuste modelo MEF Diagrama de Campbell Respuesta al desbalance

4. Problema: Turbogeneradores Altas velocidades de operación Sensibilidad del Air-Gap

5. ¿Qué es la frecuencia natural? Sistema Masa-Resorte Frecuencia a la que vibra un sistema libremente Propia de un sistema al poseer elementos elásticos e inerciales

6. Frecuencia natural Si excito con fuerza periódica:

7. Caso colapso: Tacoma Bridge “Strongwindscausedthe bridge tocollapseonNovember 7, 1940. Initially, 35 mile per hourwindsexcitedthebridge'stransversevibrationmode, withanamplitude of 1.5 feet… 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” http://www.youtube.com/watch?v=LMTyIRBXeyE&feature=related

8. Estudio de caso Operación entre velocidades críticas de un turbogenerador

9. Descanso hidrodinámicos Apoyos del sistema:

10. Modelo simplificado Sistema modelado:

11. Frecuenciasnaturales Experimentalmente: Diagrama de Bode

12. Modelo: MEF Método de elementos finitos Problema de vibraciones transversales

13. Ajuste del modelo Ajuste minimizando error cuadrático medio

14. Modos propios del modelo http://www.youtube.com/watch?v=_jb6jL78_wk 1542 rpm 2145 rpm 4563 rpm

15. Diagrama de Campbell 3° frec. natural 2° frec. natural 1° frec. natural

16. Diagrama de Campbell 3° frec. natural Excitación 3X Excitación 2X Excitación 1X 2° frec. natural 1° frec. natural

17. Diagrama de Campbell Excitación 3X Excitación 2X Excitación 1X Velocidad de operación

18. Respuesta forzada al desbalance U1 desbalance estático en generador U2 desbalance estático en turbina U3 desbalance dinámico en generador

19. Resonancias a priori… C B A

20. Respuesta forzada al desbalance

21. Respuesta forzada al desbalance

22. Conclusiones Diseñador debe calcular las velocidades críticas del rotor Como mantenedor se debe monitorear la operación dentro de ventana segura (“OverspeedTrip”) Al operar entre velocidades críticas se debe tener precaución en las partidas y paradas del rotor

23. Muchas Gracias ¿Preguntas?