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CLIENTE
SALTA
TG 11
VIBRACIONES
DICIEMBRE 20XX Info
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CLIENTE ........................................................................................................................................ 1
SALTA ............................................................................................................................................ 1
TG 11 .............................................................................................................................................. 1
VIBRACIONES ............................................................................................................................... 1
DICIEMBRE 20XX ......................................................................................................................... 1
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 3
OBJETIVO...................................................................................................................................... 3
ESQUEMA DE PUNTOS ................................................................................................................ 3
MEDICIÓN EN ARRANQUE ................................................................................................. 4
GRÁFICO DE BODE Y ESPECTRO EN CASCADA ...................................................................... 4
CÁLCULO DE SAF ........................................................................................................................ 6
GRÁFICO POLAR .......................................................................................................................... 7
AVERAGE SHAFT CENTERLINE PLOTS [ASCP] ........................................................................ 8
MEDICIÓN EN RÉGIMEN..................................................................................................... 9
VALORES GLOBALES DE VIBRACIÓN ....................................................................................... 9
VIBRACIÓN MEDIDA EN VELOCIDAD EN CARCAZA ..................................................................... 9 VIBRACIÓN MEDIDA EN DESPLAZAMIENTO SOBRE EL EJE........................................................... 10
NIVEL GLOBAL DE VIBRACIONES EN FUNCIÓN DEL TIEMPO .............................................. 11
ORBITAS ..................................................................................................................................... 12
COMPARACION DE ESPECTROS ...................................................................................... 13
COMPARACIÓN ENTRE ARRANQUE Y PARADA COJINETE TURBINA ................................. 13
COMPARACIÓN ENTRE ARRANQUE Y PARADA COJINETE GENERADOR .......................... 14
CONCLUSIONES - SUGERENCIAS .................................................................................... 15
SÍNTESIS: .................................................................................................................................... 15
SUGERENCIAS: .......................................................................................................................... 15
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INTRODUCCIÓN
Objetivo
Corresponde al control de vibraciones sobre el Turbogenerador TG11, en la Central xxx de xxxxs SA,
a fin de determinar el comportamiento dinámico, luego del mantenimiento realizado en el equipo.
Las mediciones se realizaron con sistema ADRE for Windows DAIU 208P [Bently Nevada Corp.], a
través de 8 sensores de vibración y medición de fase, en forma simultánea.
Se utilizaron sensores de velocidad [electrodinámicos BNC serie 9200], sobre la carcaza de los
cojinetes y sondas de proximidad sobre el rotor.
El control se realizó en arranque de máquina y en estado de régimen con las siguientes condiciones
operativas: Velocidad: 3.000 rpm. Carga en Régimen: 187 Mw.
Esquema de puntos
Generador Y Lado Excitatriz Generador Y - Lado Compresor Compresor Y Turbina Y
Generador X Lado Excitatriz Generador X - Lado Compresor Compresor X Turbina X
Turbina
Y / X
Compresor
Y/X Excitatriz
Y/X
Compresor
Y/X
Generador
Y :: Vertical X :: Horizontal
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MEDICIÓN EN ARRANQUE
Gráfico de Bode y Espectro en Cascada
Se adjuntan los gráficos de Bode y Espectro en Cascada, medidos sobre el Generador Lado Excitatriz, debido a que durante el arranque son los que experimentan los valores de vibración más elevados.
Se puede observar que durante el arranque el Generador, pasa por dos zonas resonantes. La zona 1 donde se pueden destacar dos críticas :: 750 rpm y 880 rpm y la Zona 2 con una crítica a 2362 rpm.
Z-1
Z-2
Generador-LExc-X
Resonancia
s
Generador-LExc-X
Z-1
Z-2
Resonancia
s
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Se adjuntan los gráficos de Bode y Espectro en Cascada, medidos sobre la Turbina, donde se manifiestan síntomas de roce parcial durante el arranque. Estos síntomas se destacan en la zona 1 en ambos gráficos, y se manifiestan cuando la máquina gira en el rango de velocidades de 1.300 rpm a 1.700 rpm cuando cae bruscamente.
En el gráfico de Bode se observa un “amesetamiento” de la traza. Esta zona plana de elevada vibración en el trazo, se encuentra asociado a la aparición de la ½ X en ese rango de velocidades, como manifestación del roce parcial. Esté síntoma cae bruscamente cuando la máquina llega a los 1.700 cpm.
En el gráfico de Cascada se puede apreciar la aparición de la ½ X, en el rango de velocidades de 1.300 a
1.700 rpm. Es concluyente que el comportamiento del valor directo o global de vibración se encuentra vinculado con la componente ½ X en este rango de velocidades.
Z-1
Turbina - Y
Z-1
síntomas de roce
parcial
Turbina - Y
síntomas de roce
parcial
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Cálculo de SAF
Factor de Amplificación [Q]: Se eligió el gráfico de Bode del canal medido en dirección Vertical en el Generador Lado Excitatriz. Este valor se calcula de la siguiente manera:
Se toma el valor de velocidad de la crítica :: 2362 rpm. La intensidad de la vibración, para esta velocidad es de 206 µ. Multiplicando este valor de 206 µ por 0,707 :: 146 µ. Con este valor de 146 µ extrapolamos y cortamos en ambos puntos de la curva, obteniéndose los valores 2310 rpm y 2443 rpm. Con estos
valores de velocidad, podemos calcular el Factor de Amplificación [Q] y su inversa [η]:
Q = 2362
= 17,7 ≥ 5,00 2443 - 2310
η = 1
= 0,06 ≤ 0,20 17,7
Un valor de Q ≥ 5 y de η ≤ 0,20 indican que la máquina, no es segura al pasar por la crítica, según la norma API 684.
La velocidad crítica se encuentra suficientemente alejada de la velocidad de trabajo.
Si comparamos el valor de vibración alcanzado a la frecuencia de resonancia, entre las mediciones de febrero de 20xx [103 µ], con la de agosto de 20xx [136 µ], podremos comprobar un nuevo aumento en la intensidad de la vibración a velocidad crítica del 51%, durante el proceso de arranque.
Margen de separación 2362 rpm = 3000 – 2362
= 27 % > 15% 2362
2362 rpm
2310
rpm
146 µ
2443
rpm
206 µ
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Gráfico Polar
En los gráficos polares medidos sobre el Generador, se pueden apreciar los tres bucles, que se
corresponden con las tres críticas definidas en los gráficos de Bode. Dos en la Zona 1 [750 cpm y 880 cpm] y uno en la Zona 2 [2362 cpm].
Los dos primeros bucles [zona 1], se encuentran asociados entre sí a través de un pequeño bucle interno. Esto se debe a lo que se conoce como “split resonance” o resonancia partida. En realidad estas dos críticas tan cercanas, se deben a la anisotropía de la rigidez dinámica del sistema.
Generador-L.Compresor-Y
Generador-L.Compresor-X
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Average Shaft Centerline Plots [ASCP]
La ubicación del eje en los cojinetes, está asociado a la presencia de cargas radiales estáticas fuertes [también llamadas precargas fuertes], que generan una precesión alrededor de dicha posición. La presencia de estas fuertes precargas, pueden estar directa o indirectamente asociadas a malfuncionamientos de la máquina.
Los gráficos de ASCP se tomaron durante uno de los arranque fallidos de la máquina, de tal manera de registrar el arranque y la parada en el mismo gráfico. De esta manera podemos comparar el camino recorrido por el eje durante el arranque y la parada de máquina.
El camino recorrido por el centro del eje durante el arranque se destaca con color fucsia y el recorrido durante la parada con color rojo. Se adjuntan gráficos de ASCP de los cojinetes de la Turbina y del Compresor, ya que son los que presentan manifestación de roce parcial.
Tanto el quiebre en el trazo del arranque, como el hecho de el centro del eje no recorra el mismo camino durante la parada es otra manifestación de los síntomas de roce parcial, que experimentó la máquina durante esta etapa.
Turbina – X/Y
Compresor - X/Y
Arranque
Parada
Arranque
Parada
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MEDICIÓN EN RÉGIMEN
Valores Globales de Vibración
Vibración medida en velocidad en carcaza
Se adjunta tabla de valores promedio de vibración, del valor global (directa) y de la 1x (filtrada), de los canales medidos con los sensores de velocidad en carcasa [mm/seg rms]. Condiciones: Velocidad 3.000_rpm en régimen. Carga al momento de la medición 187 Mw.
Tabla 1 valores absolutos
de velocidad
Máx-Mín Global
Promedio Global
Máx-Mín 1X
Promedio 1X
mm/seg – rms
Turbina Y 3,3 3,2 3,3 3,3 3,0 3,1
Turbina X 2,5 1,6 2,1 0,1 0,0 0,1
Compresor Y 1,4 1,2 1,3 0,9 0,9 0,9
Compresor X 2,6 2,5 2,6 2,5 2,4 2,4
Generador Y - Lado Compresor 2,3 2,2 2,2 2,0 1,9 2,0
Generador X - Lado Compresor 2,9 2,6 2,7 2,6 2,2 2,4
Generador Y - Lado Excitatriz 0,9 0,8 0,9 0,8 0,8 0,8
Generador X - Lado Excitatriz 2,6 2,1 2,4 2,4 1,0 2,0
El canal “Turbina Y” remarcado en amarillo, presenta los valores globales de vibración más elevados :: 3,3 mm/seg rms promedio. En este canal la 1x [3.000 rpm], representa el 95% promedio del valor global de la vibración.
El valor de vibración se encuentra dentro de la zona A según norma ISO 10816-4 Mechanical vibration of
non-reciprocating machines-Measurements on rotating shaft and evaluation criteria. Part 4: Gas turbine sets.
La zona A es la que le corresponde a máquinas nuevas o recién acondicionadas.
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Vibración medida en desplazamiento sobre el eje
Se adjunta tabla de valores promedio de vibración, del valor global (directa) y de la 1x (filtrada), de los canales medidos con los sensores de desplazamiento directamente sobre el eje [µ pk-pk]. Condiciones: Velocidad 3.000 rpm en régimen. Carga al momento de la medición 187 Mw.
Tabla 2 valores relativos desplazamiento
Máx-Mín Global
Promedio Global
Máx-Mín 1X
Promedio 1X
µ pk-pk
Turbina Y 81,7 63,5 69,6 49,6 46,4 48,0
Turbina X 61,8 55,1 58,2 24,5 20,9 22,4
Compresor Y 36,8 29,5 33,4 25,5 23,2 24,4
Compresor X 31,8 20,3 29,2 19,6 17,5 18,6
Generador Y - Lado Compresor 58,2 53,2 56,1 31,8 29,5 30,4
Generador X - Lado Compresor 67,6 59,2 62,5 27,4 21,8 25,5
Generador Y - Lado Excitatriz 58,2 50,4 53,2 34,2 32,6 33,3
Generador X - Lado Excitatriz 55,3 53,1 54,5 33,4 32,1 32,6
El canal “Turbina Y” remarcado en amarillo, presenta los valores globales de vibración más elevados :: 69,6 µ pk-pk promedio. En este canal la 1x [3000 rpm], representa el 69% promedio del valor global de la vibración.
Este valor de vibración se encuentra dentro de la zona A según norma ISO 7919-4 Mechanical vibration of non-reciprocating machines – Measurements on rotating shafts and evaluation criteria - Part 4: Gas turbine sets. Ver tabla debajo.
La zona A es la que le corresponde a máquinas nuevas o recién acondicionadas.
Los valores límites de las zonas A/B, B/C y C/D, para 3000 rpm, se pueden calcular como sigue: Zona A/B= 4800 / rpm
0,5 = 4800 / 3000
0,5 = 87,6 µm
Zona B/C= 9000 / rpm0,5
= 9000 / 30000,5
= 164,3 µm Zona C/D = 13200 / rpm
0,5 = 13200 / 3000
0,5 = 241,0 µm
Turbina 69,6 µ
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Nivel Global de Vibraciones en Función del Tiempo
Los gráficos de evolución del nivel global de vibraciones en función del tiempo, corresponden a la máquina funcionando en régimen, con una carga de 187 Mw.
No se aprecian variaciones significativas a lo largo del tiempo.
Turbina Y Turbina X
Compresor Y Compresor X
Gen.Y-LComp Gen.X-LComp
Gen.Y-LExc Gen.X-LExc
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Orbitas
Los gráficos corresponden a las órbitas sin filtrar y filtradas a la 1x, durante la marcha en condición de régimen de la máquina.
Las órbitas filtradas circulares o ligeramente elípticas [relaciones de eje mayor a eje menor entre 1 y 1,5], se asocian normalmente a fenómenos de desbalanceo.
La forma elíptica de las órbitas correspondientes a la Turbina y el Generador Lado Excitatriz, se corresponde con síntomas de desalineación.
Directa
Turbina Compresor GenL.Com
p
Gen.L.Exc
Filtrada 1x
Turbina Compresor Gen.L.Com
p
Gen.L.Exc
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COMPARACION DE ESPECTROS
Comparación entre arranque y parada cojinete Turbina
Se adjuntan espectros registrados inmediatamente después del arranque el día 15/12 (espectros con borde rojo) y luego de 24 hs de funcionamiento en régimen el día 16/12 a plena carga. El objetivo es poder visualizar los síntomas de roce que quedaron registrados claramente el día 15 y la significativa disminución de los mismos el día 16.
Es de destacar que en este tipo de máquinas es frecuente que luego de un mantenimiento se observen síntomas de roce durante los primeros arranques. Este debería ir despareciendo con la marcha de la máquina, debido al desgaste o desprendimiento del material.
El roce no suele ocurrir por si solo, sino en general como resultado de algún malfuncionamiento inicial, como: una mala posición de la línea central del eje debido a desalineación, holgura insuficiente, arqueo o deformación de carcaza, etc..
Primero se comparan los espectros del canal “Turbina Y” tomado el día 15 (en rojo) y del día 16 (en gris).
En el espectro tomado el día 15 se puede visualizar subarmónicos, en este caso 1/8 X y los múltiplos de la velocidad de giro. Todos estos son manifestaciones del roce parcial.
En el registro tomado el día 16 se puede visualizar la disminución de la intensidad de la vibración de todos los picos del espectro.
1/8 x
1 x
2 x 3 x 4 x 5 x
1 x
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Comparación entre arranque y parada cojinete Generador
En este caso se compara los espectros del “Generador Y”, inmediatamente después del arranque y al otro día, cuando la máquina se encontraba operando en condiciones de régimen.
En el espectro tomado el día 15 se puede visualizar la 1x y 2x de la velocidad de giro, como consecuencia de síntomas de desalineación en este cojinete.
En el registro tomado el día 16 se puede visualizar la disminución de la intensidad de tanto de la 1x, como la desaparición de la 2x.
1 x
2 x
1 x
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CONCLUSIONES - SUGERENCIAS
Síntesis:
Durante el arranque se pudo observar síntomas de roce parcial, en los cojinetes de la turbina y del compresor.
Estas indicaciones de roce parcial, quedaron registradas en los gráficos de cascada, en los que se puede observar los picos correspondientes a la ½ X que aparecen cuando la máquina gira 1.300 rpm y desaparecen bruscamente al girar la máquina a 1.700 rpm.
Se observa un sostenido aumento de la vibración a la frecuencia de resonancia en el cojinete del
Generador en dirección horizontal, si se comparan las medición de febrero de 20xx [103 µ] y la de agosto de 20xx [136 µ]. En este año la intensidad de la vibración alcanzada a 2362 rpm es de 206 µ, esto es un 51% mayor que la del 20xx.
Los trazos del gráfico de “Average Shaft Centerline Plots” entre el arranque y la parada de máquina son
consistentes con los síntomas de roce de la máquina. En condiciones de régimen, luego de 24 hs de marcha, los valores de vibración más elevados son los
registrados en el cojinete de la Turbina. Estos se encuentra dentro de la Zona A considerada como normal para máquinas nuevas o recién acondicionadas, para las normas ISO 10816-4 e ISO 7919-4 Gas turbine sets.
En las condiciones de régimen de la máquina, luego de girar durante 24 hs, se aprecia una disminución
significativa de los síntomas de roce y desalineación.
Sugerencias:
Realizar un control del nivel de vibraciones, para evaluar la evolución de los síntomas de roce parcial, observados durante el arranque.
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