Vibración Torsional y Frecuencia Natural Torsional en Eje de Turbina Vertical Pelton

Vibración Torsional y Frecuencia Natural Torsional en Eje de Turbina Vertical Pelton

Análisis realizado en una Turbina Pelton Vertical de 110 MW en una Central Hidroeléctrica en Sudamérica.

Problemática:

  • Sospecha de la existencia de una frecuencia natural en el eje cercana a la Frecuencia eléctrica de 60Hz (3600cpm).

Equipos y sensores:

- 01 Strain gauge especial para medición de torque.
01 emisor de señales inalámbricas.
- 01 equipo receptor de señales para datos torsionales TORQUE TRAK.
Software OPtorq para análisis de vibraciones torsionales.
Analizador de datos para pruebas de arranque/parada y prueba de impacto (Bump test).
04 acelerómetros uniaxiales.Martillo modal para prueba de impacto.
Tacómetro para medición de velocidad.

Técnicas Aplicadas:

Prueba de impacto Torsional (Bump test)

  • Instalamos 04 acelerómetros uniaxiales en las cucharas del rodete ubicándolos en dirección tangencial al eje distanciados 90 grados uno del otro.
  • Con el martillo modal realizamos golpes tangenciales en 08 puntos alrededor del rodete aproximadamente a 45 grados entre cada punto.
  • Analizando el amortiguamiento de la forma de onda y el pico generado en el espectro como resultado del golpe tangencial, obtuvimos un dato inicial de una posible frecuencia natural cercana a 60.62Hz (3640cpm).

*Para realizar esta prueba se debe tener acceso al rodete de la turbina. Esto nos permite tener una lectura inicial de posibles frecuencias naturales torsionales del eje, las cuales excitamos a través de los golpes tangenciales realizados en las cucharas. Si el resultado obtenido con esta prueba es una frecuencia natural cercana a una de las frecuencias de trabajo o de falla (1x, 2x, 3x, FL, 2FL, etc.) será necesario confirmar los resultados a través de una medición de vibración torsional directa en el eje con Strain Gage.

Análisis de Vibración Torsional durante el Arranque y Parada con Strain Gage

  • Instalamos un Strain gage en la superficie del eje, junto con el emisor de señales.
  • Medición de vibraciones torsionales durante el arranque y parada de la máquina a 0 MW de potencia. Data obtenida en el dominio del tiempo (Forma de Onda) y en el dominio de las frecuencias (Diagrama de Cascada).
  • Se obtiene como resultado 03 velocidades a las cuales se amplifica la vibración torsional y que son excitadas por la 1x, 2x y 3x de la frecuencia de paso de cucharas (número de cucharas por las rpm) al pasar por la frecuencia natural torsional de 60.12Hz (3610cpm).
  • Se confirma una Frecuencia Natural Torsional a 60.12 Hz (3610cpm).

*En un diagrama de cascada (arranque/parada) se puede identificar y verificar la existencia de frecuencias naturales, las cuales son excitadas por fuerzas generadas de la propia máquina durante el arranque o parada. En este caso se aprovecha las señales de deformación torsional tomadas del strain gage para realizar tomas espectrales y luego llevarlas a un diagrama de cascada.

Análisis de Vibración torsional durante subidas de Potencia con Strain Gage

  • Se realiza mediciones de vibración torsional a la velocidad nominal de la máquina, pero llevando la potencia desde 0MW hasta 110MW en diferentes niveles de potencia.

*Con esta toma de subida de potencia podemos evaluar cuanto se ve afectada la amplitud vibracional de la frecuencia natural torsional (hallada) a ciertos niveles de potencia y a la potencia máxima de trabajo, así como conocer la amplitud de la vibración torsional a otras frecuencias conocidas.