Estudio del comportamiento rotodinámico e identificación de falla incipiente en turbomáquinas de centrales nucleares
La presente tesis se centra en el problema de desbalanceo mecánico de máquinas con partes rotantes, en cómo identificarlo y diferenciarlo de otras fuentes de vibración y en las estrategias empleadas para corregirlo. El desbalanceo constituye una de las fuentes de vibrac...
Guardado en:
| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2021
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1038/1/1Mayer.pdf |
| Aporte de: |
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Instituto Balseiro |
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Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) |
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Dinámica de rotores Mechanical vibrations Vibraciones mecánicas Engines Máquinas [Mechanical unbalance, Desbalanceo mecánico, Condition based maintenance Mantenimiento basado en la condición Rotor dynamic modeling Modelado dinámico de rotores] |
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Dinámica de rotores Mechanical vibrations Vibraciones mecánicas Engines Máquinas [Mechanical unbalance, Desbalanceo mecánico, Condition based maintenance Mantenimiento basado en la condición Rotor dynamic modeling Modelado dinámico de rotores] Mayer, Rodrigo I. Estudio del comportamiento rotodinámico e identificación de falla incipiente en turbomáquinas de centrales nucleares |
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La presente tesis se centra en el problema de desbalanceo mecánico de máquinas con partes rotantes, en cómo identificarlo y diferenciarlo de otras fuentes de vibración y en las estrategias empleadas para corregirlo. El desbalanceo constituye una de las fuentes de vibración más comunes en maquinaria de este tipo y resulta en una disminución de la eficiencia de los procesos involucrados, así como la aparición de fallas. Por otro lado, en máquinas de gran porte, corregirlo a menudo implica procedimientos extensos que devienen en pérdidas de producción. Ello plantea la necesidad de metodologías y herramientas que reduzcan el tiempo de parada necesario.
En primer lugar, se realizó un análisis dinámico de un rotor desbalanceado y se planteó un modelo matemático discreto que permitiera realizar diversas simulaciones numéricas y analizar su comportamiento vibratorio. En segundo lugar, se generó un modelo de mayor complejidad mediante simulación multicuerpo y se implementó un enfoque de parámetros concentrados para representar la flexibilidad del eje del rotor y analizar su influencia sobre la respuesta en frecuencia del sistema. Luego se creó un algoritmo de balanceo basado en coeficientes de influencia y se utilizó en conjunto con el modelo multicuerpo para calcular las posiciones y magnitudes de las masas de corrección en distintas condiciones de desbalanceo en múltiples planos. Finalmente, se diseñó y construyó un dispositivo de pruebas rotodinámicas con el fin de evaluar la capacidad de este método para producir soluciones de balanceo satisfactorias. Se encontró que, con una adecuada representación de la geometría del sistema y de las fuerzas que actúan sobre el mismo, es posible determinar rápidamente la posición y magnitud de masas de corrección a partir de las señales vibratorias en cojinetes del rotor. También se mostró que en máquinas de eje flexible, compuestas por varios rotores acoplados, la magnitud vibratoria puede no ser indicativa de cuál de ellos se encuentra más desbalanceado. No obstante, este método permite identificarlo y corregirlo con relativa facilidad, evitando aumentos innecesarios en el tiempo de parada por mantenimiento.
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I25-R131-10382022-06-08T17:46:10Z Estudio del comportamiento rotodinámico e identificación de falla incipiente en turbomáquinas de centrales nucleares Study of the rotordynamic behavior and identification of incipient failure in turbomachines of nuclear power plants Mayer, Rodrigo I. Dinámica de rotores Mechanical vibrations Vibraciones mecánicas Engines Máquinas [Mechanical unbalance, Desbalanceo mecánico, Condition based maintenance Mantenimiento basado en la condición Rotor dynamic modeling Modelado dinámico de rotores] La presente tesis se centra en el problema de desbalanceo mecánico de máquinas con partes rotantes, en cómo identificarlo y diferenciarlo de otras fuentes de vibración y en las estrategias empleadas para corregirlo. El desbalanceo constituye una de las fuentes de vibración más comunes en maquinaria de este tipo y resulta en una disminución de la eficiencia de los procesos involucrados, así como la aparición de fallas. Por otro lado, en máquinas de gran porte, corregirlo a menudo implica procedimientos extensos que devienen en pérdidas de producción. Ello plantea la necesidad de metodologías y herramientas que reduzcan el tiempo de parada necesario. En primer lugar, se realizó un análisis dinámico de un rotor desbalanceado y se planteó un modelo matemático discreto que permitiera realizar diversas simulaciones numéricas y analizar su comportamiento vibratorio. En segundo lugar, se generó un modelo de mayor complejidad mediante simulación multicuerpo y se implementó un enfoque de parámetros concentrados para representar la flexibilidad del eje del rotor y analizar su influencia sobre la respuesta en frecuencia del sistema. Luego se creó un algoritmo de balanceo basado en coeficientes de influencia y se utilizó en conjunto con el modelo multicuerpo para calcular las posiciones y magnitudes de las masas de corrección en distintas condiciones de desbalanceo en múltiples planos. Finalmente, se diseñó y construyó un dispositivo de pruebas rotodinámicas con el fin de evaluar la capacidad de este método para producir soluciones de balanceo satisfactorias. Se encontró que, con una adecuada representación de la geometría del sistema y de las fuerzas que actúan sobre el mismo, es posible determinar rápidamente la posición y magnitud de masas de corrección a partir de las señales vibratorias en cojinetes del rotor. También se mostró que en máquinas de eje flexible, compuestas por varios rotores acoplados, la magnitud vibratoria puede no ser indicativa de cuál de ellos se encuentra más desbalanceado. No obstante, este método permite identificarlo y corregirlo con relativa facilidad, evitando aumentos innecesarios en el tiempo de parada por mantenimiento. The present thesis focuses on the problem of mechanical unbalance on machines with rotating components, on how to identify and distinguish it from other sources of vibration, and on s8ome of the strategies employed to rectify it. Mechanical unbalance is one of the main sources of vibration encountered on rotating machinery and it results in lower efficiency and fault development. However, balancing large machines often involves time-consuming procedures that derive in production losses. These facts pose the need for methods and tools that reduce machinery down-time. Firstly, dynamical analysis of an unbalanced rotor was performed to generate a discrete mathematical model capable of simulating and studying its mechanical behavior. Secondly, a more complex model was produced using multibody simulation techniques and a lumped parameters approach in order to account for shaft flexibility and assess its influence on the system's frequency response. Afterwards, a balancing algorithm based on influence coefficients was generated and applied on the multibody model to compute balancing correction weights for several multi-plane unbalance conditions. Finally, a rotordynamic test rig was designed and constructed to evaluate the degree to which this method is able to produce satisfactory balancing solutions. Results show that, with a geometrically adequate representation of the system and the forces involved in it, correction weights masses and positions can be promptly determined from rotor bearing vibration data. It was also shown that on rotor trains, with significant shaft flexibility, vibration intensity alone is insufficient to determine which stage is subjected to the highest unbalance. Nevertheless, this method can help identifying it and rectifying the problem with relative ease, avoiding unnecessary increases in down-time. 2021-07-15 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1038/1/1Mayer.pdf es Mayer, Rodrigo I. (2021) Estudio del comportamiento rotodinámico e identificación de falla incipiente en turbomáquinas de centrales nucleares / Study of the rotordynamic behavior and identification of incipient failure in turbomachines of nuclear power plants. Maestría en Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1038/ |