SwRI Gas Turbine Experience: Centro de Tecnolog?de Turbinas de Gas

Desde hace varios a? el Southwest Research Institute (SwRI) ha evaluado una cantidad importante de turbinas de gas para diagnosticar la causa ra?de las fallas, los problemas de operaci?orrecta o para mejorar la vida ?de los componentes. A continuaci?resentamos breves descripciones de algunos de los problemas m?significativos que se solucionaron y de los programas de investigaci?ue se llevan a cabo:

• Sistema de Administraci?e Vida ?il para ?abes de Turbinas de Gas - Un Programa de Consorcio Industrial:

  El SwRI desarroll?todos y software para predecir la vida ?de ?bes de secci?aliente de turbinas de gas para turbinas de armaz?E?. Se realizaron pruebas exhaustivas de materiales de componentes nuevos y trabajados para desarrollar las propiedades pertinentes de los materiales, mismas que se utilizaron en el algoritmo y el software de evaluaci?e vida ? Los participantes del consorcio pudieron utilizar estos datos en los programas administraci?e vida ?de su flota de turbinas para lograr beneficios econ?os mediante la programaci?rudente de los intervalos de inspecci? mantenimiento, en tanto que conservaban la disponibilidad y confiabilidad de sus motores.

   

• An?sis de Causa Ra?de Falla de ?abes y Paletas de Motor Aeroderivativo:

  Se realizaron an?sis de falla en ?bes, paletas y cubiertas agrietadas de secci?aliente mediante investigaciones individuales para identificar los mecanismos del da?n los componentes de motor de la mayor?de los fabricantes de ?os. Los mecanismos de las fallas o la degradaci?ncluyen fatiga por alto ciclaje, corrosi?aliente, fractura intragranular (creep), oxidaci?or alta temperatura y fatiga t?ica. Se identific? causa m?probable de falla y se recomendaron a los usuarios de turbinas las acciones correctivas. Se recomendaron programas de investigaci?lteriores, seg? requiriera para entender mejor las causas ra?de las fallas poco comunes.

   

• Modelo de Evaluaci?e Vida ?il de Recubrimiento de Secci?aliente de Turbina de Gas:

  En las turbinas de gas, la vida ?e integridad de los recubrimientos, mismos que se aplican para proteger a los componentes del ataque ambiental y la degradaci?norman la vida ?y los intervalos de mantenimiento de la secci?aliente. El SwRI desarroll?s m?innovadores m?dos de predicci?e vida ?para diversos sistemas de substratos/recubrimientos. Este modelo ha sido calibrado con la experiencia de servicio y puede utilizarse para predecir la vida ?de recubrimientos espec?cos de ?bes en turbinas de gas en operaci?p class= "bodytext"> 

• Calificaci?e Materiales Substitutos de ?abes de Turbina:

  El propietario de turbinas buscaba mejorar la confiabilidad y reducir los costos de mantenimiento de su flota de turbinas de gas de armaz?rande mediante la substituci?e materiales y recubrimientos. El SwRI evalu?teriales, recubrimientos y datos de vibraci?ara calificar alternativas de materiales y dise?ara la primera fila de ?bes de secci?aliente. Se evaluaron y calificaron a los vendedores para que fabricaran los ?bes y aplicaran los recubrimientos seleccionados. Como resultado de ello, el propietario de turbinas se dio cuenta del incremento en la vida ?de los ?bes y de la reducci?n costos de mantenimiento.

   

• Investigaci?e Desplazamiento de ?abes:

  Se investig? problema de falla de ?bes de compresoras en turbinas de gas de armaz?rande, presente en la industria de manera general, mediante un programa de $1'000,000 patrocinado por EPRI. Un estudio realizado sobre los procedimientos de reparaci?e turbinas revel?versas pr?icas que pueden da?los dispositivos de retenci?e los ?bes. El SwRI monitore?s claros de la punta de los ?bes, la distorsi?e carcazas y los sensores de gradiente t?ico durante un lapso de tres a?de operaci?e la turbina. Este monitoreo controlado por computadora mostr?e el roce de las puntas de los ?bes constitu?tambi?un elemento importante del problema de desplazamiento de los ?bes. El roce de las puntas se deb?a un enfriamiento inadecuado de la unidad despu?de la operaci?Se produjeron videos para capacitar al personal de servicio acerca de las medidas necesarias para evitar da? tanto durante la operaci?omo durante la reparaci?p class= "bodytext"> 

• Balanceo de Turbina de Energ?Aeroderivativa para Servicio en Tuber?:

  Una turbina de energ?experimentaba vibraci?xcesiva que fue diagnosticada por el SwRI como desbalanceo excesivo. Se calcularon los pesos de balance con base en los datos registrados en el sitio y se resolvi? problema agregando pesas a la flecha de acoplamiento. Se descubri?mbi?una grieta en el pedestal de soporte y se repar?a soldadura durante el paro subsecuente.

   

• Falla de Chumaceras en Turbina de Gas Aeroderivativa:

  La falla de la chumacera de rodillos principal se atribuy?la desalineaci?e los soportes, causada por un enfriamiento desigual y distorsi?e la carcaza de la turbina. La disfunci?esultante de la compresi?e la pel?la amortiguadora ocasionaba cargas din?cas excesivas y una corta vida ?de la chumacera. Las chumaceras de rodillos y de bolas adyacentes sufrieron da?onsecuencial leve. La causa de la falla se document?ra dar soporte a la revisi?e los procedimientos de alineaci?p class= "bodytext"> 

• Auditor?de Instalaciones de la Fuerza A?a para la Aplicaci?or Aspersi?e Recubrimiento T?ico en ?abes:

  SwRI reEl aliz?a detallada auditor?y calificaci?e diversos recubrimientos de varios componentes para aeronaves. Se revisaron ?nes t?icas, documentos de control de trabajo, hojas de operaci?e procesos, procedimientos de calificaci?e recubrimientos y especificaciones de recubrimientos. Se descubrieron varias anomal? en los documentos y se recomendaron acciones correctivas. Tambi?se revisaron los resultados de una evaluaci?etal?a "round-robin", mismas que dieron como resultado el rechazo de algunos procedimientos de recubrimiento en raz?e problemas de calidad.

   

• Sistema de Diagn?co de Vibraci?ara Turbinas de Gas Westinghouse 501:

  Se desarroll? sistema de captaci?e datos bajo una cooperativa EPRI de asignaci?e fondos. Se analizaron los datos adquiridos de un sistema no vigilado en cuanto al tiempo de rotaci?e engranes, velocidades cr?cas, integraci?el tiempo de carga y otros par?tros. Se estableci? tendencia de los niveles pico y un sistema experto diagnostic? causa ra?de los problemas cuando se presentaron vibraciones excesivas. Se integr? sistema un programa de f?l uso para el balanceo. Se han instalado varios sistemas en unidades con acceso telef?o v?m? para ingresar a los datos del personal de ingenier?y mantenimiento. En un sitio, se instalaron sistemas de diagn?co en cuatro unidades que luego se interconectaron con un LAN.

   

• Vibraci?e Turbina de Gas Aeroderivativa para Servicio de Compresi?n Tuber?:

  Una serie de paros forzados debidos a vibraci?xcesiva ocasionaron una reducci?n el servicio de transmisi?e gas y un costo excesivo por reparaciones y mantenimiento. Una investigaci?n sitio revel?ltos vibratorios severos debido a deslizamientos en las juntas del rotor, la falta de linealidad de la estructura de la chumacera principal y a cables de se?defectuosos. Se desarroll? plan correctivo para mejorar los cables y se estableci? criterio de tolerancias m?estrechas para reducir los niveles de excitaci?el rotor.

   

• Pruebas de Fugas en Sello de Laberinto Rotatorio:

  Se implement?a instalaci?e pruebas de sellos a 15,000- rpm para un importante fabricante de motores de avi? se realizaron pruebas en diversos sellos de descarga del compresor. El programa de pruebas proporcion?tos cr?cos para la verificaci?e los algoritmos preventivos para el control de los par?tros de los sellos y mejorar el desempe?el motor.

• Evaluaci?e Da?de la Secci?e Combustor de una Turbina Aeroderivativa:

  Esta investigaci?ombin? evaluaci?etal?a de las superficies con da??ico con el an?sis de la tuber?de energ?en las piezas afectadas del difusor. Los an?sis revelaron el derretimiento de componentes cr?cos debido a una combusti?o controlada en c?ras inadecuadas, lo que se debi?una purga incompleta durante el arranque.

• Problemas de Desgaste de ?abes de Secci?aliente Aeroderivativa:

  La inspecci?isual indic?e la vibraci?e los ?bes jug? papel importante en el desgaste de los mismos. Los puntos de desgaste eran consistentes con la ubicaci?el inicio de la fractura del disco que hab?causado un rechazo prematuro de piezas costosas. Se recomend? reacondicionamiento del amortiguador de vibraci?e ?bes.

   

• Falla de Paleta de Compresor de Turbina de Gas Aeroderivativa:

  El examen de las partes en falla revel? desgaste severo en segmentos de la cubierta interior de las paletas del compresor y falla por fatiga de alto ciclado en un plano aerodin?co. El diagn?co de vibraci?e turbina revel?e se presenta un paro de rotaci?n operaci? baja potencia, misma que era la condici?e operaci?eleccionada. Se dedujo que la operaci?n baja potencia por per?os prolongados lleva a la acumulaci?e da?or desgaste. El problema se resolvi?diante el ajuste del programa de operaci?ara evitar el paro de rotaci?/p>

   

• Fatiga por Alto Ciclado en ?abe de Cuarta Etapa de Turbina:

  Una falla recurrente de ?be en la secci?aliente de cuarta etapa se rastre?sta llegar al roce de la punta del ?be debido a la alineaci? a problemas de control de claros relacionados con el dise? y la instalaci?La revisi?el dise?ara aumentar los claros elimin? roce y la falla del ?be.

   

• Falla de Tobera de Primera Etapa en Turbina de Gas Aeroderivativa:

  El examen visual indic?e varias toberas presentaban distorsi?ebida a exposici??ica. Las pruebas de flujo revelaron que las paletas distorsionadas eran significativamente deficientes en cuanto a su capacidad de enfriamiento del flujo. La imagen t?ica de la tobera revel? bloqueo del paso interno de flujo. El examen metal?o de las paletas de la secci?evel?sos de flujo bloqueados por una acumulaci?e dep?os de calcio y s?ce, indicando ingesti?e part?las finas de polvo. Se recomend? mejor sistema de filtraci?e aire para el motor.

   

• Falla de ?abe en Compresor de Propulsi?e Turbina de Gas Aeroderivativa:

  El examen metal?o revel?e las picaduras de corrosi?ab? reducido los l?tes de duraci?fectivos del material del ?be. Una estimaci?e los esfuerzos vibratorios se compar?n los de otras etapas, indicando que el ?be en falla ten?probabilidades de soportar esfuerzos vibratorios aceptables si pudiera eliminarse la concentraci?e esfuerzo debida a las picaduras de corrosi?Se recomend? recubrimiento resistente a la corrosi?/p>

• Da?or Flama en una Turbina de Gas Industrial:

  Una flama en la secci?el compresor da?os bujes de las paletas variables y evit?e el rotor funcionara despu?del apagado. La investigaci?el SwRI identific?e la causa m?probable de la flama fue una fuga de las boquillas de gas en la secci?el combustor.

• Fallas de Chumaceras / Cojinetes de Turbina de Gas Aeroderivativa:

  Se examin?a serie de cuatro chumaceras de empuje y de rodillos. Todas las chumaceras mostraron evidencia de sobrecalentamiento que se atribuy?excesivas cargas radiales y/o de empuje y a una cantidad inadecuada de lubricante. Parte del da?e debi? uso de material inadecuado, al tratamiento de calor o a reacondicionamiento excesivo de las chumaceras. Se recomend? mejor control de calidad y se tomaron medidas para evitar la contaminaci?el aceite lubricante.

   

• An?sis de Dise?ara Modificaciones del Sistema de Aceite Lubricante:

  Los propietarios de un compresor de gas aeroderivativo para tuber?deseaban reducir costos mediante la separaci?el sistema de lubricaci?e aceite sint?co para la turbina de gas por un sistema de aceite mineral. El SwRI redise?l sistema de aceite lubricante para proporcionar un control de flujo adecuado a ambos componentes del tren rotatorio.

   

• Falla de Secci?aliente de Turbina de Gas Aeroderivativa:

  Se encontr? da?evero en los ?bes y paletas de la primera y segunda etapas con menos da?n los planos aerodin?cos de las etapas tres y cuatro. Un s??be de primera etapa fall? una secci?e extensi?e ra? creando un da?asivo consecuencial que incluy?percusi?n la carcaza de la turbina. La falla del ?be aislado se atribuye a deficiencias en el material y a una excitaci?xcesiva a partir de las toberas de primera etapa.

   

• Integridad de ?abe y Tobera en Turbina Aeroderivativa para Servicio de Generaci?e Energ?

  Se experimentaron fallas repetidas de ?be y tobera en motores de combustible l?ido. Un an?sis de causa ra?revel?e el combustible o la contaminaci??a caus? fallas por corrosi?aliente en ?bes y toberas HP y PT . Un programa de pruebas de arcoiris de recubrimientos proporcion?tos para dar soporte a las recomendaciones alternativas de recubrimiento de paletas y ?bes para mitigar el problema de corrosi?aliente. Los nuevos recubrimientos mejoraron la confiabilidad de la secci?aliente, lo que mejor?gnificativamente la disponibilidad de la turbina.

   

• Falla de Compresor de Turbina de Gas Aeroderivativa:

  Se rastre? falla hasta llegar a una fatiga del plano aerodin?co en una paleta del compresor de tercera etapa que comenzaba a presentar corrosi?n la l?a media. El plano aerodin?co suelto caus?? secundario consecuente al compresor y a las secciones calientes. El nivel del da?e document?se hicieron recomendaciones para reparaci? reemplazo. Se proporcionaron recomendaciones sobre los recubrimientos para mitigar da?de corrosi? futuro.

   

• Prueba para Validaci?e Flujo de Entrada al Compresor de Turbina de Gas Aeroderivativa:

  Se dise? fabric? modelo a escala de un rollo de entrada; se ajust? ventilador de corriente de aire inducida y se perfilaron las velocidades de flujo. Unas leves modificaciones en la entrada, con base en estos datos, proporcionaron una disminuci?ubstancial en las p?idas de flujo y mejoraron el desempe?e la turbina.

   

• Fatiga de Quemador de Turbina Industrial de Gas:

  El examen metal?o mostr?idencia de que una combinaci?e fatiga por alto ciclado y puntos calientes eran las causas principales del da?Se realiz?a investigaci?tilizando transductores de presi?in?ca y aceler?ros ubicados en la secci?e combusti?Se identific?e el problema era el rugido de un combustor generado por un flujo puls?l en la l?a de suministro de combustible. Se recomend? instalaci?e dispositivos supresores de pulsaci?n las l?as de combustible.

   

• Erosi?el Domo de Combusti?/h2>

  El combustor de una turbina aeroderivativa hab?presentado erosi?n el domo debida a la inyecci?e agua para controlar el NOx. Las pruebas del SwRI indicaron que tanto la corrosi?omo la erosi?fectan el proceso de acumulaci? de da?Estos hallazgos dieron otra direcci?l enfoque de la OEM para un mejor redise?e combustores.

   

• Fallas de Coples en Tren Compresor Energizado por una Turbina Industrial de Gas:

  Se identificaron problemas como resultado de errores de an?sis en el c?ulo de la velocidad cr?ca torsional. Se anex? cople un sistema de calibraci?elem?ica de tensi?lo que mostr?e tres velocidades cr?cas torsionales de diversas severidades estaban dentro del rango de velocidad de operaci?e la turbina. Se recomend?a reparaci?ransitoria para limitar la velocidad de operaci? evitar una excitaci?xcesiva de las velocidades cr?cas torsionales m?severas, mientras se pudiera contar con un cople redise?.

   

• Evaluaci?e la Degradaci?or Servicio y Restauraci?e ?abes de Secci?aliente:

  Se realizaron pruebas en ?bes y recubrimientos de secci?aliente para entender el nivel de degradaci? para cuantificar los efectos de la exposici?e los ?bes al servicio. El SwRI realiz?uebas metal?as y mec?cas para determinar la calidad del proceso de restauraci?tilizado por la OEM para revertir el da?e los ?bes. Se hicieron recomendaciones al usuario de la turbina acerca de la adecuaci?e los componentes para un servicio prolongado.

   

• Altas Vibraciones en una Turbina de Gas Grande para Generaci?e Energ?

  Dos trenes turbina-generador presentaron alta vibraci?n operaci? problemas de arranque debidos a vibraci?xcesiva al pasar por sus velocidades cr?cas. Se utiliz? balanceador de rotor de velocidad y planos m?les desarrollado por el SwRI para reducir la vibraci?asta niveles aceptables a velocidades cr?cas y en velocidad de operaci?p class= "bodytext"> 

• Vibraci?el Armaz?el Intercambiador de Calor en una Planta de Separaci?e Aire:

  Los altos niveles de ruido, vibraci? pulsaci?n el enfriador de primera fase se asociaron con ajustes bajos en las paletas gu?de entrada. Las pruebas incluyeron la frecuencia de resonancia del armaz?el enfriador, mediante pruebas de impacto, mapeo del contorno del modo ac?o a lo largo del enfriador y del compresor, el mapeo de los modos ac?os circunferenciales, de la paleta gu?de entrada y el mapeo de presi?st?ca a lo largo del IGV y en otros puntos del compresor. Se determin?e la causa m?probable era excitaci?or efusi?el v?ce a partir de la separaci?el flujo en el IGV. Se recomendaron varias soluciones alternativas, incluyendo el ahogamiento mediante restricci? alternativa de flujo, el redise?el IGV, del impulsor o la secci?e difusor o bien la asinton?de la ac?a dominante y de la resonancia estructural, alej?olas de las frecuencias de excitaci?eleccionadas.

   

• Diagn?co de Da?el Sello Turbo-Expansor y de la Punta del ?abe:

  Un turbo-expansor en una planta de procesos present?braci?xcesiva que caus??n sellos y roce de las puntas de los ?bes. La prueba modal confirm?e las frecuencias resonantes de la flecha estaban dentro del rango de velocidad de operaci?Una investigaci?e diagn?co revel?e la cubierta y soportes del rotor estaban sometidos a cargas excesivas debidas a la expansi??ica de las tuber? de conexi?ue estaban inadecuadamente aisladas mediante juntas de expansi?El redise?e las juntas de expansi?olucion? problema.

   

• Fuego Cruzado de Fuelles de Tuber?en Turbina Industrial de Gas:

  Un examen metal?o revel?llas de fuego cruzado en fuelles. La fatiga por alto ciclado, el diagn?co de vibraci? partir de sensores instalados en sitio y pruebas ulteriores en las instalaciones del SwRI revelaron excitaci?e efusi?el v?ce en correspondencia con las frecuencias naturales de la estructura de los fuelles.

   

• Falla de ?bes en el Difusor de Escape en Turbina de Gas:

  Una investigaci?iagn?ca en sitio utilizando calibradores de tensi?or temperatura en el ?be del difusor mostr?tos niveles de tensi?n correspondencia con las frecuencias naturales identificadas mediante pruebas modales de impacto. Los datos de pulsaci?evelaron una intensa fuente ac?a en correspondencia con niveles tensionales en un rango de frecuencia de 200-Hz. Estas pulsaciones se atribuyeron a mecanismos de efusi?el v?ce.