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martes, 19 de febrero de 2019

Turbinas de Gas Principales Averías


Transcibo aquí un artículo de http://www.turbinasdegas.com en la que se enumeran de una forma muy sintética las fallas mas comunes en generadores de gases. Estas fallas son comunes tanto para instalaciones terrestres como para instalaciones marinas, por lo que las veo como de mucha utilidad.

El universo de fallas en generadores de gas es enorme, pero en este artículo el autor enumera una línea de fallas frecuentes, que a veces son aisladas, y otras veces originan o se combinan con otras dificultando al técnico un ráapido y correcto diagnóstico.

Principales Averías en Turbinas de Gas

➤Fallos en el compartimiento de filtros de aspiración de aire.
Es un fallo importante ya que el filtrado del aire se encarga de intentar que el aire entre lo más limpio posible de partículas y objetos extraños al compresor, ya que cualquier objeto por partícula sólida por muy pequeña que sea puede ocasionar graves daños a nuestro equipo, los posibles fallos que se suelen dar son los siguientes:

  • Roturas de filtros.
  • Conductividad alta en agua.
  • Entrada de suciedad por cierre no estanco del compartimiento de filtros de aspiración de aire , por ejemplo que no esté bien cerrada la puerta de acceso.
  • Corrosión en el compartimiento de filtros de aspiración de aires.

➤Fallos en álabes (compresor y turbina de expansión)

El fallo en los álabes es un muy delicado ya que los álabes son los encargados de impulsar el aire en el compresor y de aprovechar los gases de combustión para mover la turbina, por lo que están sometidos a esfuerzos y cargas térmicas muy grandes, todo ello girando a altas velocidades, lo que puede provocar que pequeños defectos en su superficie se hagan importantes al poco tiempo, pudiendo llegar a romperse el alabe y provocando un gran desastre en el interior de la turbina, a continuación a exponer algunos de los más importantes:

  • Impactos (FOD, Foreign Object Damage y DOD, Domestic Object Damage).
  • Fisuras (cracks).
  • Rotura por velocidad crítica.
  • Pérdida de recubrimiento cerámico (coating loss).
  • Obstrucción de orificios de refrigeración.
  • Corrosión (fretting).
  • Erosión.
  • Roces (Rubbing).
  • Deformación por fluencia térmica (creep).
  • Sobretemperatura (overfiring).
  • Decoloración (en compresor).

➤Fallos en cámara de combustión

La cámara de combustión es el lugar donde se produce combustión del combustible con el comburente en ella se pueden alcanzar muy altas temperaturas y presiones, que provocarían la destrucción del metal si este se encontrase desnudo por ello se ha de recubrir de materiales cerámicos y estar refrigerado, siendo este uno de los fallos posibles que se pueden dar en esta parte del grupo, pero también hay otros como los siguientes:

  • Llama pulsante, provoca una vibración.
  • Pérdida de material en las placas de recubrimiento (TBC spallation).
  • Sobretemperatura en lanzas, provocando su degradación.
  • Sobretemperatura en piezas de transición, lo que puede llevar a su rotura como se muestra en la siguiente imagen.

➤Fallos del rotor

El rotor es el elemento que nos une todo el sistema en la turbinas de un solo eje, por lo que un fallo en el es muy importante ya que al unir turbina, compresor, generador y turbina de vapor, el fallo puede ser comunicado a todo el sistema con lo que ello supondría de desajustes y daños. Los posibles fallos que de pueden dar en el rotor son:

  • Bombeo del compresor, no entra suficiente caudal de aire.
  • Ensuciamiento del compresor.
  • Vibración que puede estar causada por las siguientes circunstancias:
  1. Mal estado de sensores de vibración o tarjetas acondicionadoras de señal.
  2. Desalineación.
  3. Falta de presión o caudal de aceite.
  4. Mala calidad de aceite: aceite con agua o con viscosidad inadecuada.
  • Desequilibrio por:
  1. Incrustaciones.
  2. Rotura de un alabe.
  3. Equilibrado mal efectuado.
  4. Vibración en alternador o reductor.
  5. Fisura en el eje.
  6. Curvatura del eje.
  7. Cojinetes en mal estado.
  8. Defectos en la bancada.


➤Ingestión, que consiste en una reacción en cadena como consecuencia de la rotura de un alabe o por la introducción de un objeto que provoque la rotura de álabes, pudiendo dejar la turbina como en la siguiente imagen.

Ingestión en rotor de turbinas.

Una fisura en el rotor, no tiene solución permanente solo temporal. Aparece cuando una grieta superficial progresa, se detecta por el aumento de vibración, que no se corrige con nada, el problema es que no se suele tener un rotor de repuesto, y en muchos casos hay que fabricar uno nuevo, con todo esto hay que tener en cuenta a la hora de seleccionar una turbina, que hay que elegir una turbina cuyo fabricante garantice la disponibilidad inmediata de un rotor.


➤Fallos de la carcasa

La carcasa es la encarga de cubrir el compresor, cámara de combustión y turbina, sirviendo también de soporte a los álabes fijos y móviles, para las conducciones de combustible y los diversos instrumentos, por lo que al ser la encargada de cubrir todo el sistema se debe vigilar su perfecto estado para no tener fugas de aire que nos hagan perder presión, o que provoquen la entrada de objetos extraños, con el consiguiente riesgo para la turbina. Los fallos más comunes son:

  • Fisuras en la carcasa.
  • Fugas de aire por carcasa.
  • Perno bloqueado, los tornillos de sujeción se ha podido quedar soldados en sus agujeros.

➤Fallos en cojinetes

Los cojinetes son unos elementos esenciales, ya que es ahí donde va apoyado el rotor y por tanto todo el sistema, también nos evitan los desplazamientos hacia delante o detrás del sistema, ya que la turbina provoca un empuje. Se utilizan cojinetes antifricción ya que los rodamientos no aguantarían el peso de semejante sistema, los cojinetes tienen una capa de un metal llamado Babit, que permite girar al rotor con un rozamiento muy pequeño, pero es un metal muy delicado que hay que cuidar para evitar su degradación y por tanto el comienzo de posibles problemas. Los posibles fallos que se pueden dar en esta pieza son los siguientes:

  • Desplazamiento axial excesivo.
  • Fallos en la lubricación.
  • Desgaste del material antifricción.
  • Golpes y daños en material antifricción.
  • Problemas de lubricación:
  1. Agua en el aceite.
  2. Contaminación.

➤Fallos de control y de la instrumentación

La probabilidad de fallo es estable en toda la vida del equipo, pero hay veces que todo el sistema puede estar funcionando bien, pero que sean los sensores que nos tendrían que indicar los fallos los que estén funcionando mal, y nos estén dando falsos fallos que nos podrían hacer parar la central y a la hora de ir a ver la avería ver que todo esta correcto y que ha sido un fallo del sensor que como todo se puede estropear, por lo que para evitar estas falsas alarmas se utiliza el sistema 2 de 3, esto es, tenemos 3 sensores para controlar la misma cosa, solo en caso de que 2 de esos 3 sensores nos adviertan de fallos debemos hacerlos caso, ya que puede ser que si solo fuese uno podría estar averiado.


Existen determinados factores aumentan la probabilidad de fallo como son:

  • Temperatura.
  • Humedad.
  • Polvo y suciedad.
  • Tensión de alimentación.
  • Los fallos más habituales en el sistema control podemos destacar los siguientes:
  1. Sensores de temperatura.
  2. Sensores ópticos.

El fallo del sistema de control de demanda, por lo que para mitigarlo en la medida de lo posible se debe hacer:

  • El sistema de control de demanda debe ser redundante.
  • Toda la instrumentación (incluidos sensores, transmisores y tarjetas de bus de datos) debe tenerse disponible en stock en la planta para un eventual reemplazo inmediato.
https://elmaquinante.blogspot.com/p/blog-page_52.html

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ENTRADAS RELACIONADAS

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FUENTE:

http://www.turbinasdegas.com/principales-averias


domingo, 17 de febrero de 2019

TURBINAS Álabes

Álabes


Un álabe es la paleta curva de una turbomáquina o máquina de fluido rotodinámica. Forma parte del rotor  y, en caso de los álabes estatóricos, también del difusor o del distribuidor. Los álabes desvían el flujo de corriente, bien para la transformación entre energía cinética y energía de presión por el principio de Bernoulli, o bien para intercambiar cantidad de movimiento del fluido con un momento de fuerza en el eje.


Todos lo turbomotores poseen dos tipos de álabes:
  • Rotóricos (blades)
  • Estatóricos (también llamados vanos)

Corte y vista del interior de un álabe de turbina.
En el caso de las máquinas generadoras, esto es, bombas y compresores, los álabes rotóricos transforman la energía mecánica del eje en entalpía. En las bombas y compresores con difusor, los álabes del estator recuperan energía cinética del fluido que sale del rotor para aumentar la presión en la brida de impulsión. En las bombas, debido al encarecimiento de la máquina que ello conlleva, se dispone de difusor únicamente cuando obtener un alto rendimiento es muy importante, por ejemplo en máquinas de mucha potencia que funcionan muchas horas al año.

Álabes de un compresor axial.
En las máquinas motoras, ya sean turbinas hidráulicas o térmicas, la rueda transforma parte de la entalpía del fluido en energía mecánica en el eje. Los álabes estatóricos o vanos del distribuidor conducen la corriente fluida a la rueda con una velocidad adecuada en módulo y dirección, transforman parte de la energía de presión en energía cinética y, en aquellos casos en que los álabes son orientables, también permiten regular el caudal.

Paquetes de vanos formados por álabes estatóricos .


Álabes rotóricos.
Álabes rotóricos.

Álabes estatóricos.
En la zona caliente de la turbina, las llamadas "cajas de toberas" que guían los gases provenientes de las cámaras de combustión hacia las turbinas de alta y baja presión, están formadas por álabes individuales especiales y con refrigeración interna para soportar las altas temperaturas de los gases que pasan a través de ellos.

Álabe estatórico de entrada de gases a una de las turbinas de un turbomotor.
Particularidades de un álabe de zona caliente:
  • Diseño que debe soportar gran estrés térmico.
  • Refrigeración de los álabes el calor es transferido desde la superficie del álabe al aire refrigerante mediante métodos convectivos, o por el paso de aire por la superficie interna a través de orificios existentes en los álabes.
  • Materiales: Aleaciones en base a Niquel. Pequeños contenidos de cromo mejoran mucho su resistencia a la corrosión.
  • Se utilizan álabes monocristalinos para evitar problemas de bordes de granos, que por las condiciones de operación generan problemas de creep, fatiga, stress, etc.
Evolución en el diseño de refrigeración de vanos guías.

https://elmaquinante.blogspot.com/p/blog-page_52.html

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ENTRADAS RELACIONADAS

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FUENTES:

M.J.D.

http://www.turbinasdegas.com/alabes

EDUARDO SANES "Turbinas de Gas"