Diagnóstico y prognosis en problemas dinámico/ estructurales ocurridos en componentes de turbomaquinaria de alto desempeño

Abstract

Se presenta el desarrollo de herramientas tecnológicas útiles para el diagnóstico y prognosis en problemas dinámico/estructurales ocurridos en componentes de turbomaquinaria de alto desempeño, tales como álabes y rotores. Se ha desarrollado la metodología para determinar las fuerzas inducidas por el flujo en álabes; a través de su caracterización completa, tanto en frecuencia como en amplitud, es posible realizar mejores estimaciones de la aparición y desarrollo de fisuras en este tipo de componentes. Por otro lado, y a partir de un análisis de estabilidad lineal y no lineal realizado a un rotor fisurado, se ha desarrollado un método para identificar fallas en los rotores de maquinaria rotatoria; este método considera las características no lineales de la máquina y funciona adecuadamente con bajos valores de desbalance y amortiguamiento en el rotor. Por último, ha sido posible obtener una expresión cerrada que permite calcular el factor de intensificación de esfuerzos en una fisura transversal durante la operación de un rotor. La realización del presente trabajo se valió del Laboratorio de Vibraciones y Rotodinámica del Instituto Politécnico Nacional y se contó con el apoyo del taller de Santa Cecilia de la Comisión Federal de Electricidad (CFE). Lo anterior tanto para la realización de pruebas experimentales como para la obtención de condiciones de frontera y datos de operación de diversos equipos rotatorios. En el desarrollo del trabajo se utilizaron diversas técnicas avanzadas de análisis tales como la técnica de CFD conocida como Moving mesh, que considera el cambio de posición de la fila de álabes móviles con respecto a la fila de toberas de la etapa de la turbina, con lo que se obtiene la fuerza transitoria inducida por el flujo sobre el álabe móvil. Adicionalmente se ha utilizado el criterio de Floquet de estabilidad en sistemas dinámicos lineales y los exponentes de Lyapunov, que permiten determinar la estabilidad de un sistema dinámico, pero considerando sus características no lineales