Pregunta:
¿Cómo lidian las grandes turbinas con la asimetría y el ritmo que surge de ellos?
sharptooth
2015-02-24 19:39:22 UTC
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Una turbina grande utilizada en una planta eléctrica puede tener fácilmente más de 10 metros de diámetro y girar a más de 70 RPM. En caso de producirse alguna asimetría, la turbina giratoria producirá un golpe que tarde o temprano destruirá la planta. Crear una turbina tan grande y perfectamente simétrica parece un desafío difícil.

¿Cómo se resuelve este problema? ¿Por qué el golpe de la asimetría de la turbina no causa daños mecánicos?

Tenga en cuenta que 70+ es un poco vago: algunos funcionan a miles de rpm (por ejemplo, turbina de gas MS9000 - 3000 rpm)
Los grandes generadores de la red eléctrica no funcionan a solo 1,2 Hz. Eso es demasiado lento. Por lo general, funcionan a la frecuencia de línea, que es de 50 o 60 Hz, según la parte del mundo en la que se encuentren. Esto es lo más lento que pueden funcionar, ya que una revolución es un ciclo de salida completo.
@OlinLathrop a menos que haya múltiples inversiones magnéticas por rotación (aunque es poco probable)
Los generadores multipolares @ratchet: existen, pero los grandes generadores a gran escala son unipolares que yo sepa.
Tres respuestas:
#1
+13
Olin Lathrop
2015-02-24 20:45:14 UTC
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Se hace con cuidado. Muchas otras máquinas rotativas tienen el mismo problema, y ​​existen sistemas completos solo para solucionarlo.

Por ejemplo, los motores a reacción suelen ser más pequeños, pero también suelen girar mucho más rápido. Equilibrar un motor a reacción es algo que recibe mucha atención en la fabricación, y nuevamente en cualquier momento cuando se vuelve a armar después de haber sido suficientemente desmontado. He trabajado en sistemas de metrología diseñados para medir la no redondez de unas pocas µm de piezas circulares de un metro o más de diámetro. Las grandes instalaciones de mantenimiento tienen tales sistemas, además de los fabricantes.

Vi que un método de equilibrio utilizaba una acumulación de múltiples "placas". Estas placas eran estructuras en forma de anillo que serían parte del sistema de hilado. Ninguna placa se pudo fabricar exactamente correctamente. El sistema de metrología mediría con precisión las asimetrías de cada placa, luego calcularía la orientación que las placas múltiples tienen que montarse juntas para hacer un objeto más grande que fue equilibrado con alta precisión.

También hay otras técnicas, como constrúyalo lo mejor que pueda, luego equilibre después. De hecho, en la práctica se emplean múltiples técnicas, equilibrando siempre el montaje final una de ellas. Esto se parece mucho al equilibrio dinámico de neumáticos. La turbina se hace girar lentamente y las vibraciones se miden sincrónicamente con las rotaciones. A partir de eso, un sistema informático calcula cuánto peso agregar o quitar dónde.

El esquema más común que he visto es perforar agujeros o hendiduras en cierta área de metal que queda disponible para ese propósito. La computadora le dirá dónde perforar y qué diámetro basándose en el análisis de las vibraciones. En otro caso, tenemos un producto electrónico que giró como parte de su funcionamiento normal. En este caso, dejamos algunas almohadillas de soldadura con orificios pasantes en diferentes ángulos del eje. Luego, el analizador de vibraciones sugirió qué almohadillas rellenar con soldadura, lo que fue realizado manualmente por un técnico en este caso.

Este proceso general de medición y ajuste se repite hasta que las vibraciones están por debajo de un nivel especificado. A pesar de las mejores mediciones y algoritmos, ningún ajuste parece anular las vibraciones tanto como debería en teoría.

#2
+3
ratchet freak
2015-02-24 19:50:43 UTC
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Contrapesos ajustables.

Las ruedas y los neumáticos de su automóvil no se fabrican perfectamente circulares, pero después de que se pone el neumático (o se va a reequilibrar) el mecánico vira a los pesos para poner el centro de masa más cerca del eje. La turbina se puede equilibrar durante el mantenimiento normal de manera similar.

Recuerde también que 70 rpm son aproximadamente 1,2 Hz. Y la estructura de la planta se diseñará para tener una frecuencia natural que no sea un armónico de la velocidad típica de la turbina.

#3
+2
alephzero
2015-02-25 05:35:07 UTC
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Es posible que no se requieran contrapesos adicionales. Las palas individuales del rotor tendrán masas ligeramente diferentes debido a las tolerancias de fabricación. En los motores de avión, cada pala se pesa con precisión y las diferentes masas se disponen alrededor del eje para mejorar el equilibrio.

Además, el rotor puede diseñarse para funcionar más rápido que su velocidad crítica de giro en funcionamiento normal. En esa situación, tiende a centrarse automáticamente y los cojinetes pueden "flotar" sobre una película de aceite, de modo que el rotor gira alrededor de su centro de masa, no de su centro geométrico. Las grandes fuerzas de desequilibrio solo ocurren durante un breve período de tiempo en el arranque y apagado, cuando el rotor acelera / desacelera a través de la velocidad de giro.

Un problema relacionado es que cuando la máquina se apaga, el calor residual aumenta naturalmente y la diferencia de temperatura entre la parte superior e inferior puede hacer que el rotor se desequilibre. Para evitar esto, el rotor se puede conducir continuamente a una velocidad lenta (por ejemplo, 1 RPM) cuando la máquina está nominalmente "parada" hasta que el rotor se haya enfriado, lo que puede llevar varias horas para una turbina grande.



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