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Huellas de desgaste en el casquillo de la turbina tipo “Francis” -– ¿una cuestión de alineamiento potencial?

El Equipo de Servicio de Sistemas de Alineamiento de PRÜFTECHNIK ha recibido un interesante encargo de una central hidroeléctrica en el rio Isar. Se ha encontrado una huella de desgaste en el casquillo de una turbina tipo Francis y en su generador asociado y PRÜTECHNIK ha sido nombrado el encargado de identificar la causa principal.

La estación hidroeléctrica se puso en funcionamiento en 1924 y utiliza una diferencia de altura de 26 m en el Canal Central de Isar para generar electricidad, con 4 turbinas verticales tipo Francis F9-MW. En esta central de eléctrica, el generador está situado por encima de la turbina y está conectado a través de un casquillo montado sobre el eje vertical (Imagen 1)

Disposición del generador y de la turbina

El agua que se acumula en el Canal Isar por encima de la central fluye del sur. En el resto de este informe, ascendente se utilizará para indicar este flujo y descendente para el flujo del agua descargada desde la central hacia el norte. Los términos este y oeste se utilizarán para indicar esas direcciones respectivamente.

Desgaste desigual en los casquillos
En el transcurso de una revisión programada, se descubrió un desgaste desigual atípico en el casquillo de la turbina Francis y en el casquillo inferior del generador. El desgaste en el rodamiento del generador apareció en la parte ascendente y el de la turbina (Imagen 2) en la descendente.

Desgaste en la parte descendente de la turbina

Desgaste en la parte descendente de la turbina

El equipo de revisión realizó un test de la línea de plomo en el casquillo de la parte superior del generador. Esto indicó un claro desajuste descendiente de 2-mm de los rodamientos. El operario de la central contactó con PRÜFTECHNIK Alignment Systems para realizar una medición con láser y confirmar los resultados del test de línea de plomo. El equipo de servicio de PRÜFTECHNIK realizó las mediciones en dos etapas.

Alta precisión con un sistema óptico de medición laser
La primera etapa conllevaba chequear el alineamiento entre rodamientos. Esto se realizó utilizando el sistema de medición CENTRALIGN. Este dispositivo mide el alineamiento de agujeros y rodamientos, uno en relación con el otro, con un alto grado de precisión.

Primero, se montó el láser del sistema en el rodamiento del generador superior utilizando un soporte magnético (Imagen 3).

Montaje del laser


Montaje del láser

El contador de piezas del láser es el sensor. Montado en un Soporte, se sujeta directamente utilizando un soporte especial de montaje rápido en el casquillo calculando que permita girar (Imagen 4)

montaje del sensor


Montaje del sensor

La medición se efectuó con varios puntos de muestreo en dos planos de medición en cada casquillo. El láser actúa casi como una línea de referencia del sensor. Después, el sensor trasmite los datos de medición de forma inalámbrica a la unidad de control CENTRALIGN Ultra. Se calculó la inclinación de cada casquillo además de su alineamiento entre unos y otros. El sistema de medición de ROTALIGN Ultra es capaz de conseguir mediciones precisas de 1-2/100 mm por metro de la sección medida.

Los rodamientos de carga axial superior del generador tienen un gran impacto en la posición del eje vertical. Cualquier error en el ángulo de este rodamiento afectará al movimiento axial del casquillo. Por ello es esencial que este rodamiento de soporte este nivelado.

En la segunda fase del proceso de medición, el Equipo de Servicio de PRÜFTECHNIK verifica el nivel utilizando un sistema de medición de ángulo de alta precisión INCLINEO (Imagen 5).

Verificación de INCLINEO

Verificación del alineamiento horizontal del rodamiento de Soporte con INCLINEO

INCLINEO es capaz de medir superficies tanto absolutas (por ejemplo:”bajo agua”) como relativas –y puede hacer esto con la célula medición rotatoria en posición horizontal o vertical. La brida del cojinete de soporte se utiliza para determinar si está lisa y nivelada. Aunque la brida en si misma estaba relativamente nivelada, mostraba una inclinación de 2/10 mm en la parte ascendente de un diámetro de brida de 1.6m

Resultados por bluetooth


Resultados de medición transferidos vía Bluetooth al ordenador ROTALIGN Ultra

Desgaste desigual resultante de un desajuste del rodamiento

Junto a las mediciones de alineación del rodamiento, el patrón del eje de movimiento fue también un buen indicador del desgaste desigual de los casquillos. Mientras los rodamientos estaban correctamente alineados este-oeste, parecía que en el eje ascendente-descendente estaban desalineados teniendo el rodamiento del generador inferior alejado 0.3 mm en la parte descendiente. Esto explicó el contacto con el eje y el incremento en el desgaste en la parte ascendente del casquillo. Un patrón similar se pudo ver en el rodamiento de la turbina. En este caso, el rodamiento estaba alejado 0.15 mm ascendente. Esto se ajusta al patrón de desgaste en el rodamiento de la turbina inferior que estaba concentrado en la parte descendente del rodamiento. Los resultados por tanto confirmaron que las sospechas iniciales del operador de la central de que los desgastes desiguales que estaban ocurriendo en los casquillos estaban causados por algún tipo de desalineación.

Los informes constituyen un buen punto de referencia para medidas posterior. El rodamiento del generador inferior se corrigió en 0.3 mm en la parte ascendente y el rodamiento de soporte axial superior fue nivelado ligeramente en 2/10 mm. Un seguimiento a las mediciones de alineamiento del rodamiento permitieron a los Equipos de Servicio de PRÜFTECHNICK utilizar el nuevo sistema ROTALING Ultra Hydropower para medir los rodamientos del eje vertical de dos piezas (el eje de accionamiento entre la turbina y el generador) Mientras tanto, los dos segmentos de 4 metros del eje existente se volvieron a montar. El test de impacto inicial fue bien, sin vibraciones significantes ni de la turbina, ni del generador. El realineamiento de los rodamientos obviamente dio sus frutos. No obstante, es interesante remarcar que los dos segmentos del eje se posicionaban relativamente uno a otro. Esto hizo posible comprobar el canal de corrección del casquillo. Si hubiera habido cualquier desalineación, el eje se hubiera arqueado

El equipo también quiso identificar la posición del eje en relación a la perpendicular. En este caso, los métodos convencionales como puede ser una línea de plomo no son adecuados. En condiciones óptimas, este dispositivo de prueba puede conseguir un nivel de precisión de aproximadamente 0.5 mm/m, lo que es insuficiente. Aquí es donde el sistema de medición ROTALINGN Ultra Hydropower de PRÜFTECHNIK tiene sentido. El sistema incluye la potente plataforma ROTALIGN Ultra y el dispositivo de medición de inclinación de alta precisión INCLINEO. INCLINEO es un inclinómetro electrónico de gran precisión que registra valores de inclinación relativos a menos de 0.01 mm/m, que posteriormente lo transmite de forma inalámbrica al ROTALIGN Ultra para que sean analizados y mostrados en pantalla.

Resultados de medición 1


Resultados de la Medición; aberración de 0.03mm en un segmento de 4m de longitud

El proceso de medición: como con los demás dispositivos PRÜFTECHNICK, el ROTALINGN Ultra hydropower realiza mediciones en tres etapas. Una vez que se han instalado los sensores, se introducen en la unidad de control las dimensiones de las secciones del eje a ser medidas. El siguiente paso es tomar medidas. La medición de inclinación se basa en el tipo de transmisión. Se toman dos medidas en cada una de los puntos opuestos en el eje y hay dos formas de hacerlo:

  • Si el eje rota, se fija INCLINEO al eje y rota con él (medición circular)
  • Si el eje no rota, se pone INCLINEO en dos posiciones opuestas en el eje (medición estática)

Las mediciones, son por lo tanto las que se toman en cada segmento del eje por lo menos en cada una de las cuatro direcciones (este, oeste, ascendente y descendente). En este ejemplo, el eje de la estación hidroeléctrica rotó y se fijó INCLINEO a los segmentos del eje utilizando una fuerte base magnética. Se tomaron dos mediciones circulares de cada segmento del eje para comprobar la reproductividad de las mediciones

Resultados de medición 2

Resultados de la Medición, aberración de 0.65mm en ángulo de 8m de longitud total

El paso final se ocupa de los resultados de la medición (Imagen 6)
ROTALIGN Ultra hydropower mostró que la posición de los segmentos del eje mostraban una diferencia de sólo 3/100 en segmento de 4 metros de longitud (Imagen 7a) un valor muy bajo. Esto demuestra que los rodamientos están ahora muy bien colocados. Examinando la perpendicular da un desplazamiento de 0.65mm en toda la longitud del eje de 8 metros descendente (Imagen 7b) y hacia el oeste. Si se necesita, se puede mejorar el alineamiento perpendicular del eje ajustando el cojinete de empuje superior. No obstante, según el operario, este valor no afecta al funcionamiento de la turbina, más bien es la alineación de los dos segmentos del eje los que tienen más importancia. Los ejes en sí mismos y la alineación del rodamiento son precisos y están muy bien alineados unos a otros. El daño del rodamiento en el generador inferior y en el rodamiento de la turbina es ahora una cosa del pasado. Con el nuevo ROTALIGN Ultra Hydropower el usuario tiene un sistema de medición de alta precisión y alta velocidad capaz de determinar la posición relativa de los ejes verticales y asegurar que están perpendiculares sin utilizar la línea de visión.

Contacto:
Anne-France Carter
Tel.: +4-89-99616-235
Email: anne-france.carter@pruftechnik.com
PR‹FTECHNIK AG
Oskar-Messter-Str. 19-21
85737 Ismaning, Germany
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