ES2284155T3 - Procedimiento y dispositivo para detectar suciedad en componentes de una turbina. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para detectar suciedad en componentes de turbina de una turbina (3), caracterizado porque se calcula al menos un parámetro de vibración actual de al menos un componente de turbina.
Description
Procedimiento y dispositivo para detectar
suciedad en componentes de una turbina.
La invención se refiere a un procedimiento, así
como a un dispositivo, para detectar suciedad en componentes de
turbina de una turbina, en particular de una turbina de gas para
generar energía eléctrica, tal como se conoce por la US 454
8040.
En una turbina para generar energía eléctrica se
transforma la energía contenida en un medio de trabajo en energía
de rotación de la turbina, con lo que se acciona un generador
acoplado a la turbina y se pone a disposición potencia
eléctrica.
Se conocen diversos tipos de turbinas, por
ejemplo turbinas de gas o turbinas de vapor.
En turbinas de gas se genera el gas caliente
utilizado para accionar la turbina de gas usualmente en una cámara
de combustión, pudiendo utilizarse como combustible para los
quemadores por ejemplo aceite pesado o nafta.
En la combustión de estos combustibles se forma
gas caliente, que contiene partículas de suciedad.
El gas caliente se lleva a los álabes de turbina
de la turbina y genera entonces una rotación de la corona de álabes
de la turbina.
Todos los componentes de la turbina que están en
contacto con el gas caliente están amenazados por la suciedad, ya
que durante el contacto del gas caliente con impurezas con los
componentes de la turbina se deposita al menos una parte de las
partículas de suciedad sobre los componentes de turbina. Al respecto
se ven especialmente afectados los álabes de la turbina.
Debido a la suciedad se modifican las
propiedades de la turbina, en particular su rendimiento. Además,
esta suciedad puede dar lugar también a una carga desmedida de la
turbina.
La suciedad forma usualmente depósitos
indeseados sobre los componentes de turbina afectados, influyendo el
combustible utilizado, las condiciones ambientales o el tipo de
servicio de la turbina, sobre la intensidad y/o la rapidez con la
que se forman estos depósitos.
Los depósitos deben ser eliminados mediante una
limpieza de los componentes de turbina afectados.
Para ello se conoce la realización de esta
limpieza a intervalos de inspección fijos. Entonces se realiza
usualmente con antelación una comprobación visual de los componentes
de la turbina, debiendo desmontarse no obstante al menos una parte
de la turbina para poder realizar la comprobación visual.
De la comprobación visual puede resultar por
ejemplo que realmente aún no es necesaria una limpieza o que por
otro lado tal vez incluso hay componentes de la turbina que están ya
dañados.
Con la prescripción de intervalos fijos de
limpieza es más o menos casualidad la detección del instante ideal
para la limpieza.
La invención tiene por lo tanto como base la
tarea de indicar un procedimiento mejorado así como un dispositivo
para detectar suciedad en componentes de turbina de una turbina,
mediante el cual se evite en particular un desmontaje de la
turbina.
Por lo demás, deben permitir este procedimiento
y el dispositivo determinar un instante para la limpieza lo más
óptimo posible.
En cuanto al procedimiento, se resuelve la
invención mediante un procedimiento para detectar suciedad en
componentes de turbina de una turbina en el que durante el
funcionamiento de la turbina se calcula al menos un parámetro de
vibración actual de al menos un componente de la turbina.
La invención parte entonces de la consideración
de que en particular los componentes giratorios de una turbina
ejecutan una vibración a consecuencia de las fuerzas que actúan
sobre los mismos.
Esta vibración puede ser más o menos fuertemente
acusada en cuanto a su amplitud y/o amortiguamiento y abarcar desde
un choque que se extingue rápidamente hasta una vibración armónica
no amortiguada.
Por lo demás, puede incluirse como parámetro de
vibración la frecuencia con la que vibra el componente de turbina
afectado.
Señalemos que tales vibraciones pueden
detectarse en cualquier situación de servicio de la turbina, es
decir, también durante el funcionamiento normal.
Ventajosamente se averigua el parámetro de
vibración durante el funcionamiento de la turbina.
Algunas propiedades de vibración de un
componente de turbina cargado con un gas caliente con impurezas se
manifiestan durante el funcionamiento de la turbina cuando la
turbina está cargada con gas caliente y los álabes de la turbina se
encuentran en rotación.
Tal como ya se ha mencionado, actúan sobre los
componentes de una turbina que se encuentra en funcionamiento
fuerzas, como consecuencia de las cuales los componentes afectados
reaccionan con una vibración más o menos acusada como reacción. El
tipo de vibración así provocada depende entonces del grado de
suciedad del componente. Por ejemplo se modifica como consecuencia
de la suciedad la masa del componente. De esta manera la vibración
que resulta durante el funcionamiento de este componente está más
fuertemente atenuada que la de un componente no afectado por la
suciedad y/o presenta otra frecuencia. Cuando se averigua entonces
un parámetro de vibración de este tipo del componente de turbina
que se encuentra en funcionamiento, pueden sacarse conclusiones a
partir de ello relativas a la suciedad del componente de la turbina
y determinar un plan de limpieza.
En otro perfeccionamiento ventajoso de la
invención, se averigua el parámetro de vibración durante una parada
de la turbina.
Durante una parada de la turbina no actúa sobre
los componentes de la turbina ninguna fuerza exterior. Las
propiedades de vibración del componente pueden no obstante haber
variado en la fase de funcionamiento precedente.
Por ejemplo, se desplaza la frecuencia propia de
un componente afectado por la suciedad en comparación con la de un
componente no afectado por la suciedad.
Durante la parada de la turbina puede observarse
esto activando directa o indirectamente el componente, por ejemplo
mediante un choque, y midiendo la vibración del componente que
resulta.
Ventajosamente se compara el parámetro de
vibración con un valor de referencia de la vibración que está
asociado al correspondiente componente de la turbina no afectado
por suciedad. Por ejemplo, puede averiguarse la frecuencia propia
del componente de turbina afectado por la suciedad y del
correspondiente similar no afectado por la suciedad y comparar una
con otra.
Cuando hay una desviación entre ambos valores,
puede deducirse que hay suciedad en el componente de turbina
investigado.
En otro perfeccionamiento ventajoso, el
componente de turbina es un álabe de turbina.
Los álabes de turbina son aquellos componentes
de la turbina que durante el funcionamiento tienen el contacto más
intenso con el gas caliente. Por ello hay que contar con que los
depósitos de suciedad se formen en especial sobre los álabes de la
turbina y de esta manera perjudiquen el funcionamiento de la
turbina. Por ello es especialmente ventajoso investigar uno, varios
o todos los álabes de turbina de la turbina en cuanto a su parámetro
de vibración actual, para poder detectar a tiempo suciedades.
En un perfeccionamiento especialmente ventajoso,
se calcula para una cierta cantidad de componentes de turbina que
funcionan de manera similar al menos un parámetro de vibración
común.
Usualmente están dispuestas varias filas de
álabes de turbina una detrás de otra y son recorridas una tras otra
por el flujo de gas caliente. Con ello funcionan los álabes de
turbina de una de estas filas de manera comparable, dado que estos
álabes de turbina son cargados en paralelo con gas caliente. Como
consecuencia de la estructura simétrica de la turbina, en
particular en cuanto a la disposición de los álabes giratorios,
reciben por lo tanto la misma carga los álabes de turbina de una
fila de álabes.
En otro perfeccionamiento ventajoso, conduce el
componente de turbina gas caliente.
Bajo tales componentes de turbina no se
encuentran sólo los antes citados álabes de turbina, sino también
otros componentes que toman contacto con el gas caliente, como por
ejemplo tuberías de entrada y/o salida del gas caliente. En este
perfeccionamiento de la invención pueden investigarse también tales
componentes de turbina en cuanto a la suciedad.
De manera especialmente preferente, incluye el
parámetro de vibración una frecuencia propia y/o una frecuencia de
vibración y/o una amplitud de vibración y/o un parámetro de
amortiguamiento y/o un comportamiento de extinción de la vibración
del componente de turbina.
Estos parámetros de vibración pueden averiguarse
durante el funcionamiento o durante una parada de la turbina.
Durante el funcionamiento no deben activarse usualmente los
componentes de turbina a investigar para calcular estos parámetros,
ya que los mismos son activados durante el funcionamiento de todos
modos produciendo vibraciones como consecuencia de las fuerzas que
actúan sobre los mismos (por ejemplo fuerzas centrífugas y/o ligeros
desequilibrios). Se averigua entonces el correspondiente parámetro
de vibración relativo a esta vibración o vibraciones.
Durante una parada de turbina es por el
contrario la mayoría de las veces necesario determinar el parámetro
de vibración activando el componente de turbina directa o
indirectamente, por ejemplo mediante un choque y averiguándose el
parámetro de vibración que de ello resulta.
La invención lleva además a un dispositivo para
detectar suciedad en componentes de turbina de una turbina,
previéndose al menos una unidad de sensor para averiguar al menos un
parámetro de vibración actual de al menos un componente de la
turbina.
Otras formas constructivas preferentes de un
dispositivo correspondiente a la invención se reflejan en las
correspondientes reivindicaciones dependientes.
A continuación se presentará más en detalle un
ejemplo de ejecución de la invención. Se muestra en:
Figura 1 un dispositivo correspondiente a la
invención para detectar suciedad en componentes de turbina de una
turbina.
En la figura se representa un dispositivo
correspondiente a la invención 1 para detectar suciedad en
componentes de turbina de una turbina 3.
La turbina 3 es preferentemente una turbina de
gas, cuyos álabes de turbina son accionados por gas caliente.
Para generar energía eléctrica, la turbina 3
está acoplada a un generador 5.
Para captar un parámetro de vibración de los
álabes de turbina se prevé una unidad de sensor 7. Esta unidad de
sensor puede estar montada en la parte exterior de la carcasa de la
turbina y captar por ejemplo frecuencias del sonido de una fila de
álabes de turbina que pasa por delante de la unidad de sensor 7.
Por lo demás, puede estar dispuesta la unidad de
sensor 7 en el interior de la carcasa de la turbina y por ejemplo
captar sobre base inductiva valores de medida de álabes de turbina
que pasan por delante.
Además, puede pensarse también que la unidad de
sensor 7 esté realizada con un elevado grado de integración y por
ejemplo esté aplicada a modo de una lámina sobre al menos un álabe
de turbina. La lectura de los valores de medida entonces detectados
puede realizarse sin contacto y/o sin hilos.
La unidad de cálculo 9 incluye una memoria 11,
en la que está memorizado un valor de referencia de la vibración
que corresponde a un álabe de turbina que no tiene suciedad, es
decir, que no presenta ningún depósito.
El parámetro de vibración o bien el valor de
referencia de la vibración pueden incluir una frecuencia propia y/o
una frecuencia de vibración y/o una amplitud de vibración y/o un
parámetro de amortiguamiento y/o un comportamiento de extinción de
la vibración del componente de turbina. En la presente forma
constructiva el componente de turbina es uno o varios álabes de
turbina.
El cálculo del parámetro de vibración se realiza
durante el funcionamiento de la turbina 3 o alternativamente o en
combinación durante una parada de la turbina.
La unidad de cálculo 9 puede estar realizada por
ejemplo mediante un ordenador digital, en el que se utiliza un
programa de evaluación que ajusta el o los parámetros de vibración
averiguados en relación con los álabes de turbina en función de un
algoritmo de evaluación con el o los valores de referencia de
vibración memorizados. En función del grado de coincidencia o
también de la desviación de los valores citados, puede generarse una
instrucción de mantenimiento 13, por ejemplo basándose en métodos
de la inteligencia artificial.
Claims (18)
1. Procedimiento para detectar suciedad en
componentes de turbina de una turbina (3),
caracterizado porque
se calcula al menos un parámetro de vibración
actual de al menos un componente de turbina.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque
el parámetro de vibración se calcula durante el
funcionamiento de la turbina (3).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó
2,
caracterizado porque
el parámetro de vibración se calcula durante una
parada de la turbina.
4. Procedimiento según una de la
reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque
el parámetro de vibración se compara con un
valor de referencia de vibración.
5. Procedimiento según una de la
reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado porque
el componente de turbina es un álabe de
turbina.
6. Procedimiento según una de la
reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque
para un conjunto de componentes de turbina
accionados de manera comparable se calcula al menos un parámetro de
vibración común.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque
el conjunto de componentes de turbina accionados
de manera comparable es una fila de álabes de turbina.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7,
caracterizado porque
el componente de turbina conduce gas
caliente.
9. Procedimiento según una de la
reivindicaciones 1 a 8,
caracterizado porque
el parámetro de vibración incluye una frecuencia
propia y/o una frecuencia de vibración y/o una amplitud de
vibración y/o un parámetro de amortiguamiento y/o un comportamiento
de extinción de la vibración del componente de turbina.
10. Dispositivo (1) para detectar suciedad
en
componentes de turbina de una turbina (3),
componentes de turbina de una turbina (3),
caracterizado por
al menos una unidad de sensor (7) para averiguar
al menos un parámetro de vibración actual de al menos un componente
de turbina.
11. Dispositivo (1) según la reivindicación
10,
caracterizado porque
se calcula el parámetro de vibración durante el
funcionamiento de la turbina (3).
12. Dispositivo (1) según la reivindicación 10 u
11,
caracterizado porque
se calcula el parámetro de vibración durante una
parada de la turbina.
13. Dispositivo (1) según una de la
reivindicaciones 10 a 12,
caracterizado por
una unidad de cálculo (9), mediante la cual
puede compararse el parámetro de vibración con un valor de
referencia de vibración memorizado.
14. Dispositivo (1) según una de la
reivindicaciones 10 a 13,
caracterizado porque
el componente de turbina es un álabe de
turbina.
15. Dispositivo (1) según una de la
reivindicaciones 10 a 14,
caracterizado porque
mediante la unidad de sensor (1) puede
calcularse al menos un parámetro de vibración común para una cierta
cantidad de componentes de turbina accionados de manera
comparable.
16. Dispositivo (1) según la reivindicación
15,
caracterizado porque
la cantidad de componentes de turbina accionados
de manera comparable es una fila de álabes de turbina.
17. Dispositivo (1) según una de la
reivindicaciones 10 a 16,
caracterizado porque
el componente de turbina conduce gas
caliente.
18. Dispositivo (1) según una de la
reivindicaciones 10 a 17,
caracterizado porque
el parámetro de vibración incluye una frecuencia
propia y/o una frecuencia de vibración y/o una amplitud de
vibración y/o un parámetro de amortiguamiento y/o un comportamiento
de extinción de la vibración del componente de turbina.
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