Análisis de turbina de vapor para estimación de características dinámicas de cojinete de gas

Analysis of a Steam Turbine for Estimation of Coefficients of a Gas Bearing

Jorge Enrique Aguerrebere
ETU i+D S.A. de C.V.
Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial (Querétaro)
MÉXICO

Víctor Solórzano
ETU i+D S.A. de C.V., MÉXICO

Oscar De Santiago
ETU i+D S.A. de C.V., MÉXICO

Recibido 27-11-2018, aceptado 28-02-2019.

Resumen

Las tendencias actuales en el diseño moderno de turbomaquinaria apuntan a una operación libre de aceite, haciendo uso de tecnologías verdes. Una de estas tecnologías son los cojinetes de gas de grafito poroso. El presente trabajo describe el desarrollo de un modelo rotodinámico de un rotor de turbina de vapor capaz de predecir las formas modales libres hasta la segunda forma modal a 181 Hz (10 kcpm). Este análisis se complementa con un estudio de las características dinámicas de rigidez y amortiguamiento que deben poseer los cojinetes de gas de grafito poroso para que el sistema rotor-cojinetes sea considerado como críticamente amortiguado de acuerdo a la norma API 684 (sistema con factor de amplificación menor a 2.5). Se propone una rigidez de 31000 lbf/plg y un amortiguamiento de 32 lb-s/ plg. Los resultados de este trabajo son promisorios para el buen comportamiento dinámico de la máquina en operación y son útiles para el diseño de turbomaquinaria que funciona con cojinetes de gas de grafito poroso.

Abstract

Current trends in modern turbomachinery design point towards oil-free operation, making use of green technologies. One of these is porous graphite gas bearings. The present work describes the development of a rotodynamic model of a steam turbine rotor capable of predicting free modal shapes up to the second mode at 181 Hz (10 kcpm). The rotordynamic analysis is complemented with a study of the dynamic characteristics (stiffness and damping) that the gas bearings must have so that the rotor-bearings system is considered as a critically damped system (according to the API standard 684). A direct stiffness of 31000 lbf/in and a direct damping of 32 lb-s/in are proposed. Results of this work are promising for the proper operation of the machine and are useful for the design of turbomachinery supported by porous graphite gas bearings.

Palabras clave: rotodinámica, cojinetes de gas, turbomaquinaria, grafito poroso.
Index terms: rotodynamics, gas bearings, turbomachinery, porous graphite.

ISO 690 reference:
Aguerrebere, Jorge Enrique; Solórzano, Víctor; De Santiago, Oscar, 2019, Análisis de turbina de vapor para estimación de características dinámicas de cojinete de gas, Científica, Revista Mexicana de Ingeniería Electromecánica y de Sistemas, vol. 23, no. 2, ISSN 2594-2921, e230208, DOI: 10.46842/ipn.cien.v23n2a08