Diseño del cono del tubo de aspiración de la central hidráulica … · 2019-08-22 · Control...

Diseño del cono del tubode aspiración de la central

hidráulica Salvajina

Vicepresidencia Generación

“Cuidamos creaciones

grandiosas de la ingeniería que

obedeciendo la naturaleza, la regulan

para generar riqueza y preservar la vida”

Descripción del sistema

Tubo de aspiración

Descripción del sistema

Descripción del sistema

Descripción del problema

Teórico

Central hidráulica Salvajina

Nombre Año Fenómeno Recomendaciones Acciones

Dr. Hermond

Brekke1997 Von Karman

Cambio perfiles en álabes -

nuevo rodeteCambio perfiles

rodete

Dr. Ugo Velicogna 1999 Von KarmanEmbeber cono - gatos de

sujeciónGatos de sujeción

Vatech Hydro 2007Antorcha -

VKDiseño nuevo cono

Universidad del

Valle

2000-

2008

VK -

Antorcha

Control torque - Diseño

nuevo cono

Llave hidráulica -

Nuevo diseño

Salvajina

Histórico de fallas en tornillería de los conos del tubo de aspiración

GRUPO 1

GRUPO 2

GRUPO 3

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

19951996

19971998

19992000

20012002

20032004

20052006

20072008

Ca

nti

da

d d

e Fa

llas

/ a

ño

Años

Justificación y objetivo

Justificación

• Confiabilidad en operación a carga parcial

Objetivo General

• Diseño del cono del tubo de aspiración de la Central Hidroeléctrica Salvajina, que permita rangos de

generación de 60~95MW sin poner en riesgo la estabilidad y estanqueidad de las juntas bridadas.

Estado de la tornillería

Tornillos M24 en brida superior

Tornillos M24 en brida superior

Tornillos M24 en brida superior

Tornillos M30 en brida superior

Pruebas

Pruebas

Pruebas

Pruebas: resultados relevantes

Espesor

Máxima pérdida de espesor: 4.08 mm

Pruebas: resultados relevantes

Presión

Pruebas: resultados relevantes

Pruebas: resultados relevantes

Pruebas: resultados relevantes

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0:0

0:0

0

0:0

0:0

1

0:0

0:0

2

0:0

0:0

3

0:0

0:0

4

0:0

0:0

5

0:0

0:0

7

0:0

0:0

8

0:0

0:0

9

0:0

0:1

0

0:0

0:1

1

0:0

0:1

2

0:0

0:1

3

0:0

0:1

4

0:0

0:1

5

0:0

0:1

6

0:0

0:1

7

0:0

0:1

8

0:0

0:1

9

0:0

0:2

0

0:0

0:2

1

0:0

0:2

2

0:0

0:2

3

0:0

0:2

4

0:0

0:2

6

0:0

0:2

7

0:0

0:2

8

0:0

0:2

9

0:0

0:3

0

0:0

0:3

1

0:0

0:3

2

0:0

0:3

3

0:0

0:3

4

0:0

0:3

5

0:0

0:3

6

0:0

0:3

7

0:0

0:3

8

0:0

0:3

9

0:0

0:4

0

0:0

0:4

1

0:0

0:4

2

0:0

0:4

3

0:0

0:4

5

0:0

0:4

6

0:0

0:4

7

0:0

0:4

8

0:0

0:4

9

PR

ES

IÓN

IN

TE

RIO

R D

EL

CO

NO

(K

Pa

)

TIEMPO (Horas,Minutos,Segundos)

VARIACIÓN DE PRESIÓN EN EL CONO DEL TUBO DE ASPIRACIÓNDEL GRUPO 2 DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA SALVAJINA

PRESIÓN CONO INFERIOR TA LIZQ

PRESIÓN CONO INFERIOR TA LDER

PRESIÓN CONO SUPERIOR TA LIZQ

PRESIÓN CONO SUPERIOR TA LDER

POTENCIA EN GENERADOR: 100MWNIVEL DEL EMBALSE: 1147.20 msnmNIVEL DE DESCARGA: 1032.48 msnm

APERTURA DE ÁLABES: 69.24%CAUDAL APROXIMADO: 101.32 m3/sEFICIENCIA DEL GRUPO: 94%GRUPOS 1 Y 3 GENERANDO 95MW

HORA INICIO: 11:27:10 a.m.HORA FINALIZACIÓN: 11:27:58 a.m.

Pruebas: resultados relevantes

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

00 04 09 13 17 21 26 30 34 38 42 47 51 55 59 63 68 72 76

Pre

sió

n T

K a

cum

ula

do

r (k

Pa

)

PR

ES

IÓN

IN

TE

RIO

R D

EL

CO

NO

(K

Pa

)

TIEMPO (s)

VARIACIÓN DE PRESIÓN EN EL CONO DEL TUBO DE ASPIRACIÓN DEL GRUPO 2 DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA SALVAJINA CON DESACARGA DE AIRE DEL TANQUE OPERACIÓN SINCRONO

PRESIÓN CONO INFERIOR TA LIZQ

PRESIÓN CONO INFERIOR TA LDER

PRESIÓN CONO SUPERIOR TA LIZQ

PRESIÓN CONO SUPERIOR TA LDER

Presión TK acumulador

POTENCIA EN GENERADOR: 60MWNIVEL DEL EMBALSE: 1147.20 msnmNIVEL DE DESCARGA: 1032.14 msnmAPERTURA DE ÁLABES: 48%CAUDAL APROXIMADO: 60.79 m3/sEFICIENCIA DEL GRUPO: 88%GRUPOS 1 Y 3 GENERANDO 95MWHORA INICIO: 11:42:58 a.m.HORA FINALIZACIÓN: 11:44:14 a.m.

Pruebas: resultados relevantes

Esfuerzos en pared

Pruebas: resultados relevantes

Pruebas: resultados relevantes

Teorema de SINES

Criterio de Goodman

Pruebas: resultados relevantes

El esfuerzo alterno cambia

de 2.2 MPa a 0.8 MPa

Pruebas: resultados relevantes

Potencia: 50 MW – Fase 2

Esfuerzos en tornillos

Pruebas: resultados relevantes

Sy = 798 MPa

Sut = 964 Mpa

Fatiga tornillos superior 52 – 50MW Fase 2

Criterio de Goodman

Ka = 0.65

Kb = 0.89

Kf = 2.7

Pruebas: resultados relevantes

Pruebas: resultados relevantes

Pruebas: resultados relevantes

Pruebas: resultados relevantes

Cálculos del diseño – Criterios de rigidez

Cálculos del diseño – Criterios de rigidez

Cálculos del diseño – Criterios de rigidez

Diseño de uniones bridadas

Aireación natural y cambio del sistema de montaje plataforma

Aireación natural y cambio del sistema de montaje plataforma

Aireación natural y cambio del sistema de montaje plataforma

Aireación natural y cambio del sistema de montaje plataforma

Aireación natural y cambio del sistema de montaje plataforma

Inyección de aire a presión

Conclusiones

Conclusiones

Se realizó el rediseño del cono de aspiración, obteniendo los siguientes beneficios:

• Disminución de riesgo catastrófico de inundación por ruptura de tornillos ($15.000 millones).

• Ampliación del rango para ofertar AGC pasando de 76 – 95 MW a 30 – 95 MW sin inyección de aire.

• Disminución de los tiempos y costos anuales de mantenimiento (de $50 a $5 millones).

• Disminución de la indisponibilidad pasando de 8 a 2 días y de las desviaciones por fugas de agua.

• Simplificación del montaje y desmontaje, los esfuerzos de cizalladura son absorbidos por las bridas,

prolongando la vida útil de los tornillos y aumento en la rigidez de la estructura por aumento del espesor

de la pared del cono.

• Los factores de seguridad por encima de 1 aseguran vida infinita en fatiga, por lo tanto la estructura

puede generar a cualquier valor de potencia sin temer daño estructural en el tubo de aspiración.

• No se tienen consecuencias importantes dadas por la vibración y por el calentamiento de cojinetes.

• La máquina puede operar de manera segura desde 30 MW a cualquier nivel del embalse.

Conclusiones

Antes Después

Inversión : $1.600 millones (incluye compresor 200 KW, 0.57 m3/s)

Conclusiones

Cambio del tubo de aspiración

Histórico de vibraciones en el tubo de aspiración grupo 3

Marzo 2017: 47 mils

- 30MW, 1.137,54

m.s.n.m

Julio 2017: 7 mils

- 30MW, 1.153,28 m.s.n.m

Conclusiones

Tubo de aspiración

Antes Después

Gracias por su atención