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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL

Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL. Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL. Título do trabalho. Atividades realizadas durante o ano de 2010 no projeto TURBODIAG. Autor/apresentador Área. Bruno Reis Cardoso - Carlos Frederico Trotta Matt DTE - DLE.

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Presentation Transcript

  1. Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Título do trabalho Atividades realizadas durante o ano de 2010 no projeto TURBODIAG Autor/apresentador Área Bruno Reis Cardoso - Carlos Frederico Trotta Matt DTE - DLE

  2. Histórico de atividades em 2010 Estimativas de dano iniciais Ações Futuras Sumário

  3. Fim de 2009  Emissão relatório DTE 42544/09 Descrição das metodologias aplicadas no projeto TURBODIAG 2010  Visitas periódicas ao CTJL Avaliar o comportamento do Sistema SOMA Realizar back ups do banco de dados Sistema SOMA similar ao do CTJL no CEPEL  Análises Estimativas iniciais de dano nos componentes  Dados de entrada Histórico de atividades em 2010

  4. Estimativas de dano iniciais COMPONENTES SELECIONADOS E PRINCIPAIS MECANISMOS DE DANO Fonte: Kiyoshi Saito, Akira Sakuma and Masataka Fukuda, “Recent life assessment technology for existing steam turbines”, JSME International Journal, Series B, Vol. 49, No. 2, 2006, pp. 192-197

  5. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Vida consumida por fluência  Estágio permanente Método Analítico  Trocas térmicas e tensões no rotor Parâmetros de operação adotados Tempo de operação em regime permanente  102.507h Pressão média do vapor  12,5 MPa; Temperatura média do vapor igual a 538 oC; Temperatura média metal superfície externa carcaça 530 oC temperatura média de metal superfície externa do rotor  520 oC Potência média da turbina igual a 320 MW Velocidade de rotação igual a 3.600 rpm Dados obtidos da operação e do Sistema SOMA criado no CEPEL Estimativas de dano iniciais

  6. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Parâmetros de geometria adotados Desenhos do rotor e da carcaça fornecidos ao CEPEL pela TRACTEBEL Estimativas de dano iniciais • d1R  730 mm • d2R  792 mm • d3R  942 mm • d1C  1120 mm • d2C  1200 mm

  7. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Memória de calculo  Implementada no Sistema SOMA Nu = 3,551  104hcR = 3,749  103 W/m2oC T1R = 455 oC. Logo, ΔTR = T2R – T1R = 520 oC – 455 oC  65 oC Estimativas de dano iniciais

  8. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Memória de calculo  Implementada no Sistema SOMA Estimativas de dano iniciais

  9. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Memória de calculo  Implementada no Sistema SOMA Superfície interna do rotor σr = 0 MPa; σθ = - 111 MPa; σz = - 103 MPa Superfície externa do rotor σr = -12,5 MPa; σθ = 107 MPa; σz = - 48 MPa Tensão equivalente de Von-Mises Superfície interna  107 MPa Superfície externa  141 MPa Estimativas de dano iniciais

  10. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Tempo de ruptura por fluência Larson-Miller  Curva Mestre Estimativas de dano iniciais Fonte: Viswanathan, 1993

  11. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Tempo de ruptura por fluência Manson Haferd  Curva Mestre Estimativas de dano iniciais Fonte: Creep Properties of Heat Resistant Steels and Superalloys, 2003

  12. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Tempo de ruptura por fluência Penny, 1996  Mecânica do dano Coeficientes A e B obtidos de ajustes experimentais Estimativas de dano iniciais

  13. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Tempo de ruptura por fluência Vida Remanescente = Tempo de ruptura – Tempo de operação Estimativas de dano iniciais

  14. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Dano de Fluência acumulado Danos obtidos serão o ω0 para implementação do sistema Estimativas de dano iniciais

  15. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Vida consumida por fadiga térmica  Transientes de operação Método Analítico  Variações deformação total (Δεt) para cada ciclo Parâmetros de operação adotados Horas de operação sincronizada até 31/03/2011  102507 Horas período (operação + desligada)  125757 Horas desligada  23250 Quantidade de Partidas Quentes  210 Quantidade de Partidas Frias  87 Quantidade de paradas  259. Intempestivas  74, 185 restantes consideradas paradas normais, programadas Variações de temperatura provenientes do sensor I730TT3012 Dados obtidos da operação e do Sistema SOMA criado no CEPEL Estimativas de dano iniciais

  16. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Memória de calculo  Implementada no Sistema SOMA Registros de operação  ΔT e Δt  Obtidos do SOMA Manobras de operação consideradas Partidas Frias Partidas Quentes Bloqueios Ciclos de operação simétricos  Média ponderada Estimativas de dano iniciais

  17. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Memória de calculo  Implementada no Sistema SOMA Digitalização das curvas  Interpolação Variação de deformação total nominal  Δεtn Estimativas de dano iniciais Fonte: Viswanathan, 1993

  18. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Memória de calculo  Implementada no Sistema SOMA Fator concentração de deformação Kt  3 εy  0,002 Estimativas de dano iniciais Fonte: Viswanathan, 1993

  19. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Memória de calculo  Implementada no Sistema SOMA Conhecido o Δεt  Estimativa do número de Ciclos NR Curvas de Fadiga Isotérmica a 550 oC Estimativas de dano iniciais Fonte: Holdsworth et al, 2001

  20. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Memória de calculo  Implementada no Sistema SOMA Manobras de operação  Diferentes taxas de aquecimento Média ponderada do dano para cada taxa durante o transiente Estimativas de dano iniciais Partida Fria obtida do Sistema SOMA no período de 23/09/2009

  21. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Dano de Fadiga Térmica acumulado Danos obtidos serão o ω0 para implementação do sistema Estimativas de dano iniciais

  22. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Dano total acumulado por Fluência e Fadiga Térmica Danos obtidos serão o ω0 para implementação do sistema Estimativas de dano iniciais 1 Parâmetro de Larson-Miller; 2 Parâmetro de Manson-Haferd; 3 Mecânica do dano (Penny, 1996)

  23. Tubulação da Carcaça Externa de Alta Pressão Vida consumida por fluência  Estágio permanente Método Analítico  Tensões na tubulação Parâmetros de operação adotados Tempo de operação em regime permanente  102.507h Pressão média do vapor  14,5 MPa; Temperatura média do vapor igual a 538 oC Dados obtidos da operação e do Sistema SOMA criado no CEPEL Pressão  Média entre I731PT3015 e I732PT3001 Estimativas de dano iniciais

  24. Tubulação da Carcaça Externa de Alta Pressão Memória de calculo  Implementada no Sistema SOMA Tensões na tubulação  σθ código ASME D2  diâmetro externo da tubulação y = 0,7 t  espessura da tubulação C = 0 E = 1 σθ  29,5 MPa Estimativas de dano iniciais

  25. Tubulação da Carcaça Externa de Alta Pressão Tempo de ruptura por fluência Penny, 1996  Mecânica do dano Coeficientes A e B obtidos de ajustes experimentais Estimativas de dano iniciais

  26. Tubulação da Carcaça Externa de Alta Pressão Dano de Fluência acumulado Dano obtido nulo?  σθ muito baixo Simulações computacionais  Como estimar a fixação? Strain gages  Monkman-Grant  Correção no PXI do SOMA Estimativas de dano iniciais

  27. Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Dano de Fadiga Térmica acumulado Implementar curvas CLE  Confirmar a curva utilizada Ações futuras Fonte: IT-OP-UTLC-01-02-003 REVISÃO 1

  28. Tubulação da Carcaça Externa de Alta Pressão Dano obtido nulo?  σθ muito baixo Simulações computacionais  Como estimar a fixação? Strain gages  Monkman-Grant  Correção no PXI do SOMA Testar outras formulações para estimar a tensão Ações futuras

  29. Válvula de Bloqueio Geometria mais complexa do escopo do projeto Strain gages  Monkman-Grant  Correção no PXI do SOMA Simulações computacionais  Como estimar a fixação? Ações futuras

  30. Filtros de Estados dos Componentes Ações futuras

  31. Agradecimentos Equipes de trabalho do CEPEL e Tractebel Energia Obrigado! • Bruno Reis Cardoso – Carlos Frederico Trotta Matt • brunorc@cepel.br – cfmatt@cepel.br • Departamento de Tecnologias Especiais – DTE • Departamento de Linhas e Estações – DLE

  32. CHESF CGTEE Eletrobrás Eletronorte Tractebel Energia  Laboratório de Campo (UTLC) Introdução

  33. Metodologia LEVANTAMENTO BIBLIOGRÁFICO ESPECIFICAÇÃO DO SISTEMA MODELAGEM NUMÉRICA CUSTOMIZAÇÃO DO SISTEMA ALGORITMOS DE ANÁLISE SIMULAÇÃO COMPRA DOS SENSORES INSTALAÇÃO PILOTO INSTRUMENTAÇÃO IMPLEMENTAÇÃO ACOMPANHAMENTO E AVALIAÇÃO DE RESULTADOS SOFTWARE PILOTO DE DIAGNÓSTICO DE TURBINAS DE TERMELÉTRICAS

  34. Modelagem dos Fenômenos Físicos Envolvidos Complementar o monitoramento  Inviável instrumentação de todas as regiões do componente Estimativas das grandezas mecânicas  Dados de operação Quantificação do mecanismo de dano predominante Simulação - Modelagem

  35. Simulação - Algoritmos Modelagem dos Mecanismos de Dano Fadiga Fluência

  36. Cálculo do Dano Total Acumulado e da Vida Remanescente Teoria de Acúmulo de Dano Linear  D= ΦC+ ΦF Simulação - Algoritmos

  37. Instrumentação LEVANTAMENTO BIBLIOGRÁFICO ESPECIFICAÇÃO DO SISTEMA MODELAGEM NUMÉRICA CUSTOMIZAÇÃO DO SISTEMA ALGORITMOS DE ANÁLISE COMPRA DOS SENSORES INSTALAÇÃO PILOTO INSTRUMENTAÇÃO IMPLEMENTAÇÃO ACOMPANHAMENTO E AVALIAÇÃO DE RESULTADOS SOFTWARE PILOTO DE DIAGNÓSTICO DE TURBINAS DE TERMELÉTRICAS

  38. Arquitetura Proposta – Visão Geral Instrumentação - Especificação Unidade 07 sinais analógicos - aceleração - temperaturas - deformações sinais analógicos SOMA Condicionador proteção sinais analógicos - deslocamentos sinais processados PLC DNP3 Servidor - Elipse OPC - grandezas de processo

  39. Sistema de Monitoração – SOMA Instrumentação - Customização • Sinais analógicos • acelerações • - 7 mancais – 1 por plano • 7 canais necessários • deslocamentos • - 7 mancais – 2 por plano • ~ 6 medições extras • 20 canais necessários • Sinais analógicos • temperaturas • - 4 termopares • deformações • - 8 strain-gauges • 12 canais necessários PXI • FP • temperaturas • deformações Sala de Relés switch Sinais Digitais Supervisório da Usina Servidor SOMA Sala de Operação

  40. Sistema de Monitoração – SOMA Field Point PXI Servidor SOMA Instrumentação - Customização

  41. Sistema de Monitoração – SOMA Field Point  Termopares e strain-gauges Tensões e deformações  Tubulação Carcaça Externa Vida remanescente  Monkman-Grant Pressão Interna e Temperatura  Larson-Miller Instrumentação - Customização

  42. Sistema de Monitoração – SOMA PXI  Dados dinâmicos Vibração Relativa  Conjuto Turbo-Gerador Vibração Absoluta  Complementar relativa Banco de dados  Falhas de origem dinâmica Instrumentação - Customização

  43. Sistema de Monitoração – SOMA Servidor do SOMA  Internet, coleta e banco de dados Dados digitalizados do Supervisório Mais importante do sistema  Temperaturas, pressões... Auxílio aos modelos de dano  Vida remanescente Instrumentação - Customização

  44. Compra dos Sensores  Tractebel Energia Instrumentação - Sensores STRAIN GAUGES ACELERÔMETROS

  45. Instalação do SOMA  Carcaça Externa e Válvula de Bloqueio AP Instrumentação - Instalação 20ª Reunião ABRAGE/2009 22

  46. Validar Modelos de Dano e Vida Remanescente Instalação do Hardware de Aquisição e Servidor SOMA Implementação Monitoramento e análise de resultados Software de Diagnóstico de Turbinas  TURBODIAG Ações Futuras

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