Turbomaquinaria y Diagrama Polar
Una medida importante realizada utilizando las capacidades de seguimiento de órdenes de analizadores de vibración es el de arranques y paradas de turbomaquinaria y diagrama polar.
Este artículo pertenece a una serie., el cual constituye el material de apoyo para el curso de análisis de vibraciones en turbomaquinaria. Los enlaces a los otros artículos se pueden encontrar aquí.
¿Por qué es importante al observar la variación de velocidad en una máquina? (o de Nyquist)
El diagrama polar es un método común para mostrar datos transitorios. Típicamente exhiben vibración síncrona (sin embargo, también se pueden mostrar datos a nX RPM) y fase correspondiente, contra la velocidad de rotación.
Turbomaquinaria y Diagrama Polar – Figura 1– El Diagrama de Bodé del arranque de una máquina, acompañado del respectivo diagrama polar, mostrando las velocidades críticas.
El gráfico polar muestra exactamente los mismos datos que el Gráfico de Bode, solo en un formato de visualización diferente. en la carta polar, la magnitud del vector de desplazamiento se mide radialmente, desde el centro de la gráfica, y la fase se representa circunferencialmente. Una resonancia se indica en un gráfico polar por la velocidad a la que la amplitud es un máximo de una vuelta. (o sea, aproximadamente 180 grados de cambio de fase).
A veces, los diagramas polares facilitan determinar cuándo el rotor ha cruzado su velocidad crítica, porque el cambio de fase es obvio (o sea, en cada 180 grados en el grafico).
Las frecuencias naturales del rotor se pueden determinar localizando el pico en la amplitud de vibración que también corresponde a un cambio de fase de aprox. 180 Fase estrictamente igual en las mediciones en la misma dirección en los cojinetes a ambos lados del acoplamiento dentado.
Turbomaquinaria y Diagrama Polar – interpretación de un diagrama polar
La siguiente figura describe el significado de las diferentes informaciones presentadas en un diagrama polar..
Turbomaquinaria y Diagrama Polar - Figura 2- Descripción del significado de las diferentes informaciones presentadas en un diagrama polar
El gráfico polar se puede compensar por excentricidad. (vibraciones relativas). Todas las áreas donde proximitor las medidas tienen una cierta cantidad de desviación física y/o eléctrica. Los datos vectoriales se corrigen para esta excentricidad restando vectorialmente el vector de vibración a muy bajas rpm de todos los datos vectoriales obtenidos..
A continuación puedes ver un vídeo sobre este tema..
Turbomaquinaria y Diagrama Polar -Identificación de velocidades críticas
En el diagrama polar la velocidad crítica se identifica por el pico máximo y el desfase de 180º.
Turbomaquinaria y Diagrama Polar - Figura 3- En el diagrama polar la velocidad crítica se identifica por el pico máximo y el desfase de 180º
No Diagrama Polar:
- las resonancias (rotor y estructural) aparecen como bucles;
- Misma amplitud de pico y cambio de fase que 90 grados que el diagrama de Bode
- La vuelta es más fácil de identificar que la actividad del gráfico de Bode
- Las resonancias estructurales aparecen como pequeños bucles internos.
Turbomaquinaria y Diagrama Polar – la situación ideal
A medida que aumenta la velocidad de un grupo de rotores flexibles, la tasa de aumento en la amplitud de la desviación radial, junto con el cambio del ángulo de fase, indica qué parte de la amplitud de vibración observada se debe a la flexión estática y cuánto se debe a la deflexión elástica inducida adicionalmente o al modo de vibración respectivo asociado.
No caso ideal, la amplitud debe permanecer plana o con muy poca respuesta en todo el rango de velocidad y experimentar un cambio de ángulo de fase a cualquier velocidad crítica, como se ve en los gráficos a continuación.
Turbomaquinaria y Diagrama Polar - Figura 4
Turbomaquinaria y Diagrama Polar – el desequilibrio
En un gráfico de Bode, el identificador más importante de la presencia de desequilibrio es el patrón de pendiente de amplitud en proporción a la velocidad, en combinación con la presencia o ausencia de cambio de ángulo de fase radial.
Turbomaquinaria y Diagrama Polar - Figura 5
En un gráfico polar correspondiente, el identificador más importante de la presencia de un desequilibrio es la presencia de cualquier sección de datos directos en el gráfico. Una línea recta en un gráfico polar puede ocurrir a lo largo de una velocidad variable o a una velocidad constante, y puede estar en un ángulo de fase constante (señalando “para fuera”), o aparecen a lo largo de ángulos de fase.
Turbomaquinaria y Diagrama Polar – Sin, deformación y desalineación
Si la amplitud a baja velocidad ya es diferente de cero, esto es indicativo de una deformación o desequilibrio del rotor, y también es a menudo proporcional a la rigidez del rotor.
Una amplitud distinta de cero desde una velocidad baja y permanecer plano, y sin ningún cambio de ángulo de fase, sugiere la presencia de alguna desviación o deformación, o la existencia de un posible “efecto manivela”, en el conjunto rotor debido a un muñón excéntrico o un acoplamiento no concéntrico como se ve en los siguientes gráficos.
Turbomaquinaria y Diagrama Polar - Figura 6
Un aumento inicial en la amplitud sin un cambio perceptible en la fase sugiere una deformación o un desequilibrio puros del rotor impulsados por la fuerza centrífuga., una órbita del eje en el cojinete, de amplitud creciente, debajo del comienzo de la primera región de velocidad crítica como se ve en los gráficos a continuación.
Turbomaquinaria y Diagrama Polar - Figura 7
Esta es la condición en la que el rotor se ve obligado a realizar un movimiento., no concéntrico, con su eje geométrico.
Si la amplitud continúa aumentando mientras el ángulo de fase comienza a cambiar, esto indica que se está agregando un componente dinámico/forma de vibración al movimiento giratorio como se ve en el gráfico a continuación. Si el cambio de ángulo de fase total es notablemente menor que 180 Fase estrictamente igual en las mediciones en la misma dirección en los cojinetes a ambos lados del acoplamiento dentado, esto indica que la amplitud de la órbita del eje en el rodamiento es dominante sobre cualquier desviación elástica asociada con el modo de vibración respectivo.
Turbomaquinaria y Diagrama Polar - Figura 8
La influencia del comportamiento de otros rotores acoplados
Si el ángulo de fase cambia 180 Fase estrictamente igual en las mediciones en la misma dirección en los cojinetes a ambos lados del acoplamiento dentado, con un cambio mínimo en el rango de desplazamiento, esto sugiere que el rotor impulsado por un rotor vecino, que pasa a través de su región de velocidad crítica como se ve en los gráficos a continuación.
Turbomaquinaria y Diagrama Polar - Figura 9
De la misma forma, uno “jefe” del gráfico de Bodé sobre la amplitud del desplazamiento sin cambio de fase también puede provenir de la respuesta de un rotor vecino.
Estas situaciones se evalúan fácilmente revisando el rango de velocidad específico de las respuestas de amplitud y fase en los diagramas de Bodé de todos los rotores..
En casos como este, es muy útil tener un modelo de elementos finitos de los rotores para identificar las frecuencias naturales inherentes de cada rotor.
Movimiento de oscilación del rotor – asimetría axial en la distribución de la excentricidad
A velocidades superiores a la primera velocidad crítica, una tendencia de amplitud ascendente sin ningún cambio de ángulo de fase notable es una indicación inmediata de asimetría axial en la distribución de excentricidad que genera el modo de oscilación/pivote como se ve en los gráficos a continuación.
Turbomaquinaria y Diagrama Polar - Figura 10
A veces, se observa una respuesta de amplitud adicional con un cambio de ángulo de fase superpuesto a la tendencia ascendente que indica una respuesta resonante en la segunda velocidad crítica, como se ve en el gráfico anterior (del lado derecho).
Turbomaquinaria y Diagrama Polar – Excentricidad
Otra indicación común de excentricidad es cuando la amplitud por encima de la primera velocidad crítica es aproximadamente el doble de la medida por debajo de la primera velocidad crítica., o simplemente mantente drogado, pero algo plano como se ve en los siguientes gráficos.
Turbomaquinaria y Diagrama Polar - Figura 11
Esta es una función del rotor cambiando la posición de su eje de rotación cuando pasa por la región de velocidad crítica.. A velocidades más bajas, los sensores miden la cantidad directa de excentricidad del eje de masa que gira alrededor del eje de la geometría, indicando una amplitud igual a la excentricidad, mi. Cuando el rotor es lo suficientemente flexible, se puede medir una amplitud reducida en el diario, ya que el rotor puede principalmente “oscilar” o flexiona en tu plano medio, absorbiendo la mayor parte de la fuerza correspondiente.
A velocidades más altas, vienen los sensores “rotor completo” girando sobre el eje de inercia mientras continúa girando, tal que los sensores miden la excentricidad intrínseca, así como la medida de la excentricidad, indicando un rango de 2mi.
Reducciones de amplitud por cambio de posición del eje de giro
A veces, también se observa una breve disminución de la amplitud antes o después del pico de velocidad crítica. Esta caída corresponde a un breve momento de autoequilibrado del rotor en la transición entre ejes de rotación.. Si es ante la crítica, indica que la respuesta resonante es dominante, y si visto despues de la critica, indica que el modo rígido impulsado por la excentricidad y la fuerza centrífuga es dominante como se ve en los gráficos a continuación.
Turbomaquinaria y Diagrama Polar - Figura 12
Cambio de posición del eje de rotación
Cuando se ve una línea recta en una carta polar, sobre un rango de ángulos de fase, esto indica que la alineación general del eje de inercia está cambiando, Impulsado por la tendencia de autoalineación del eje de inercia, después de una velocidad crítica. O sea, el eje está cambiando de rotación alrededor del eje geométrico a rotación alrededor del eje de inercia.
Turbomaquinaria y Diagrama Polar - Figura 13
Esto se ve a menudo con un cambio simultáneo en la posición de la línea central del eje en uno o más rodamientos.. Adicionalmente, num conjunto de multi-rotores, un rotor con una masa mayor (a menudo el generador, o una turbina LP) tirará de los rotores más ligeros (generalmente en un cojinete exterior, a menudo una turbina HP o un excitador) para su propia línea de alineación “natural” basado en la excentricidad o alineación de cojinetes de rotor pesado. Esto será visible como una línea recta en un gráfico polar en combinación con un cambio en la posición de la línea central del eje..
