Diseño del cono del tubo de 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 Brekke
1997
Von Karman
Cambio perfiles en álabes nuevo rodete
Cambio perfiles rodete
Dr. Ugo Velicogna
1999
Von Karman
Embeber cono - gatos de sujeción
Gatos de sujeción
Vatech Hydro
2007
Antorcha VK
Diseño nuevo cono
Universidad del Valle
20002008
VK Antorcha
Control torque - Diseño nuevo cono
Llave hidráulica Nuevo diseño
Salvajina
Histórico de fallas en tornillería de los conos del tubo de aspiración
Cantidad de Fallas / año
4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0
1995
1996
1997
1998
1999
2000
Años
2001
2002
2003
2004
GRUPO 3 2005
GRUPO 2 2006
2007
GRUPO 1 2008
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 VARIACIÓN DE PRESIÓN EN EL CONO DEL TUBO DE ASPIRACIÓN DEL GRUPO 2 DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA SALVAJINA 100
60
POTENCIA EN GENERADOR: 100MW NIVEL DEL EMBALSE: 1147.20 msnm NIVEL DE DESCARGA: 1032.48 msnm APERTURA DE ÁLABES: 69.24% CAUDAL APROXIMADO: 101.32 m3 /s EFICIENCIA DEL GRUPO: 94% GRUPOS 1 Y 3 GENERANDO 95MW HORA INICIO: 11:27:10 a.m. HORA FINALIZACIÓN: 11:27:58 a.m.
50
PRESIÓN CONO INFERIOR TA LIZQ
90
70
PRESIÓN CONO INFERIOR TA LDER
40
PRESIÓN CONO SUPERIOR TA LIZQ 30
PRESIÓN CONO SUPERIOR TA LDER
20 10 0 0:00:00 0:00:01 0:00:02 0:00:03 0:00:04 0:00:05 0:00:07 0:00:08 0:00:09 0:00:10 0:00:11 0:00:12 0:00:13 0:00:14 0:00:15 0:00:16 0:00:17 0:00:18 0:00:19 0:00:20 0:00:21 0:00:22 0:00:23 0:00:24 0:00:26 0:00:27 0:00:28 0:00:29 0:00:30 0:00:31 0:00:32 0:00:33 0:00:34 0:00:35 0:00:36 0:00:37 0:00:38 0:00:39 0:00:40 0:00:41 0:00:42 0:00:43 0:00:45 0:00:46 0:00:47 0:00:48 0:00:49
PRESIÓN INTERIOR DEL CONO (KPa)
80
TIEMPO (Horas,Minutos,Segundos)
Pruebas: resultados relevantes 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 150
6000
5000
130 120
4000
110 100
3000
90
2000
80 70
1000
60 50
0 00
04
09
13
17
21
26
30
34
38
42
TIEMPO (s)
47
51
55
59
63
68
72
76
Presión TK acumulador (kPa)
PRESIÓN INTERIOR DEL CONO (KPa)
140
POTENCIA EN GENERADOR: 60MW NIVEL DEL EMBALSE: 1147.20 msnm NIVEL DE DESCARGA: 1032.14 msnm APERTURA DE ÁLABES: 48% CAUDAL APROXIMADO: 60.79 m3 /s EFICIENCIA DEL GRUPO: 88% GRUPOS 1 Y 3 GENERANDO 95MW HORA INICIO: 11:42:58 a.m. HORA FINALIZACIÓN: 11:44:14 a.m.
PRESIÓN CONO INFERIOR TA LIZQ PRESIÓN CONO INFERIOR TA LDER PRESIÓN CONO SUPERIOR TA LIZQ PRESIÓN CONO SUPERIOR TA LDER Presión TK acumulador
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 Esfuerzos en tornillos
Potencia: 50 MW – Fase 2
Pruebas: resultados relevantes Fatiga tornillos superior 52 – 50MW Fase 2 Sy = 798 MPa Sut = 964 Mpa Ka = 0.65 Kb = 0.89 Kf = 2.7
Criterio de Goodman
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
Inversión : $1.600 millones (incluye compresor 200 KW, 0.57 m3/s)
Antes
Después
Conclusiones Cambio del tubo de aspiración
Marzo 2017: 47 mils - 30MW, 1.137,54 m.s.n.m
Julio 2017: 7 mils - 30MW, 1.153,28 m.s.n.m
Histórico de vibraciones en el tubo de aspiración grupo 3
Conclusiones Tubo de aspiración
Antes
Después
Gracias por su atención
