Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Autor/apresentador Área Título do trabalho Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Bruno Reis Cardoso - Carlos Frederico Trotta Matt DTE - DLE Atividades realizadas durante o ano de 2010 no projeto TURBODIAG
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Histórico de atividades em 2010 Estimativas de dano iniciais Ações Futuras Sumário
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Histórico de atividades em 2010 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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 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 COMPONENTES SELECIONADOS E PRINCIPAIS MECANISMOS DE DANO Estimativas de dano iniciais
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais 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 h Pressão média do vapor 12,5 MPa; Temperatura média do vapor igual a 538 o C; Temperatura média metal superfície externa carcaça 530 o C temperatura média de metal superfície externa do rotor 520 o C Potência média da turbina igual a 320 MW Velocidade de rotação igual a rpm Dados obtidos da operação e do Sistema SOMA criado no CEPEL
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais 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 d 1R 730 mm d 2R 792 mm d 3R 942 mm d 1C 1120 mm d 2C 1200 mm
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Memória de calculo Implementada no Sistema SOMA Nu = 3,551 10 4 h cR = 3,749 10 3 W/m 2 o C T 1R = 455 o C. Logo, Δ TR = T 2R – T 1R = 520 o C – 455 o C 65 o C
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Memória de calculo Implementada no Sistema SOMA
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Memória de calculo Implementada no Sistema SOMA Superfície interna do rotor σ r = 0 MPa; σ θ = MPa; σ z = MPa Superfície externa do rotor σ r = -12,5 MPa; σ θ = 107 MPa; σ z = - 48 MPa Tensão equivalente de Von-Mises Superfície interna 107 MPa Superfície externa 141 MPa
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Tempo de ruptura por fluência Larson-Miller Curva Mestre Fonte: Viswanathan, 1993
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Tempo de ruptura por fluência Manson Haferd Curva Mestre Fonte: Creep Properties of Heat Resistant Steels and Superalloys, 2003
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais 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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Tempo de ruptura por fluência Vida Remanescente = Tempo de ruptura – Tempo de operação
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Dano de Fluência acumulado Danos obtidos serão o ω 0 para implementação do sistema
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Vida consumida por fadiga térmica Transientes de operação Método Analítico Variações deformação total (Δε t ) para cada ciclo Parâmetros de operação adotados Horas de operação sincronizada até 31/03/2011 Horas período (operação + desligada) Horas desligada 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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais 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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais 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 Δε tn Fonte: Viswanathan, 1993
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Memória de calculo Implementada no Sistema SOMA Fator concentração de deformação Kt 3 ε y 0,002 Fonte: Viswanathan, 1993
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Memória de calculo Implementada no Sistema SOMA Conhecido o Δε t Estimativa do número de Ciclos NR Curvas de Fadiga Isotérmica a 550 o C Fonte: Holdsworth et al, 2001
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais 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 Partida Fria obtida do Sistema SOMA no período de 23/09/2009
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Dano de Fadiga Térmica acumulado Danos obtidos serão o ω 0 para implementação do sistema Estimativas de dano iniciais
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Dano total acumulado por Fluência e Fadiga Térmica Danos obtidos serão o ω 0 para implementação do sistema Estimativas de dano iniciais 1 Parâmetro de Larson-Miller; 2 Parâmetro de Manson-Haferd; 3 Mecânica do dano (Penny, 1996)
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais 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 h Pressão média do vapor 14,5 MPa; Temperatura média do vapor igual a 538 o C Dados obtidos da operação e do Sistema SOMA criado no CEPEL Pressão Média entre I731PT3015 e I732PT3001
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais Tubulação da Carcaça Externa de Alta Pressão Memória de calculo Implementada no Sistema SOMA Tensões na tubulação σ θ código ASME D2 diâmetro externo da tubulação y = 0,7 t espessura da tubulação C = 0 E = 1 σ θ 29,5 MPa
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais 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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Estimativas de dano iniciais Tubulação da Carcaça Externa de Alta Pressão Dano de Fluência acumulado Dano obtido nulo? σ θ muito baixo Simulações computacionais Como estimar a fixação? Strain gages Monkman-Grant Correção no PXI do SOMA
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Ações futuras Rotor da Turbina de Alta Pressão – Roda do 1° Estágio Dano de Fadiga Térmica acumulado Implementar curvas CLE Confirmar a curva utilizada Fonte: IT-OP-UTLC REVISÃO 1
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Ações futuras Tubulação da Carcaça Externa de Alta Pressão Dano obtido nulo? σ θ muito baixo Simulações computacionais Como estimar a fixação? Strain gages Monkman-Grant Correção no PXI do SOMA Testar outras formulações para estimar a tensão
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Ações futuras 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?
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Ações futuras Filtros de Estados dos Componentes
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Equipes de trabalho do CEPEL e Tractebel Energia Agradecimentos Obrigado! Bruno Reis Cardoso – Carlos Frederico Trotta Matt – Departamento de Tecnologias Especiais – DTE Departamento de Linhas e Estações – DLE
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Introdução CHESF CGTEE Eletrobrás Eletronorte Tractebel Energia Laboratório de Campo (UTLC)
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Metodologia LEVANTAMENTO BIBLIOGRÁFICO ESPECIFICAÇÃO DO SISTEMA CUSTOMIZAÇÃO DO SISTEMA INSTALAÇÃO PILOTO MODELAGEM NUMÉRICA ALGORITMOS DE ANÁLISE COMPRA DOS SENSORES IMPLEMENTAÇÃO ACOMPANHAMENTO E AVALIAÇÃO DE RESULTADOS SOFTWARE PILOTO DE DIAGNÓSTICO DE TURBINAS DE TERMELÉTRICAS SIMULAÇÃO INSTRUMENTAÇÃO
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 FadigaFluência Simulação - Algoritmos Modelagem dos Mecanismos de Dano
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Cálculo do Dano Total Acumulado e da Vida Remanescente Teoria de Acúmulo de Dano Linear D = Φ C + Φ F Simulação - Algoritmos
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 LEVANTAMENTO BIBLIOGRÁFICO ESPECIFICAÇÃO DO SISTEMA CUSTOMIZAÇÃO DO SISTEMA INSTALAÇÃO PILOTO MODELAGEM NUMÉRICA ALGORITMOS DE ANÁLISE COMPRA DOS SENSORES IMPLEMENTAÇÃO ACOMPANHAMENTO E AVALIAÇÃO DE RESULTADOS SOFTWARE PILOTO DE DIAGNÓSTICO DE TURBINAS DE TERMELÉTRICAS INSTRUMENTAÇÃO Instrumentação
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Arquitetura Proposta – Visão Geral Instrumentação - Especificação Condicionador PLC SOMA Unidade 07 proteção Servidor - Elipse OPC - grandezas de processo sinais analógicos - deslocamentos sinais analógicos - aceleração - temperaturas - deformações sinais analógicos sinais processados DNP3
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Sistema de Monitoração – SOMA Sinais analógicos acelerações - 7 mancais – 1 por plano 7 canais necessários - deslocamentos - 7 mancais – 2 por plano ~ 6 medições extras 20 canais necessários Sala de Operação Sinais Digitais Supervisório da Usina Servidor SOMA PXI FP - temperaturas - deformações switch Sinais analógicos - temperaturas - 4 termopares - deformações - 8 strain-gauges 12 canais necessários Sala de Relés Instrumentação - Customização
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Sistema de Monitoração – SOMA Field Point PXI Servidor SOMA Instrumentação - Customização
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Compra dos Sensores Tractebel Energia Instrumentação - SensoresACELERÔMETROS STRAIN GAUGES
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Instalação do SOMA Carcaça Externa e Válvula de Bloqueio AP 20ª Reunião ABRAGE/ Instrumentação - Instalação
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião Turbodiag - CTJL | Abril 2011 Validar Modelos de Dano e Vida Remanescente Instalação do Hardware de Aquisição e Servidor SOMA Implementação Monitoramento e análise de resultados TURBODIAG Software de Diagnóstico de Turbinas TURBODIAG Ações Futuras