Structural component fatigue analysis of a hydrogenerator rotor
Análisis de fatiga de los componentes estructurales del rotor de un hidrogenerador
DOI:
https://doi.org/10.15446/dyna.v87n214.84678Palabras clave:
damage, fatigue life, hydrogenerator, multiaxial stress, stress measurement (en)daño, esfuerzo multiaxial, hidro-generador, mediciones de esfuerzos, vida a fatiga (es)
Descargas
Este artículo presenta un cálculo de vida a fatiga para el polo, la corona y la maza rotorica de un hidro-generador de 100 MW. Se midieron parámetros mecánicos y eléctricos durante el arranque, con la máquina trabajando a varios niveles de potencia y durante un rechazo de carga desde 100 MW. Las cargas medidas, junto con la fuerza centrífuga, la gravedad y la tracción magnética fueron incluidas en modelos de elementos finitos para cuantificar esfuerzos. También se evaluaron los esfuerzos producidos durante: embalado, falla fase a tierra y falla entre fases. Se obtuvo una historia de esfuerzos acoplando los esfuerzos calculados, con la historia de generación de potencia recolectada cada hora durante un año de operación de la máquina. Se realizaron cálculos de vida a fatiga utilizando la historia de esfuerzos junto con el modelo de fatiga multiaxial de Wang-Brown.
Se encontró que las tres piezas evaluadas están trabajando bajo el régimen de vida infinita.
Referencias
Moncilovic, D., Odanovic, Z., Mitrovic, R., Atanasovska, I. and Vuherer, T., Failure analysis of hydraulic turbine shaft, Engineering Failure Analysis, 20, pp. 54-66, 2012. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2011.10.006
Zhang, Z., Yin, Z., Han, T. and Tan, A., Fracture analysis of wind turbine main shaft, Engineering Failure Analysis, 34, pp. 129-139, 2013. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2013.07.014
Chyn, C., Wu, R.C. and Tsao, T.P., Torsional fatigue of turbine-generator shaft owing to network faults, IEE Proc. Gener. Transm. Distrib., [online]. 143(5), pp. 479-486, 1996. Available at: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=543374
Joyce, J.S. and Kulig, T., Torsional fatigue of turbine-generator shaft caused by different electrical system faults and switching operations, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, [online]. PAS – 97(5), pp. 1965-1977, 1978. Availabel at: https://ieeexplore.ieee.org/ stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4181641
Mitsche, J.V. and Rusche, P.A., Shaft torsional stress due to asynchronous fault synchronization, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, [online]. PAS-99(5) pp. 1864-1860, 1980. Available at: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp= &arnumber=4114007
Joyce, J.S. and Lambrecht, D., Status of evaluating the fatigue of large steam turbine-generator caused by electrical disturbances, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, [online]. PAS-99(1), pp.111-119, 1980. Available at: https://ieeexplore.ieee.org/ stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4113775
Ahlgreen, L., Johansson, K.E. and Gadhammar, A., Estimated life expenditure of turbine-generator shafts at network faults and risk for sub synchronous resonance in the Swedish 400 KV system, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, PAS-97(6), pp. 2005-2018, 1978.
Hammons, R.J., Effect of fault clearing and damper modeling on excitation and decay of vibrations in generator shafts following severe disturbances on the system supply, IEEE Transactions on Energy Conversion, [online]. EC-2(2), pp. 308-320, 1987. Available at: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4765846
Rusche, P.A., Katsiapis, Z.A. and Triezenberg, D.M., Turbine-Generator shaft related system planning criteria, operating experiences and selected study results, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, [online]. PAS-99(6), pp. 2153-2163, 1980. Available at: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=4114053
Bovsunovsky, A.P., Fatigue damage of steam turbine shaft at asynchronous connections of a turbine generator to electrical network, Journal of Physics: Conference Series, 628, in: 11th International Conference on Damage Assessment of Structures (DAMAS 2015) 24–26 August 2015, Ghent, Belgium, 2015. DOI: 10.1088/1742-6596/628/1/012001
Liu, C., Jiang, D. and Chen, J., Coupled torsional vibration and fatigue damage of turbine generator due to grid disturbance, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 136(6), art 062501, 2014. DOI: 10.1115/1.4026214
Chen, D., Zhang Y. and Gu, Y., Online evaluation of turbo-generator shaft fatigue damage caused by subsynchronous oscillation, IEEE Access, 8, pp. 55342-55353, 2020. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2981509.
Li, R., Zhao, S., Gao, B., Zhang, R. and Hu, Y., Subsynchronous torsional interaction of steam turbine under wind power oscillation in wind-thermal power bundled transmission system, Electrical Power and Energy Systems, 108, pp. 445-455, 2019. DOI: 10.1016/j.ijepes.2019.01.007
Dorji, U. and Ghomashchi, R., Hydro turbine failure mechanisms: an overview, Engineering Failure Analysis, 44, pp. 136-147, 2014. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2014.04.013
Liu, X., Lou, Y. and Wang, Z., A review on fatigue damage mechanism in hydro turbines, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 54, pp. 1-14, 2016. DOI: 10.1016/j.rser.2015.09.025
Maekawa, O., Kanazawa, Y., Takahashi, Y. and Tani, M., Operating data monitoring and fatigue evaluation systems and findings for boiling water reactors in Japan, Nuclear Engineering and Design, 153, pp. 135-143, 1995. DOI: 10.1016/0029-5493(95)90005-5
Mirandola, A., Stoppato, A. and Castro, E., Evaluation of the effects on the operation strategy of a steam power plant on the residual life of its devices, Energy, 35, pp. 1024-1032, 2010. DOI: 10.1016/j.energy.2009.06.024
Mantilla, C.A. Valdés, J.A. and Casanova, F., Multiaxial fatigue analysis for the shaft of a 100 MW hydro-power generator, Journal of Mechanical Engineering and Sciences, 13(2), pp. 4928-4945, 2019. DOI: 10.15282/jmes.13.2.2019.12.0409
Traxler-Samek, G., Tutorial: calculation of the magnetic pull of hydrogenerators. Hydro Generator Technology Center, Alstom, Switzerland, 2006.
Pyrhönen, J., Jokinen, T. and Hrabovcová, V., Design of rotating electrical machines, John Wiley & Sons, United Kingdom, 2008.
Rosenberg, E., Magnetic pull in electric machines, AIEE. 1918.
Kostenko, M.P. and Piotrovski, L.M., Máquinas eléctricas II. Editorial MIR, Moscú, 1976.
Wang, C.H. and Brown, M.W., Life prediction techniques for variable amplitude multiaxial fatigue – Part 1: theories, Journal of Engineering Materials and Technology, 118, pp. 367-370, 1996.
Boardman, B., Fatigue resistance of steels. ASM Handbook, Vol. 1: Properties and selection: irons, steels, and high-performance alloys. ASM Handbook Committee, 1990, pp. 673-688.
Stephens, R.I., Fatemi, A., Stephens, R.R. and Fuchs, H.O., Metal fatigue in engineering, 2nd ed., John Wiley & Sons, INC, New York, 2001.
Cómo citar
IEEE
ACM
ACS
APA
ABNT
Chicago
Harvard
MLA
Turabian
Vancouver
Descargar cita
CrossRef Cited-by
1. Carlos Mantilla-Viveros, Rubén Aponte, Fernando Casanova-Garcia. (2025). Fatigue Analysis of the Head Cover of a 100-MW Hydroelectric Power Plant. Journal of Failure Analysis and Prevention, 25(4), p.1850. https://doi.org/10.1007/s11668-025-02217-4.
Dimensions
PlumX
Visitas a la página del resumen del artículo
Descargas
Licencia
Derechos de autor 2020 DYNA

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0.
El autor o autores de un artículo aceptado para publicación en cualquiera de las revistas editadas por la facultad de Minas cederán la totalidad de los derechos patrimoniales a la Universidad Nacional de Colombia de manera gratuita, dentro de los cuáles se incluyen: el derecho a editar, publicar, reproducir y distribuir tanto en medios impresos como digitales, además de incluir en artículo en índices internacionales y/o bases de datos, de igual manera, se faculta a la editorial para utilizar las imágenes, tablas y/o cualquier material gráfico presentado en el artículo para el diseño de carátulas o posters de la misma revista.




