Resumen

Hoy en día, la búsqueda de mayores prestaciones en las aplicaciones de turbomaquinaria ha llevado a una creciente utilización de cojinetes magnéticos activos (AMB), que pueden aportar una serie de ventajas gracias a sus características: Los AMB permiten que los componentes de la máquina alcancen velocidades periféricas más elevadas; de hecho, no existen problemas de desgaste ni de lubricación, ya que no hay contacto entre las superficies de los cojinetes. Además, los parámetros característicos de los AMB pueden controlarse mediante software, lo que optimiza las prestaciones dinámicas de la máquina. Sin embargo, los cojinetes magnéticos activos presentan algunas peculiaridades, ya que tienen una capacidad de carga inferior a la de los cojinetes de rodillos e hidrodinámicos más utilizados, y necesitan una fuente de energía; por estas razones, en caso de sobrecarga o avería de los AMB, se requiere un sistema de cojinetes auxiliar para soportar el rotor durante tales eventos de aterrizaje. Durante el proceso de diseño de la turbomáquina, es fundamental elegir adecuadamente el tipo y las características de los cojinetes auxiliares, ya que dichos componentes deben resistir el impacto del rotor; por ello, una herramienta de diseño de apoyo basada en modelos precisos y eficientes de los cojinetes auxiliares es muy útil para la integración del diseño del Sistema de Cojinetes Magnéticos Activos en la máquina. Este trabajo presenta un modelo innovador para describir con precisión el comportamiento mecánico de un sistema rotor-dinámico completo compuesto por un rotor equipado con dos rodamientos auxiliares. El modelo, desarrollado y validado experimentalmente en colaboración con Baker Hughes, una empresa de GE (que proporcionó el caso de prueba y los datos experimentales), es capaz de reproducir los fenómenos físicos clave observados experimentalmente; en particular, el fenómeno más crítico observado durante las repetidas pruebas experimentales de aterrizaje combinado es el torbellino de avance del rotor, que se produce en caso de condiciones de alta fricción e influye enormemente en el comportamiento de todo el sistema. Con el fin de estudiar detenidamente algunos fenómenos especiales como el descenso del rotor sobre los cojinetes de aterrizaje (que requiere un largo periodo de tiempo para evolucionar e implica muchos cuerpos y grados de libertad) u otros eventos particulares como los impactos (que ocurren en un corto periodo de tiempo), se ha buscado un compromiso entre la precisión de los resultados y la eficiencia numérica. Algunos de los elementos del modelo propuesto se han introducido previamente en la literatura; sin embargo, el presente trabajo propone algunas características nuevas de interés. Por ejemplo, se han acoplado adecuadamente los modelos lateral y axial para reproducir correctamente los efectos observados durante los ensayos experimentales y se ha modelado adecuadamente un elemento muy importante del sistema, la suspensión flexible del cojinete de apoyo, para describir con mayor precisión sus efectos elásticos y de amortiguación sobre el sistema. Además, el modelo también es útil para caracterizar las frecuencias relacionadas con el movimiento de torbellino delantero del rotor.

• Materias:Máquinas eléctricas Mecánica de fluidos Turbinas hidráulicas Turbina eólica Turbomáquina
• Subjects:Electric machines Fluid mechanics Hydraulic turbines Wind turbine Turbomachine
• Palabras claves:rodamientos magnéticos activos, rotor, modelo, sistema de rodamiento magnético activo, parámetros característicos ambs, sistema de rodamiento auxiliar, tipo de rodamiento auxiliar, rodamientos auxiliares, condiciones de alta fricción, mayores velocidades periféricas
• Keywords:active magnetic bearings, rotor, model, active magnetic bearing system, ambs characteristic parameters, auxiliary bearing system, auxiliary bearing type, auxiliary rolling bearings, high friction conditions, higher peripheral speeds