Análisis de causa raíz de fisura en extremo de eje y acople de un generador eléctrico de alta potencia

Abstract

En materia de generación de energía eléctrica, y particularmente en generadores de alta potencia se ha trabajado en los últimos años en la producción de sistemas con mayor potencia de entrega. Los equipos de generación de alta potencia, sin embargo, tienen una limitación principal debido a la elevada inercia de los elementos de transmisión de movimiento que deberán ser cada vez más grandes. Los ejes de estos generadores operan bajo un rango amplio de condiciones de servicio, entre los que se encuentran atmósferas y temperaturas extremas. Así mismo estarán sujetos a una variedad de cargas que en general pueden resumirse a tensión, torsión, compresión, flexión o combinación de estas y a su vez en presencia de vibraciones que serán de magnitud mayor en tanto más grande sea el componente rotante. La presencia de vibraciones torsionales relacionadas a fluctuaciones en la red, o la falta de controles y sistemas de amortiguación en adición con sitios sensibles en el conjunto par eje-acople, que en presencia de una unión por interferencia derivan en la generación de daño superficial por fretting, son una causa estudiada de las fallas por fractura de los ejes de los generadores. La falla por fatiga se inicia en las regiones más vulnerables del componente donde se encuentran actuantes esfuerzos dinámicos, concentradores de tensión (que pueden ser de naturaleza mecánica o metalúrgica) o una combinación de ambos. Las tensiones elevadas por efecto de estos concentradores involucran elementos tales como filetes, radios de encuentro poco generosos, espinas o chaveteros, ajustes por interferencia defectuosos, mala terminación o rugosidad de maquinado, etc. Desde el punto de vista metalúrgico los concentradores de tensión se los define como fenómenos de fisuración por temple, corrosión localizada, inclusiones no metálicas de gran tamaño, partículas de segunda fase frágiles y defectos de soldadura. El presente trabajo está basado en el Análisis de Causa Raíz de fisuración de un extremo del eje de un generador de 307 MW – 3000 rpm por un mecanismo de fretting-fatiga con un estado de cargas de vibraciones torsionales.