VIBRAÇÃO NO NÚCLEO ESTATÓRICO DO GERADOR DA UG-05 DA USINA HIDRELÉTRICA ENGº. SÉRGIO MOTTA (PORTO PRIMAVERA) 1.0 INTRODUÇÃO

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Isabela Camarinho Guimarães
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GGH/008 6 de Outubr de 00 Cmpins - Sã Pul - Brsil GRUPO I GRUPO DE ESTUDO DE GERAÇÃO HIDRÁULICA - GGH VIBRAÇÃO NO NÚCLEO ESTATÓRICO DO GERADOR DA UG-05 DA USINA HIDRELÉTRICA ENGº.

1 GGH/008 6 de Outubr de 00 Cmpins - Sã Pul - Brsil GRUPO I GRUPO DE ESTUDO DE GERAÇÃO HIDRÁULICA - GGH VIBRAÇÃO NO NÚCLEO ESTATÓRICO DO GERADOR DA UG-05 DA USINA HIDRELÉTRICA ENGº. SÉRGIO MOTTA (PORTO PRIMAVERA) Mnel Dis Edsn Mrcni Mur Uemri Crls A. D. Cst (*) Edwin I. B. Ang Pul R. D. Od RESUMO Este trblh tem finlidde de presentr s principis resultds ds verificções feits n núcle esttóric d UG-05 d Eng. Sérgi Mtt (UHE Prt Primver), em funçã ds vibrções que frm bservds desde primeir crregment relizd durnte s ensis de cmissinment, s nálises efetuds e medids crretivs dtds. É presentd um nálise ds cndições cim cm s respectivs cnclusões, que indicrm que vibrçã d núcle esttóric é frut de um interçã entre s cmps mgnétics principl, de reçã de d cmp de excitçã. Dest nálise, resultu em bsicmente dus lterntivs pr reduçã d vibrçã: ) Mdificçã mecânic d esttr b) Mdificçã elétric d esttr Fi cncluíd pel vibilidde d lterntiv de mdificçã elétric d esttr, cm de melhr pssibilidde de implementçã tnt sb pnt de vist de fcilidde de relizçã cm de btençã ds resultds pretendids Neste trblh s utres mstrm s resultds de clcul ds vetres ds frçs pr enrlment riginl e mdificd, que cncluírm hver um reduçã d excitçã d vibrçã pr,5% d vlr ttl clculd ns cndições riginis d gerdr. Sã tmbém presentds s vlres ds medições de vibrçã d gerdr pós mdificçã, mstrnd cert ds cálculs efetuds e sluçã d prblem. PALAVRAS-CHAVE Gerdr Síncrn; Vibrções; Mdificçã elétric d esttr..0 INTRODUÇÃO A UG-05 d Eng. Sérgi Mtt (UHE Prt Primver) entru em perçã n di 9/04/00 e durnte s ensis de rejeiçã de crg neste mesm di bservu-se que gerdr presentv um nível de vibrçã superir s demis, que pdi ser sentid ns chpris d cbertur superir e n ruíd d pç d gerdr. Ns investigções feits frm medids vibrções d rdem de té 0 mm/s, cnsiderds excessivs, frm purds s seguintes fts: Que vibrçã crre cm gerdr sb crg. Que ruíd devid vibrçã é muit bix cm gerdr em vzi u em curt-circuit e pós rejeiçã de crg. Que s medições relizds em cmp cnfirmrm que md de vibrr d núcle d esttr é de 0 Hz e 4 nós. p( Núcle d esttr FIGURA Md de vibrçã d núcle! A vibrçã d núcle e d crcç crre cm gerdr sb crg e ument cm elevçã d ptênci d gerdr. Cm ist, ficu bem crcterizd que vibrçã é excitd pel circulçã d crrente de rmdur. 4 nós 0 Hz R. d Cnslçã, 875 9º ndr Sã Pul SP Tel: (0xx) Fx: (0xx) e-mil: crls.cst@cec.cesp.cm.br

Sérgi Mtt (UHE Prt Primver), em funçã ds vibrções que frm bservds desde primeir crregment relizd durnte s ensis de cmissinment, s nálises efetuds e medids crretivs dtds.

2 ! Cm vriçã d tempertur d núcle, nã crre um vriçã significtiv d su vibrçã, bservnd-se que em lguns pnts há um ument e em utrs diminuiçã. Já n crcç vibrçã fri é sensivelmente menr. Este cmprtment pder ser cnsiderd nrml, pis cm ument d tempertur crre diltçã d núcle, fzend cm que hj um víncul mir cm crcç e cnsequentemente um trnsmissã d vibrçã que é rigind n núcle. As principis crcterístics d gerdr sã s seguintes: POTÊNCIA NOMINAL 000 VA TENSÃO NOMINAL 3800 V CORRENTE NOMINAL A ROTAÇÃO NOMINAL 75 rpm FATOR DE POTÊNCIA 0.90 FREQUÊNCIA 60 Hz NÚMERO DE PÓLOS 96 NÚMERO DE RANHURAS 684 INÍCIO DE OPERAÇÃO ANO 000 A nálise d rigem dest vibrçã excessiv é feit à luz d teri ds frçs prsits gentes n núcle d esttr, prtnt de um excitçã de rigem mgnétic cuj númer de nós cincide cm md de vibrr d esttr..0 CONCEITO E TEORIA SOBRE FORÇAS PARASITAS: Pr nss estud é cnveniente seprrms estes cmps pr nálise mis detlhd: Reçã de rmdur: B FMM * sin ( ( x β ) ± wt ) * L L λ * cs( j( px wt π )) j j Cmp d pól: B B * sin(( * i + )( px w) f f, * i + i Cmp Principl: B B * sin( px wt + β ) (4) h h () (3) O cmp principl é sm d fundmentl d fundmentl d cmp, cm bix: + (5) h f Atrvés de (), btems fundmentl reçã d m (6). Fmm( * λ( (6) Simblgi f FMM ( Induçã mgnétic d cmp Frç mgnet mtriz d rmdur p( Frç prsit µ 4 * π * 0-7 Permebilidde mgnétic d r [N/m] Bf B ( x, t ) Induçã resultnte n entreferr Bh d gerdr λ ( Permeânci d entreferr A vibrçã d núcle esttóric é frut de um interçã de cmps mgnétics principl, de reçã d rmdur d esttr e d cmp de excitçã. É cnveniente um breve explicçã sbre este fenômen, pis ele está sscid à vibrçã trvés ds cnceits de frçs prsits gentes n núcle. Ess frç é dd pel seguinte expressã: * B ( [N/m ] () Send que cmp resultnte B n entreferr é sm d cmp d cmp d pól, cnsidernd td espectr de hrmônics cntids em cd cmp. FIGURA Digrm de fsres

As principis crcterístics d gerdr sã s seguintes: POTÊNCIA NOMINAL 000 VA TENSÃO NOMINAL 3800 V CORRENTE NOMINAL 4685.7 A ROTAÇÃO NOMINAL 75 rpm FATOR DE POTÊNCIA 0.

3 3 B f cmp B h B 4 rmdur δ λ j FIGURA 5: Permeânci d entreferr e s hrmônics *j FIGURA 3: Cmp de d pl Apens pr ilustrçã pdems cnsiderr um cs em que crr interçã mútu d cmp principl: * B ( (7) h De (5) e (7) btems (8): p ( *( *( + ) µ h f (8) Fzend prdut, btems (9): p( *( * + µ h (9) KKK * ) h f O primeir term de (9) é frç devid interçã d cmp principl cm reçã d cm em (0): * * (0) h 3.0 ANÁLISE DA VIBRAÇÃO DO NÚCLEO DO ESTATOR DO GERADOR: A seguir desenvlverems nálise específicmente pr cs d gerdr 5 d Eng. Sérgi Mtt (UHE Prt Primver). Onde: Númer de rnhurs 684 Númer de póls 96 Númer de rnhurs pr pól e fse: q Este númer de rnhurs pr pól e fse (q) frcinári, signific que númer de rnhurs pr frmr FMM difere de pól pr pól, e há um peridicidde cd 8 póls. Neste cs 8 póls signific enrlment básic, que é suficiente pr terms cmprtment ds hrmônics d gerdr. De (6) e (0) btems (): * * FMM ( * λ( () h O Segund term de (9) é frç devid interçã d cmp principl cm cmp d pól cm em (): * * () h f FIGURA 6: FMM d rmdur d enrlment riginl FIGURA 4: Curv de induçã d cmp e s hrmônics *i+

0 ANÁLISE DA VIBRAÇÃO DO NÚCLEO DO ESTATOR DO GERADOR: A seguir desenvlverems nálise específicmente pr cs d gerdr 5 d Eng. Sérgi Mtt (UHE Prt Primver).

4 4 TABELA : Esquem de enrlment de um prte básic, u sej 8 póls e 57 rnhurs Decmpnd FMM d Figur 6, em séries de Furier, btems tds s hrmônics cntids nest FMM. Sã ests hrmônics que, intergind cm cmp principl, cm induçã d cmp e permeânci d entreferr, drã rigem s frçs prsits. Nte-se que fundmentl é de rdem 4. Cnfrme s cálculs executds especificmente pr unidde gerdr 5, btems s hrmônics de rdem 5 e 3 d reçã d que intergind cm cmp principl e cm cmp d rtr, dã rigem às frçs de excitçã em 0 Hz e 4 nós. A frç ttl clculd n cndiçã de.00 pu de crg,.05 Un, 0.90 p.f. é de 4653 N/m, resultd d sm vetril ds diverss cmpnentes de frçs e detlhds n Tbel : TABELA : Cmpnentes vetriis Cmp Cmp Frç Angul B h principl 5 hrm B f cmp, 3 hrm. 3 B h principl λ 4, 4 B h principl, 5 B h principl 5 hrm., 6 4 hrm. λ hrm. 8 4 hrm. 5 hrm Ttl AÇÃO CORRETIVA A nálise nterir ns indic que existem bsicmente dus lterntivs pr reduçã d vibrçã: ) Mdificçã mecânic d esttr Mdificçã d estrutur d esttr cm prpósit de mudr md de vibrr, u sej, lternd númer de nós. b) Mdificçã elétric d esttr Os cmpnentes que mis implicm lt nível de vibrçã sã s hrmônics de rdem 5 e 3 d reçã d que qund intergind cm utrs cmps cusm s frçs que excitm vibrçã d núcle d esttr. Os principis cmpnentes sã: Cmp principl; Fundmentl d Cmp d pól; Fundmentl d Permeânci d entreferr; Fundmentl d FMM d reçã de rmdur d esttr; Hrmônics d Cmp d pól; Hrmônics d Permeânci d entreferr; Hrmônics d FMM d reçã d esttr; A nálise de cd um ds cmpnentes cim ns indic que smente pderems gir sbre s hrmônics d FMM de reçã d esttr. Cm mdificções ns cnexões d esttr, lternd s psições ds brrs, pdems lterr FMM de tl md que minimize mplitude d 5 e 3 hrmnic. Obtend minimizçã d mplitude dests hrmônics estrems diminuind s frçs de excitçã e cnsequentemente nível de vibrçã e ruíd. Est lterntiv vis reduçã ds hrmônics 5 e 3 d reçã d esttr, trvés ds mdificções ns cnexões d esttr. Esss mdificções tmbém presentm lterntivs, que bem nlisds, ns cnduzirm à mudnç de brrs superires cm s respectivs brrs inferires de um fse pr utr, cnfrme Tbel 3 bix: TABELA 3 Brr Superir d fse Pssr pr fse 5 + T3 -T 6 + T -T T -T Esse prcess de mudnç de brrs entre fses se estende pr s utrs prtes básics d enrlment. N Tbel 4 é mstrd esquem de enrlment de um prte básic, mstrnd s trcs de brrs.

Cnfrme s cálculs executds especificmente pr unidde gerdr 5, btems s hrmônics de rdem 5 e 3 d reçã d que intergind cm cmp principl e cm cmp d rtr, dã rigem às frçs de excitçã em 0 Hz e 4 nós.

5 5 TABELA 4 ESQUEMA DE ENROLAMENTO MOSTRANDO AS TROCAS DE BARRAS A frç ttl, pr cmpnentes em 0 Hz e 4 nós, clculd n cndiçã de.00 pu de crg,.05 Un, 0.90 p.f. é de 00 N/m, cnfrme pdems ntr pel sm vetril ds diverss cmpnentes de frçs n Tbel 5. TABELA 5: Cmpnentes vetriis enrlment mdificd Cmp Cmp Frç Ângul B h principl 5 hrm B f cmp, 3 hrm. 3 B h principl λ 4, 4 B h principl, 5 B h principl 5 hrm., 6 4 hrm. λ hrm. 8 4 hrm. 5 hrm Ttl Cmprnd cm s vlres d Tbel, cheg-se um reduçã pr,5% d nível d frç resultnte de excitçã ds vibrções T-A T-D T5-A T5-D T9-A T9-D FIGURA 7 Medições de vibrçã Nts:.P,P,P3 e P4 sã s prteleirs d crcç.t,t5 e T9 sã s lcis ds trcdres de clr medids e A e D designm s medições ntes e depis ds mdificções. 3.Medids cm 70 MW, - MVAr, 4,3 V As medições cmprvrm expressivs reduções ds vlres médis de cd prteleir pr vlres entre 5% e 9% ds nterirmente medids, cmprvnd cert ds cálculs de reduçã efetuds que estimrm em 30% pr est cndiçã pertiv. 5.0 CONCLUSÃO Fi cmprvd vibilidde de diminuir certs tips de vibrções em gerdres síncrns trvés de lterções n esquem de ligções d enrlment esttóric. P P P3 P4 Os mesms cálculs, pr cndiçã de ensi de 0,63 p.u. de tensã e p.f. 0,986, mstrm que frç de excitçã é reduzid 30 % d vlr riginl. A lterçã fi relizd cm mdificçã de um ttl de 7 cnexões d enrlment esttóric. As medições de cmp, relizds mente ns núcles esttórics cm celerômetrs, remvend-se s rdidres crrespndentes, estã resumids n Figur 7 seguir.

5 hrm. 84 96 33 309 449 84 35 53 7 96 34 3 4 Ttl 00 69 Cmprnd cm s vlres d Tbel, cheg-se um reduçã pr,5% d nível d frç resultnte de excitçã ds vibrções.

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