Estado da Arte em Modernização de Maquinas Hidráulicas XXIII SNPTE 20/10/15

Transcrição

1 Estado da Arte em Modernização de Maquinas Hidráulicas XXIII SNPTE 20/10/15

2 Visão Geral A empresa ANDRITZ AG, Graz, Áustria (sede do Grupo). Mais de 220 empresas de produção e de serviços no mundo inteiro. Equipamentos Eletromecanicos para Usinas Hidroelétricas Participação no Grupo ANDRITZ: 30-35% do OI Equipamentos para produção de papel, polpa e caldeiras Participação no Grupo ANDRITZ: 30-35% do OI Empregados: Mais de Dados de Referência Entrada de Pedidos: milhões de euros Faturamento: milhões de euros Prensas para moldagem (Shuler), sistemas de produção de aço inox, carbono e metal não ferroso, plantas forno industrial Participação no Grupo ANDRITZ: 25% do OI Equipamentos para separação de solidos e liquidos, alimentos para animais e biomassa Participação no Grupo ANDRITZ: 10% do OI O lucro líquido: 210 milhões de euros

3 Organização ANDRITZ HYDRO Large Hydro Compact Hydro Serviços & Reabilitações Bombas Turbo gerador Áreas dentro da ANDRITZ HYDRO 3

4 Fornecimento Water to Wire Barragem 2 Conduto forçado 3 Válvula de fechamento 4 Turbina 5 Gerador 6 Comando, controle e proteção 7 Instalação de distribuição de média tensão 8 Transformador 9 Instalação de distrib. alta tensão (GIS) 10 Linha de transmissão

5 Nossa História Mais de 170 anos de experiência em fornecimentos para a indústrias de energia hidrelétrica, bem como intensiva atividade de pesquisa, constituem a sólida base de nossa capacidade. Charmilles Pelton Water Wheel Baldwin-Lima-Hamilton J.P. Morris VOEST Hydro Vevey VOEST MCE Bouvier VA TECH HYDRO Ateliers de Construction Méchanique de Vevey (ACMV) Pichlerwerke Escher Wyss Bell Sulzer Hydro C.E.G.B. SAT ELIN Waplans Møller Tampella Andritz Andritz VA TECH HYDRO KVAERNER GE HYDRO inepar GE HYDRO English Electric KMW Finnshyttan NOHAB Boving KAMEWA Dominion Engineering Sorumsand Veksted 5

6 Presença Mundial Hammerfest Jevnaker Glasgow Nälden Västerås Tampere Moscow Vancouver Spokane Lewiston Lachine Pointe Claire Peterborough Charlotte Morelia Chambly Porto Ravensburg Vevey, Kriens Grenoble Madrid Schio Praha Vienna, Linz, Weiz, Graz, Tiszakécske Kiev Ankara Tbilisi Teheran Faridabad Bhopal Chengdu Hanoi Yangon Beijing Hangzhou Foshan Manila Bogota Caracas Lima Araraquara Araçatuba Sao Paulo Johannesburg Kuala Lumpur Jakarta Santiago de Chile Melbourne Escritórios Fábricas Escritórios com Fábrica Christchurch 6

7 Parque Industrial - Araraquara Escritório AHI Capacidade de Produção 2009 = horas/ano 2010 = horas/ano Prédio m 2 Prédio m2 Escritório IESA Escritório AHI Lab.Hidráulico m 2 AFIA Área Coberta m2 Área Total m Funcionários 7

8 Laboratório de Modelo Reduzido 8

9 Metodologia IEC Termos de reforma: Upgrading restoration of mechanical integrity or efficiency Uprating increase of name plate capacity (power) Overhaul restoration of mechanical integrity Modernization performance improvement and replacement of obsolete technologies Refurbishment very close to rehabilitation Re-development replacement of power plant which could involve changes in hydrology and operating conditions of the plant Performance Hidráulica Confiabilidade e segurança Custos de operação e manutenção Reabilitação ou Reforma ou Manutenção : Reparação dos componentes para o status inicial Modernização ou Aumento na operação ou avanços: maior valor agregado (ex. GWh ) Tempo de operação Redesenvolvimento: - Novas turbinas - Nova casa de máquina - Nova barragem Rehabilitation restoration of equipment capacity and/or equipment efficiency to near as-new levels, extension of equipment life by re-establishing mechanical integrity increase capacity or efficiency beyond those of the original machine 9

10 Motivos para Reabilitações / Modernizações

11 Objetivos da Modernização Aumentar a eficácia, a confiabilidade e a segurança da usina; Melhor aproveitamento dos recursos hídricos disponíveis; Aumento das receitas; Redução de custos, de manutenção e de riscos de paralisações não planejadas; Otimizar a vida útil da usina. Soluções, produtos e serviços durante todo o ciclo de vida de hidrelétricas. 11

12 Modernizações Hidráulicas, o que é geralmente feito? Perfil da travessa (analise e melhoria de Von Karman) Polos Enrolamento Nucleo Rotor Tubo de sucção Palheta Diretriz Labirintos 12

13 Modernizações Hidráulicas, o que é geralmente feito? Perfil da travessa (analise e melhoria de Von Karman) Polos Enrolamento Nucleo Rotor Tubo de sucção Palheta Diretriz Labirintos 13

14 Andritz Hydro Novos desafios Brasileiros Como nos adaptar e prevenir? O que fazer de diferente? Baixo nível dos reservatórios: Mudanças de níveis; Operação em baixa carga; Novas concessões das usinas; Prazos mais curtos para qualquer serviço de campo; Postergação das modernizações ou grandes reformas; Mudança da matriz energética brasileira: Aumento de energias sem regulação (eolicas +solares); Quedas na geração de energia. 14 Andritz Hydro

15 Novos desafios Brasileiros Prever falhas e acidentes em maquinas; Desgastes prematuros; Aumentar a faixa operativa; Diminuir gastos por abrasão; Operação em SNL; Prazos mais curtos de intervenção; 15

16 Metodologia SR Aproximação cliente/andritz ainda na fase de projeto é: Identificar a melhor solução ainda na fase de planejamento. Analisar os riscos envolvidos antes da implementação da modernização. Conhecimento dos detalhes da modernização antes do compromisso financeiro. Baixo investimento para soluções customizadas. Divisão em 3 fases: Diagnóstico, Análise e Terapia. Diagnóstico Análise Terapia Processo de Modernização Planejamento Estudo de Viabilidade Fabricação 16

17 Fingerprint Condições de Operação Avaliação da usina: Checklist : Informações gerais; Dados operacionais; Dados históricos; Critério de projeto; Desenhos com as principais dimensões; Análise das atuais condições da usina; Identificação dos pontos fracos; Visão da reforma necessária analise de outros componentes além do rotor; Recriação dos Parâmetros de uma turbina Flutuação de Pressão Vibração Ruído Cavitação / Trincas 17

18 Fingerprint Desmitificando uma Turbina Avaliação Geral: Checklist ; Informações gerais; Dados operacionais; Dados históricos; Critério de projeto; Desenhos com as principais dimensões Ensaios Elétricos Determinação da vida util do gerador Ensaio de rendimento; Inspeções visuais; Ensaio de indução magnética; Ensaios não destrutivos na parte mecânica; Verificação do aperto do núcleo; Hi-POT; Resistencia do isolamento e índice de polarização; Ensaios de dissipação e capacitância; Ensaios de corona; Tensão aplicada Peritagem Ensaios não destrutivos; Mapeamento de cavitação ou trincas; Ensaios Mecânicos e Hidráulicos Ensaios mecânicos não destrutivos e destrutivos para determinação da vida útil; Pulsação de Pressão; Ensaio de eficiência da turbina; Ensaios de Vibração; Flutuação de Pressão Fingerprint 18

19 Fingerprint Engenharia Reversa Engenharia Reversa: Possibilidade de utilizar o braço romer com 6 graus de liberdade para a medição; Posterior recriação do perfil e modelo hidráulico; 19

20 Aspectos Hidráulicos Diagnostico / Analises Possíveis Problemas em Operações extremas: Problemas Hidráulicos: Cavitação; Flutuação de Pressão; Velocidade de Disparo; Problemas mecânicos associados aos hidráulicos: Fadiga; Trincas; Problemas Operacionais: Necessidade de se operar em Speed No Load (SNL); Baixa geração de energia; Necessidade de maior flexibilidade operacional; 20

21 Análise CFD measurement Estudos de CFD Cavitação; Flutuação de pressão; Vibração; Análise de eficiência; Von Karman; Analise do tubo de sucção; Interação entre os componentes; Análise de Transientes; Estudos de FEM: Análise de Fadiga e esforços nas partes mecanicas; Estudos de operação em SNL Pressure [bar] time [s] Análise hidráulicas Eficiência; Potência; Estabilidade; Ruido e vibraçoes; Elétrica: Corona; Descarga parcial; Aquecimentos pontos quentes; Vibrações no estator;... Análise 21

22 Análise Mecânica - SNL Speed No Load (SNL): O Baixo nível do reservatório gera muitas vezes a necessidade de se utilizar a turbina sem carga ou baixíssima carga; Situação semelhante de operação na Europa com a entrada de diversas fontes de energia e aumento da flexibilidade de operação; As amplitudes de tensões dinâmicas são muito mais elevadas em condições sem carga do que em funcionamento normal: Simulações apresentam uma vida útil de apenas 8000h de algumas turbinas operando em SNL; 22

23 Análise Mecânica - SNL Simulação em CFD: Medição da flutuação de pressão na saída da palheta diretriz e entrada do rotor: 23

24 Análise Mecânica - SNL Testes em campo dos efeitos do SNL: 24

25 Análise Mecanica - SNL Em condições SNL outros pontos devem ser avaliados: Primeiramente: Vibrações nos mancais; Vibrações e deslocamentos do eixo; Ruído e frequências dominantes; Posteriormente: Flutuação de pressão no tubo de sucção e conduto forçado; Temperatura dos mancais; Performance através de um Index Test; Pressur e sensor s Outros: Os mancais são dimensionados para suportar sobrevelocidades somente o suficiente para se fechar a válvula borboleta (Francis); Evitar uma condição de disparo; Vibração e desgastes nas palhetas Novos rotores preparados para as condições de operação 25

26 Aumento da Faixa Operativa P&D Maiores flexibilidade operacional: Desenvolvimento de novas turbinas: 26

27 Flutuação de Pressão Sistemas Inteligentes de aeração 1 4 Baixa Pressão (aeração natural): 1- Aeração Central 2 Aeração periférica através do tubo de sucção 3 Aeração através do labirinto Alta Pressão: 4 Através da tampa superior 5- Através da tampa inferior

28 Gerador Estudos de engenharia e viabilidades - Gerador: Estudos elétricos e mecânicos no gerador: Aumento de potencia; Troca de isolamentos e melhorias associadas; Análise de Falhas; Vibração; Descargas Parciais; Sistemas de exaustão de óleo; Melhoria no sistema de resfriamento; 28

29 Reforma de Campo Reformas / Serviços de Campo: Manutenções Preventivas: MPP1 (20.000h); MPP2 (60.000h) MMPG ( h) 29

30 Filial em Araçatuba Reformas / Serviços de Campo: Filial Araçatuba (ATU): A filial ATU (Araçatuba) está dedicada, em sua atividade principal, a execução dos serviços de SR de campo abrangendo reformas de: hidromecânicos, turbinas, geradores, serviços auxiliares elétricos e mecânicos; Foco em reformas e serviços de campo 30

31 Serviços de Campo Reformas / Serviços de Campo: Reparo de Cavitação; Reparo de hidromecanicos; Reparo de rotores, palhetas diretrizes Reformas / Serviços de Campo: Usinagens de campo; Desmontagem e montagem: Turbina, Gerador, hidromecanico, EPS; Comissionamento; Supervisão de campo; Reparos em eclusas; Reparo de corona; 31

32 Contratos Guarda-Chuva Contratos guarda-chuva são contratos de longo prazo muitas vezes de escopo indefinido: De 2 a 5anos; Esses modelos de contrato préestabelecem condições técnicas e comerciais; O escopo dos contratos são usualmente relacionados a serviços específicos ou não, que são usualmente realizados mais de uma vez durante os anos; Cada contrato é único estabelecendo as prioridades, requisições de cada serviço e empresa 32

33 Contratos Guarda-Chuva Serviços Aplicados para: Turbina; Regulador de velocidade; Serviços e Diagnósticos -Peritagem -Teste especiais Manutenção e serviços básicos programados -Supervisão -Cavitação -Engenharia -Check-up -Serviços de campo -Sobressalentes Manutenções Maiores -MPP1 -MPP2 Manutenção e serviços não progrados de emergência Gerador e equipamentos auxiliares; Válvulas; Comportas; 33

34 Abrasão x Coating Concentração Tamanho do grão Distribuição do grão na agua Condições de operação Qualidade da agua P&D em novas soluções de coating Época de Observação Queda Potência Vazão Tempo de Operação Perfil e Imperfeiçõe s originais Ordem da entrada de cada maquina 34

35 Reformas do Rotor Kaplan Reformas / Serviços de Campo: Reparo de rotores Kaplans; Mais do que um novo fornecimento *Rerências: mais de 15 rotores reformados nos ultimos anos

36 Fornecimento de Rotor Kaplan Modernizações: Fornecimento de novos rotores com nova hidraulica sem a troca de nenhum outro componente; Ganho de potência ~10% de potência com uma parada de maquina de 5 dias; 36

37 Fornecimento de Rotor Kaplan Modernizações: Fornecimento de novos rotores com nova hidraulica; Um dos unicos casos de redução de potência, viabializado com apenas a troca do rotor; 37

38 Diatech Analise e Monitoramento Sistemas de Analise de Monitoramento: Diatech: é é um acompanhamento Online inteligente e Diagnóstico do sistema para detecção precoce de problemas de falhas mecânicas, térmicas, dielétricas e magnéticas de unidades geradoras em usinas. Conhecimento Diagnóstico Monitoramento Informação Dados Sinais Processamento de Dados Um sistema de monitoramento convencional fornece dados a DIATECH, que fornece resultados de diagnóstico! 38

39 Diatech Analise e Monitoramento Mancal DIA TECH : Sistema de resfriamento Mancal Escora Mancal Guia Gerador Eixo Turbina Descarga Parcial Temperatura do Rotor Aperto do nucleo Modulo Termico Air Gap Temperatura do Enrolamento Vibração Folga) 39

40 Micro e Mini Soluções As turbinas compactas são eficazes em aproveitamentos onde as turbinas convencionais e standarts não são economicamente viáveis; As 3 soluções se completam, preenchendo a região não alcançada pelas turbinas convencionais.

41 HIPASE Plataforma modular comum; Arquitetura comum para Excitação & Proteção & Sincronismo & Regulador de Velocidade; Application boards dedicadas para cada funcionalidade; Tela de toque colorida para operação e manutenção; Sistema operacional em tempo real seguro Proteção contra ataques cibernéticos Arquitetura simples e comum para todos os dispositivos Projetado para o uso dedicado na geração de energia Fácil operação e manutenção Proteção contra ataques cibernéticos 41

42 Thyne 1 Sistema compacto de excitação; Regulador automático de tensão (AVR), regulador de corrente (FCR) e todas as funções para a operação segura e confiável da máquina; Até 25A de corrente de excitação nominal e 36A em caso de sobrecarga; Aplicável para máquinas síncronas e geradores síncronos com excitatrizes rotativas; Circuito de potência interno composto pelos mais modernos semicondutores de potência IGBT Circuito de-excitação integrada com resistor de descarga interno

43 P&Ds o que vem sendo prospectado? Mapeamento de usinas com Sonar Utiilização de materiais poliméricos Manutenção Virtual Ventilação a CFD no gerador Nanotecnologi a no isolamento de geradores Sistemas para repelir peixe P&D PTFE em mancais Geradores como compensadores síncronos Segurança Cibernética Sistema de Injeção de ar na estabilização da hidraulica Ensaio de modelo utilizando rotor de impressão 3D Tampas com novos materiais 43

44 ANDRITZ Cavitation Hydro Service Repair Already executed services Obrigado! Rodrigo Parada Tel.: Cel.: