Production d`énergie (hydraulique, thermique et nucléaire)
Contents
1. Pour une lecture rapide L objet de ce document est de r aliser une pr sentation conjointe des applications op rationnelles des techniques d quilibrage des rotors EDF et de certains d veloppements r cents Les premi res sont l oeuvre de services op rationnels internes Les d veloppements sont men s par la DER L activit op rationnelle concerne trois classes de machines les groupes turbo alternateurs les pompes primaires des centrales 900 et 1300 MW et les machines tournantes auxiliaires Pour chaque type de machine la pr sentation d crit successivement les mat riels concern s les m thodes normes et proc dures appliqu es les outils mat riels et logiciels utilis s les r sultats et performances obtenus et enfin les difficult s et probl mes rencontr s Pour les GTA la pratique de l quilibrage s appuie sur une politique de suivi vibratoire et de connaissance des machines Les gains apport s par un quilibrage sont dans l ensemble importants mais ceci est bien entendu fonction de l tat de d gradation rencontr sur les machines Pour les pompes primaires les quilibrages sont contraignants du fait qu ils ont lieu dans le b timent r acteur mais par ailleurs ils ne soul vent pas de difficult s techniques majeures Pour les machines tournantes auxiliaires deux situations peuvent se rencontrer l quilibrage sur banc et l quilibrage in situ Sur banc l objectif de l quilibrage est fix en terme2. ce qui concerne les GTA la pratique de l quilibrage s appuie sur une politique de suivi vibratoire et de connaissance des machines Pour pratiquer les quilibrages eux m mes on n intervient qu en suivi de r vision ou sur incident Les GTA font donc l objet de relev s vibratoires avant leurs arr ts programm s relev s de signature Ces signatures sont compar es apr s red marrage aux relev s avant arr t De plus on s efforce de faire 1 2 relev s interm diaires entre les arr ts au titre du suivi de comportement Le traitement comparatif est r alis de fa on visuelle par un expert L archivage des donn es de suivi est effectu localement l USI pour les machines qui sont de sa comp tence Le suivi vibratoire proprement dit porte sur l analyse des harmoniques principaux en amplitude et phase en marche normale et en ralentissement A titre accessoire la norme ISO 1940 est utilis e pour le calcul de grandeurs telles que balourd admissible balourd r siduel Il n y a pas d instrumentation particuli re mise en oeuvre dans le cadre du suivi L appareillage utilis pour les mesures est de type Vibrocam 5100 de Schenck l occasion d un quilibrage on renforce l instrumentation d exploitation de la machine les capteurs utilis s sont alors 5 des acc l rom tres et des capteurs de d placement relatif on introduit des points de mesure dans la direction horizontale Le calcul d quilibrage se fait en moyenne
3. comme insuffisamment fiables ce doute sur les informations concerne par exemple la conservation du rep rage des phases Par ailleurs l exp rience montre que ce type de machine conna t des volutions m caniques r elles au fil du temps amp On rencontre encore dans la pratique quotidienne des probl mes d licats un exemple repr sentatif a t donn par la centrale de Martigues o une tranche pr sentait des niveaux vibratoires lev s sur un palier tant que la machine tait froide elle se comportait bien apr s une journ e de production mais il n a pas t possible de trouver un bon compromis entre la marche chaud et la marche froid La recherche de vitesses critiques ventuellement d plac es sur cette machine n a rien donn Il reste donc dans un tel cas les hypoth ses frottement et d formation En ce qui concerne la possibilit de d fauts de forme de l arbre la pratique consiste faire une rotation basse vitesse de la machine d s que l on a un doute ce sujet Il faut alors instrumenter sp cifiquement Ceci ne se produit toutefois qu exceptionnellement En fait la pr sence des d fauts de forme ne pollue pas le calcul des coefficients d influence qui est fait partir de donn es vectonelles diff rentielles mais la tentation peut exister de compenser des d fauts de forme par des balourds suppl mentaires En conclusion pour ce qui concerne les groupes turboalternateurs on peut surtout reg
4. le Plan 2 noeud 26 on observe par rapport l essai de r f rence Figure 5 que deux positions diff rentes de la masse d essai 1 0 et 90 se traduisent bien alors par des amplitudes vibratoires diff rentes mesur es par nos capteurs et emblage EURoPAL Asi Assemblage BUROPA Caden EUROK Cac BURO175 Diletation 0 000 Date 17051996 9 43 04 Date 1006 1996 14 52 28 Revision 1 zje Revision 1 zje Deri grend axe 5 89712 06 m As Dem gend aze 4 73135e 07 m As y Pour cette trequence Phase pan axe 45 0821 deg 3000 000 tours min Pour coute frequence Phase gead axe 20 1474 dag 3009 000 Touranin Demi gand are manman Deri peut axe 4 34262 0 06 m Demi grand are aarmer Demi pezit are 3 617886 07 m 3 789030 05 m 58997 e 06 pour le noend NOED pect le noend NOE25 Figure 5 masse de r f rence Plan 2 Figure 6 rotor quilibr masse correctrice Plan 1 14 Le Tableau 1 ci dessous r capitule les niveaux vibratoires et les coefficients d influence d termin s partir de CaDyRo pour ces diff rents cas Le Tableau 2 donne partir des niveaux vibratoires calcul s par CaDyRo pour les diff rents lancers d essai les coefficients d influence et la masse correctrice calcul s par EQUILOP Le Tableau 3 fournit les niveaux vibratoires r siduels d termin s par CaDyRo apr s implantation de la masse correctrice d termin e par
5. porte sur environ 100 rotors par an Les interventions se font conform ment l ISO 1940 et au moyen de proc dures qui l appliquent Les calculs sont r alis s par un calculateur int gr au banc Sur les pompes multicellulaires RCV ASG on choisit les plans d quilibrage de mani re avoir un ajout ou un enl vement de mati re minimal en fonction du rapport trouv entre balourd statique et balourd dynamique Les pompes ASG du fait de leurs arbres creux sont pratiquement des rotors flexibles De ce fait il est prescrit de r aliser leur quilibrage une vitesse de rotation bien pr cise En ce qui concerne les ventilateurs la norme ISO sp cifique n est pas utilis e L quilibrage des ventilateurs s av re d licat 1l s agit souvent de pi ces m cano soud es parfois fortement d form es Les bancs sont des machines paliers souples Les rotors manipul s peuvent aller de 10 kg 9 Tonnes Le choix d une technologie paliers souples pour ces bancs d quilibrage provient du fait que ceux ci sont bien plus ais ment d pla ables si l on les compare avec les bancs paliers rigides Au passage il faut rappeler que seule la norme fran aise E90 600 prend sp cifiquement en compte le cas des machines paliers souples la diff rence de la norme internationale Sur le plan m trologie calcul les bancs sont des outils autonomes Ils ne n cessitent qu un r talonnage annuel par les soins de leur construct
6. s des imp dances de palier dans le mod le puis recalage bas sur ces param tres d termination des coefficients d influence exp rimentaux d termination des coefficients d influence num rique par simulation comparaisons La maquette utilis e pour les tests tait constitu e de deux rotors assembl s mont s sur quatre paliers et pr sentait trois vitesses critiques dans la plage de fonctionnement Pour faciliter les comparaisons il s est av r n cessaire d introduire des pond rations dans le calcul des balourds correcteurs partir des valeurs exp rimentales Moyennant cette op ration la comparaison des r sultats en vibrations r siduelles a montr que sur sept points d observation retenus le param tre Snax tait voisin pour trois d entre eux et cart de moins de 50 pour les quatre autres On peut donc conclure globalement qu il est possible de r duire les vibrations d une machine partir de la d termination des coefficients d influence par un mod le num rique Suite cette tude un certain nombre d interrogations et d inconnues subsistent du fait que les imp dances de palier ne sont pas r ellement d termin es mais remplac es par des imp dances quivalentes issues du recalage les donn es vibratoires dont on a dispos sont particuli res Les paliers souvent proches des noeuds ne sont pas des points d observation optimaux Les vibrations absolues des paliers n ont pas t utilis es da
7. sur 8 capteurs mais parfois avec jusqu 14 capteurs Le calcul est r alis au moyen du logiciel EQUILOP 3 0 sur PC Ce programme est jug totalement satisfaisant en utilisation courante Dans l application pratique les capteurs d exploitation sont privil gi s par rapport l instrumentation suppl mentaire ventuelle Ceci est r alis au moyen de pond rations des mesures au cours du calcul d optimisation Sur le plan des objectifs il n y a pas d engagement formel de l USI vis vis de la centrale On peut plut t parler en pratique d un engagement qualitatif d am liorer une situation ce qui implique de faire une analyse vibratoire pr alable afin de v rifier que l quilibrage est bien le rem de appropri au probl me rencontr On r sout un probl me donn en g n ral avec 5 6 lancers parfois davantage Les gains apport s par un quilibrage sont dans l ensemble importants mais ceci est bien entendu fonction de l tat de d gradation rencontr sur la machine il est comparativement plus ais d am liorer une d gradation forte Les d gradations elles m mes ont pour origines des usures des d formations des volutions du lignage L apparition de d gradations n est pas de nature surprendre en raison de la politique actuelle d exploitation des machines celles ci sont sollicit es de plus en plus s v rement en exploitation alors que la maintenance est acc l r e car recentr e sur les besoins essen
8. sur les extensions possibles et celles ci ont fait l objet de premi res sp cifications Ind pendamment des techniques conventionnelles d quilibrage des rotors par caract risation puis intervention sur ceux Ci un proc d permettant d agir en temps r el sur l tat de balourd d un rotor a t con u L apport des mod les num riques dans le domaine de l quilibrage a t tudi Dans le principe un mod le aux l ments finis de machine permet par la mise en oeuvre de calculs de r ponse de simuler l ensemble des configurations qui peuvent tre rencontr es lors d un quilibrage L association de la m thode des coefficients d influence avec la mod lisation num rique des machines a pour but de r duire le nombre de lancers n cessaires Sur ce th me on peut conclure qu il est possible de r duire les vibrations d une machine partir de la d termination des coefficients d influence par un mod le num rique La transposition de cette d marche l chelle industrielle si elle est souhaitable introduira n anmoins des difficult s suppl mentaires Globalement c est la ma trise de la mod lisation et du recalage des mod les de machines qui devrait conduire maintenant aux am liorations les plus significatives dans le domaine de l quilibrage For a quick reading The purpose of this document is to present at the same time some operational applications of rotor balancing techniques at EDF and some recent developmen
9. EQUILOP Figure 6 On observe qu elles sont tr s faibles Tableau 1 cas EURoxx00 Figure 3 cas EURoxx90 Figure 4 Tableau 2 capteur Vibrations Vibrati Vibrations V fet des Effet des Initiales iti Finales masses amplitudes amplitudes i d essai Sang oreo EE m 12 9 g 175 0 Tableau 3 3 cas EURo00175 dr ee RL aan os 10 m Ces calculs seuls ne permettent pas bien entendu de confirmer la valeur des coefficients d influence mais simplement de v rifier la bonne repr sentation de la r ponse lin aire aux efforts dans CaDyRo Ils autorisent cependant quelques observations suppl mentaires 1 CaDyRo la diff rence d EQUILOP qui n cessite une mesure diff rentielle des vibrations permet de d terminer les coefficients d influence partir d un seul lancer 2 l examen pr alable de la d form e en regard de la position des plans d quilibrage et des capteurs en repr sentation plane ou 3D permet assez largement d anticiper sur un plan qualitatif l efficacit des masses correctrices 3 les carts de phase num riques observ s peuvent tre interpr t s physiquement l cart de phase spatial entre les masses des Plans 1 et 2 traduit un gauchissement de la d form e l cart de phase temporel entre les vibration observ es selon Oy et Oz proche de x 2 correspond sensiblement au passage d un champ de force tournant 15 IV Conclusion Dans ce document les utilis
10. Il ANAN ARAN MN Production d nergie hydraulique thermique et nucl aire DEVELOPPEMENT ET UTILISATION INDUSTRIELLE DES TECHNIQUES D EQUILIBRAGE A EDF DEVELOPMENT AND INDUSTRIAL UTILISATION OF ROTOR BALANCING TECHNIQUES AT EDF DIRECTION DES TUDES ET RECHERCHES SERVICE ENSEMBLES DE PRODUCTION Electricit D PARTEMENT ACOUSTIQUE ET M CANIQUE de VIBRATOIRE France Janvier 1997 FANTON J P RONDELET D I INA MN DEVELOPPEMENT ET UTILISATION INDUSTRIELLE DES TECHNIQUES D EQUILIBRAGE A EDF DEVELOPMENT AND INDUSTRIAL UTILISATION OF ROTOR BALANCING TECHNIQUES AT EDF Pages 18 Diffusion J M Lecceuvre EDF DER Service IPN D partement PROVAL 1 avenue du G n ral de Gaulle 92141 Clamart Cedex 29 08 97NB00061 EDF 1997 ISSN 1161 0611 Ei SYNTHESE L objet de ce document est de pr senter d une part la pratique industrielle qui existe EDF dans le domaine de l quilibrage des rotors et d autre part certains travaux de d veloppement r cents galement dans ce domaine On d crit dans une premi re partie en distinguant les types de machines concern es les outils de calcul utilis s les performances qui sont obtenues les probl mes rencontr s Sur le plan des d veloppements on rappelle d abord les principales caract ristiques du logiciel EQUILOP 3 0 puis on d crit la validation qui en a t r alis e sous un environnement informatique n
11. a pour but de r duire le nombre de lancers n cessaires et par cons quent de r duire les indisponibilit s de machines dues l quilibrage Les mod les de machine mis en oeuvre dans cette d marche doivent imp rativement tre recal s Une tude men e r cemment en collaboration entre EDF et l ISMCM a permis d valuer la faisabilit d une telle d marche 16 17 Pour au moins une partie des groupes turbo alternateurs mis en service de fa on r cente la prise en compte des r gimes transitoires passage des vitesses critiques est un imp ratif La d termination d un quilibrage optimal prenant en compte vitesse nominale et vitesses critiques devient un processus relativement complexe Pour ces machines l int r t de la d marche num rique se voit confirm Les termes Cim de la matrice des coefficients d influence sont exprim s de fa on th orique par la relation DG Cons 4 ea 3 2 j p o est la vitesse de rotation Pk 5 jo pulsation propre complexe d ordre k DL amplitude du mode propre droite d ordre k au point d observation capteur i Gm amplitude du mode propre a gauche d ordre k au plan d quilibrage m Ck constante de normalisation des modes Par ailleurs un logiciel sp cifique de traitement des donn es exp rimentales permet d extraire de la r ponse mesur e lors d un balayage harmonique les pulsations propres p et les contributions des modes TL au vecteur de la r ponse globale
12. at on main coolant pumps is certainly the most ngorous and the most codified and hence also the most efficient The main difficulties met are linked not to the calculation tools in fact quite sufficient but far more to certain practical problems Concerning developments the experimental approach of the balancing problem has frequently been privileged in the sense that it allows an immediate intervention on an unknown machine The influence coefficients method is the basis of the balancing procedures A large part of the realised work has therefore quite logically been focused on the development of a computation program implementing this method the EQUILOP software In the framework of a numerical validation of the EQUILOP program within the LADy software environment numerical modelling work has been led consisting in simulating the placement of balancing masses on a test rig Comparison of these simulations with experimental results has led to satisfactory results An analysis has been carried out on possible program extensions and those have been implemented as first specifications Independently of conventional balancing techniques by characterisation then intervention on rotors a new process allowing to correct in real time the state of imbalance of a rotor has been devised The possible contribution of numerical models in the area of balancing has been studied In the principle a finite element model of a machine allows by making u
13. ations op rationnelles des techniques d quilibrage et les d veloppements en cours ou simplement envisag s ont t pr sent s conjointement On constate que globalement les outils mat riels et logiciels disposition pour les utilisations industrielles sont consid rer comme satisfaisants La principale contrainte aujourd hui portant sur les dur es d intervention les progr s ventuels sont rechercher sous cet aspect Les techniques d quilibrage actif mises en oeuvre dans le cadre de dispositifs d aide a la caract risation exp rimentale peuvent y contribuer Essentiellement c est la ma trise de la mod lisation et du recalage des mod les de machines qui devrait conduire aux am liorations les plus significatives dans ce domaine V R f rences 1 Vois PH Tricastin tr 2 pompes primaires quilibrage mai 1991 HP 64 91 129 2 MOREL J GOUYET H Notice d utilisation du programme d quilibrage EQUILOP 3 0 HP 53 89 100 3 FABRIES R Logiciel LADy manuel de r f rence du module EQUILOP 3 1 HP 64 95 069 4 DENOUAL P FABRIES R Logiciel LADy module d quilibrage EQUILOP 3 1 note de conception d taill e HP 64 95 015 5 HEGER A FABRIES R Logiciel LADy module d quilibrage EQUILOP 3 1 sp cifications techniques HP 64 95 012 6 FABRIES R Logiciel LADy int gration d EQUILOP note de principe HP 64 95 006 7 FABRIES R Logiciel LADy module d quilibrage EQUILOP 3 1 d
14. au balourd u Tx et u sont reli s par u Si 4 La r ponse u est donn e si l amortissement est faible par l quation u Die bn p3 5 tr jJoO Pp o By est la valeur complexe du balourd modal d ordre k c est dire la projection des balourds sur le mode propre a gauche d ordre k Pratiquement l analyse de la r ponse en balayage harmonique ne permet de d terminer que le vecteur propre a droite D Faute de pouvoir proc der autrement le recalage du mod le num rique a t bas sur les seuls modes observables exp rimentalement savoir sur les modes directs droite L tude qui a t r alis e a montr qu il tait possible dans le cas d une maquette d quilibrer une machine sur la base des coefficients d influence th oriques Toutefois un r sultat satisfaisant ne peut tre obtenu que si la qualit du recalage du mod le num rique utilis est suffisante c est dire si les carts entre les caract ristiques modales r elles et calcul es de la machine sont r duits amortissement notamment La proc dure suivante a t appliqu e Caract risation exp rimentale du comportement de la machine identification des modes du rotor en libre libre mesure des imp dances de palier identification des caract ristiques modales et des contributions modales pour la machine assembl e partir d un ralentissement constitution et recalage du mod le d termination des sensibilit
15. e sont contraignants du fait qu ils ont lieu dans le b timent r acteur mais par ailleurs ils ne soul vent pas de difficult s techniques majeures voir galement 1 Les d fauts de forme ne sont pas pris en compte mais l on sait que par exp rience des d fauts magn tiques importants peuvent exister par marquage sur l arbre Ils doivent alors tre pr alablement corrig s Les op rations d quilibrage ont lieu uniquement lors des p riodes dites d arr t chaud c est dire aux pression et temp rature nominales Ce sont des conditions toujours identiques et donc favorables pour un bon r sultat de l quilibrage Deux situations peuvent se rencontrer dans ce domaine l quihbrage sur banc l quilibrage in situ 11 3 1 l quilibrage sur banc En fait ce sont les bancs et non les rotors qui se d placent in situ L USI dispose de deux bancs identiques de type B150 d IRD L un est utilis pour les rotors froids c est dire non contamin s et l autre est r serv pour les rotors chauds L activit quilibrage sur banc repr sente 30 de l activit quilibrage de l USI Cette activit la diff rence des autres formes d quilibrage est susceptible d ouverture la concurrence De fait des prestataires priv s interviennent d sormais dans les centrales L quilibrage des rotors chauds reste un monopole interne du fait des proc dures qui y sont associ es Tout confondu cette activit
16. et une phase de 0 soit m r 105 m kg et F m r o 100 N La Figure 3 fournit la r ponse permanente au noeud 11 palier sous forme de trajectoire Celle ci est calcul e par synth se modale de la r ponse l effort de balourd par la combinaison lin aire des contributions des composantes de la base modale pr alablement calcul e Si l on d place la masse d essai 10 cm et 90 la trajectoire est alors donn e par la Figure 4 Calcul EURAXXIO Frequence 50 He Caleal HURAaXKSO Dere 74051996 16 49 35 Des 7095 1996 17 5122 Revision 1 Pour ca neend zje Rerisien 1 zje Dem grend are 4 32162 06 m as Demi gand azs 4 32180 06 m AS X Pear catte frequence Phase grand axe 56 5228 deg 700 000 tours min Pour cette frequence Phase gend exe 56 5228 deg Sere noe Seraron Dan gud are mati Dera petit axe 356425 05 m Deni gand are mere Demi pent are 3 66422 06 m 28102 05 m 2 81042 05 m pour le noend NOED poer le ccend NOED Figure 3 rotor axisym trique masse d essai 0 Plan 1 Figure 4 rotor axisym trique masse d essai 90 Plan Cette trajectoire est identique la pr c dente En effet nous sommes partis d un rotor suppos initialement quilibr donc parfaitement axisym trique La trajectoire ne fournit pas l information temporelle n cessaire pour repr senter l effet du d placement de la masse d essai Si l on place une deuxi me masse auxiliaire sur
17. eur L objectif de l quilibrage est fix en termes de qualit d quilibrage On s impose ainsi d atteindre la qualit G 2 5 alors que bien souvent une qualit de G 6 3 pourrait tre consid r e comme suffisante La principale difficult signaler est l allongement des temps relatifs aux interventions sur les rotors chauds I1 3 2 les quilibrages in situ Il s agit galement pour l essentiel de ventilateurs de pompes et de moteurs Environ 50 quilibrages de ce type sont r alis s chaque ann e Le crit re de choix entre intervention in situ ou plut t en place et sur banc est souvent la question du d lai il faut alors instrumenter au moyen d acc l rom tres ou de capteurs de vitesse Un calculateur portatif de type Schenck ou IRD d di au calcul en deux plans est alors utilis On ne se donne plus de crit re de qualit mais on s impose le respect des crit res d alarme Les probl mes rencontr s sont li s la configuration physique du mat riel tournant on est en effet souvent amen faire fonctionner le mat riel dans des conditions qui ne sont pas celles de l exploitation normale On observe donc occasionnellement des r sultats m diocres lors du retour du mat riel ses conditions usuelles d exploitation 11 4 Remarques g n rales et tendances Si on compare les diff rents types d quilibrage qui sont effectivement pratiqu s celui sur pompes primaires est cer
18. n ral la vitesse nominale d exploitation et un quilibrage multivitesses choisies proches des vitesses critiques dans l esprit d un quilibrage modal L approche exp rimentale des probl mes d quilibrage a toujours t privil gi e dans la mesure ou elle permet d intervenir imm diatement sur une machine inconnue Toutefois il serait plus satisfaisant d utiliser une approche th orique bas e sur des calculs de coefficients d influence partir d un mod le de la machine on pourrait dans ce cas minimiser le temps d intervention intervenir directement sur les plans de correction optimaux voire proc der des v rifications des tats de contrainte suppl mentaires introduites dans la machine Jusqu une date r cente l tat de d veloppement des outils num riques ne permettait pas de mettre en oeuvre cette approche dans des conditions de fiabilit et de d lai satisfaisantes II 1 Le logiciel EQUILOP 3 0 Depuis plusieurs d cennies une grande partie des travaux r alis s rappel s par 2 a donc assez logiquement port sur le d veloppement de programmes de calcul mettant en oeuvre la m thode des coefficients d influence L exp rience des premi res utilisations in situ et l volution du mat riel informatique et de l instrumentation associ e ont conduit en 1989 un logiciel op rationnel qui a t successivement sp cifi r alis document puis diffus largement aupr s des utilisateurs potentiels i
19. nants de forte puissance L aspect temps r el du dispositif permettrait galement d am liorer le 10 comportement des rotors par exemple lors des phases de d marrage et de ralentissement ce qui n est pas envisageable avec les techniques d quilibrage conventionnelles Enfin et plus long terme l utilisation du dispositif a des fins de caract risation dynamique en marche de la r ponse d une machine permet d esp rer des r sultats nouveaux dans le domaine du diagnostic d tat m canique Dans l tat pr sent le dispositif est tudi au plan th orique et exp rimental dans le cadre d une th se associant EDF et l INSA de Lyon JIL 5 L apport des mod les num riques dans le domaine de l quilibrage Dans le principe un mod le aux l ments finis de machine permet par la mise en oeuvre de calculs de r ponse de simuler l ensemble des configurations qui peuvent tre rencontr es lors d un quilibrage Les utilisations potentielles d un mod le dans ce domaine sont donc multiples d termination des coefficients d influence analyse de la sensibilit des plans de correction et choix optimal de ceux ci d finition pr visionnelle d une correction optimale du balourd plus long terme recherche d identification de d fauts de type balourd au moyen de techniques de recalage III 5 1 tude sur maquette L association de la m thode des coefficients d influence avec la mod lisation num rique des machines
20. ns le processus le recalage est effectu uniquement sur les modes droite Il n est pas certain que les ajustements op r s recalent simultan ment les modes gauche La transposition de cette d marche l chelle industrielle si elle est souhaitable va introduire des difficult s suppl mentaires il ne sera en g n ral pas possible de contr ler exp rimentalement la mod lisation en libre libre du rotor l instrumentation vibratoire des machines en exploitation utile pour le recalage est sensiblement plus r duite que celle d une maquette de laboratoire les imp dances des paliers devront tre d termin es pr cis ment la vitesse nominale Compte tenu de ces difficult s on peut n anmoins penser que les m thodes num riques pourront constituer terme une aide appr ciable aux intervenants charg s d quilibrer ou simplement de diagnostiquer l tat m canique des machines 12 II1 5 2 un exemple l mentaire Nous utilisons pour cet exemple le programme de calcul par l ments finis CaDyRo Calcul Dynamique des Rotors Il permet de mod liser les lignes d arbres au moyen d l ments de poutres et galement de prendre en compte leurs paliers et leurs supportages par des valeurs discr tes Il poss de des fonctionnalit s tendues dans le cadre pr sent nous ferons simplement appel la mod lisation lin aire et des calculs de r ponse en r giment permanent harmonique Le sujet de l exemple es
21. nternes Il s agit du logiciel EQUILOP 3 0 qui est encore aujourd hui la version couramment utilis e Ce logiciel programm en C est accessible par l interm diaire d une interface ergonomique qui limite les possibilit s d erreurs au niveau de la saisie des donn es et de l utilisation Il permet de prendre en compte jusqu 45 capteurs et 15 plans de correction Des pond rations peuvent tre affect es aux capteurs en fonction par exemple du degr de confiance accord aux donn es associ es Le calcul de correction optimale se fait par minimisation par moindre carr s d une fonctionnelle f repr sentative de l nergie vibratoire du rotor et des masses correctrices implant es f 2 GvY Z UM 2 9 o les et sont des coefficients de pond ration affect s respectivement aux vibrations v et aux Masses m IIL2 Validation num rique et exp rimentale Pour permettre le d veloppement en laboratoire d extensions du logiciel EQUILOP et surtout pour faciliter la confrontation des donn es d origine num rique et exp rimentale celui ci a t port dans un environnement informatique nouveau le logiciel LADy A l occasion de ce portage une documentation beaucoup plus toff e du logiciel a t entreprise et mise disposition des utilisateurs manuel de r f rence 3 note de conception d taill e 4 sp cifications techniques 5 note de principe 6 dossier de validation 7 validation 8 validation exp rimen
22. oct 95 18 ESCUDIER M Banc d essais EUROPE essais de sensibilit aux masses d quilibrage HP 64 94 200 16
23. ossier de validation HP 64 95 031 8 FABRES R Logiciel d quilibrage EQUILOP validation HP 64 93 168 9 RICHARD S VOINIS PH FABRIES R ESCUDIER M Logiciel d quilibrage EQUILOP validation exp rimentale l aide du banc EUROPE HP 64 93 196 10 FABRIES R LEGATELOIS S Logiciel d quilibrage EQUILOP validation num rique HP 64 93 197 11 FABRIES R CHICOUENE D Logiciel d equilibrage EQUILOP validation num rique avec CaDyRo 2 me phase HP 64 94 194 12 FABRIES R Logiciel LADy manuel d utilisation du module EQUILOP 3 1 HP 64 95 070 13 FABRIES R Logiciel LADy valuation de nouvelles fonctionnalit s int grer dans le module EQUILOP HP 64 95 041 14 ADOBES A Non linear gaussian inversion to improve parameter estimation in vibroacoustic modelling SIF 94 Paris HP 64 94 221 15 Vonis PH BRANTHONNE D Equilibrage actif proc d et dispositif HP 64 94 122 16 CHEVALIER R BIGRET R KARAJANI P VIALARD S Equilibrage des machines tournantes par coefficients d influence l aide de mod les num riques 2 me Conf rence M thodes de Surveillance et Techniques de Diagnostic Acoustique et Vibratoire Senlis France oct 95 17 BIGRET R KARAJANI P VIALARD S CHEVALIER R D termination des coefficients d influence par les caract ristiques modales 2 me Conf rence M thodes de Surveillance et Techniques de Diagnostic Acoustique et Vibratoire Senlis France
24. ouveau On indique les fonctionnalit s suppl mentaires qui seraient envisageables pour une nouvelle version de ce logiciel On voque succinctement l tude en cours d un proc d d quilibrage faisant appel des techniques de contr le actif Les perspectives ouvertes par l utilisation de mod les num riques des machines sont d crites partir d une tude r cente compl t e par un exemple lementaire FANTON J P RONDELET D EDF DEPT HP 54 96 015 B 97NB00061 EXECUTIVE SUMMARY The object of this document is to present on the one hand the industrial practice that exists at EDF in the area of rotor balancing and on the other hand some recent development works also in this area One describes in a first part distinguishing concerned machine types the tools of calculation used the performances that are obtained the problems met Considering developments one reminds first the main characteristics of the EQUILOP 3 0 software then one describes the validation that has been realised for it under a new computer environment One indicates supplemental functionalities that would be foreseeable for a new version of this software One evokes briefly the study under way of a balancing process which makes use of active control techniques Perspectives open by the utilisation of numerical models of the machines are described from a recent study completed by a very simple example HP 54 96 015 B 97NB00061
25. retter que l instrumentation vibratoire d exploitation soit encore fr quemment obsol te IL 2 Les pompes primaires le SIRA op re principalement sur Bugey Cruas et Saint Alban repr sentant respectivement 15 15 et 8 pompes soit pr s de 40 pompes en tout r parties en deux types Statistiquement 6 interventions par an sur pompe primaire ont lieu Ce mat riel est class Important Pour la S ret 1 P S Les r gles d intervention sont donc tr s strictes une analyse de risques et un Plan Qualit sont n cessaires chaque quilibrage A la diff rence des GTA le suivi vibratoire est r alis par la centrale elle m me L instrumentation suppl mentaire mise en oeuvre est constitu e de 6 capteurs plac s sur le haut et sur le bas de la carcasse du moteur et sur l arbre l instrumentation initiale tant constitu e de 2 capteurs d arbre plac s 90 sur le palier interm diaire et de deux acc l rom tres sur la carcasse On dispose donc pour quilibrer de deux plans et de six capteurs qu il s agisse des pompes du 900 MW ou des pompes du 1300 MW Du fait des probl mes de communication entre la zone du circuit primaire et l ext rieur l op rateur doit disposer localement de tout l appareillage n cessaire pour mener bien l ensemble de l op ration L appareillage utilis est un Vibroport de Schenck le calcul tant toujours r alis au moyen d EQUILOP 3 0 La dur e des campagnes de mesure est de deu
26. s de qualit d quilibrage La principale difficult signaler est l allongement des temps relatifs aux interventions sur les rotors chauds Les quilibrages in situ concernent essentiellement des ventilateurs des pompes et des moteurs Si on compare les diff rents types d quilibrage qui sont effectivement pratiqu s celui sur pompes primaires est certainement le plus rigoureux et le plus codifi et par ailleurs aussi le plus efficient Les principales difficult s rencontr es sont li es non pas aux outils de calcul tout fait suffisants mais des aspects beaucoup plus pratiques En ce qui concerne les d veloppements l approche exp rimentale des probl mes d quilibrage a fr quemment t privil gi e dans la mesure o elle permet d intervenir imm diatement sur une machine inconnue La m thode des coefficients d influence est la base du traitement des probl mes d quilibrage Une grande partie des travaux r alis s a donc assez logiquement port sur le d veloppement d un programme de calcul mettant en oeuvre cette m thode le logiciel EQUILOP Dans le cadre des validations num riques du programme EQUILOP sous l environnement logiciel LADy des mod lisations num riques ont t men es consistant simuler l implantation de masses d quilibrage sur un banc d essai La comparaison de ces simulations avec les r sultats exp rimentaux a conduit des r sultats satisfaisants Une r flexion a t men e
27. se of response calculations to simulate the whole set of configurations that can be met during a balancing test The association of the influence coefficients method with numerical modelling of machines would have for purpose to reduce the number of necessary launchings On this last topic one can conclude that it is possible to reduce the unbalance vibrations of a machine from the determination of influence coefficients by means of a numerical model The transposition of this approach to the industrial scale if it is desirable will introduce nevertheless some new difficulties Taken as a whole it is the mastery of machine modelling and model adjustment methods that will now lead to the most significant improvements in the area of balancing techniques I Introduction L objet de ce document est de r aliser une pr sentation des activit s d quilibrage des rotors EDF qui mette en parall le les applications op rationnelles et les d veloppements internes r cents Dans le domaine des applications compte tenu de la diversit du parc de machines tournantes l ensemble des techniques aujourd hui op rationnelles est mis en pratique des plus simples quilibrage monovitesse en deux plans aux plus labor es quilibrage multiplans et multivitesses Cette mise en pratique est l oeuvre de services op rationnels internes DTG et USI Elle ne traite toutefois qu une partie des besoins en raison de l appel fait galement aux constructe
28. t le banc d essai EUROPE qui poss de deux rotors assembl s reposant sur quatre paliers hydrodynamiques 18 Nous allons l quilibrer num riquement par disposition virtuelle de masses d essai puis de masses d finitives dans ses plans d quilibrage Pour cet exemple on se limitera deux plans d quilibrage deux capteurs fictifs V axe Oz et H axe Oy d un m me plan de mesure et une vitesse de rotation 314 rd s Les Figures 1 et 2 pr sentent respectivement la mod lisation du banc et sa d form e en r ponse forc e o Plan 1 Plan 2 noeud 15 noeud 26 N 7 L Pee Se mre ee ee ee a mG Figure 1 mod le El ments Finis du banc EUROPE implantation des capteurs et des masses a sae coe CN EYE Ey OF SEES BR D Ee AA y a RE DE OE EE EE TEED SEE A Sire Ge Se SES OE EAE EE NE Ete dee GES Dh Gili ee GA DAS tole IEE A toh 4 EE Severe wird nth 5S wie eh ORAN AUS Warn GA Weir ARR DR we SUR 1 VAR es Harwin we wane Assemblage EURCPAL i t Frequence 50 Hz Orientation vue de dessus Dilatation 10134 532 Calcul EURoOOXK Date 17051996 9 434 Pour cette frequence Revision 1 Demi grand are maximum 2 3 78903e 05 m Pour ce calcul pour le noeud NOE PPS ee Demi grand axe maximum 3 78903e 05 m pour le noead NOED pour le frequence 50 Hz Figure 2 d form e en r ponse forc e 50 Hz 13 Pla ons tout d abord dans le Plan 1 noeud 15 une masse de 10 g 10 cm
29. tainement le plus rigoureux et le plus codifi et par ailleurs aussi le plus efficient 8 Les principales difficult s rencontr es sont li es non pas aux outils de calcul tout fait suffisants mais des aspects beaucoup plus pratiques La bonne utilisation des conventions de rep rage des phases est un de ces aspects Enfin au plan des activit s de l USI une volution se fait jour actuellement en faveur du pr dictif analyse diagnostic et au d triment des activit s traditionnelles li es l quilibrage L activit d quilibrage sur banc n est pas consid r e comme essentielle par l USI du fait de la valeur ajout e comparativement plus faible Ill D veloppements I O Contexte La m thode des coefficients d influence est la base du traitement des probl mes d quilibrage Elle exploite sous les hypoth ses d un comportement stationnaire et lin aire des machines la relation matricielle qui existe entre les forces tournantes appliqu es un rotor et la r ponse sous forme de vibrations en des points donn s d observation ta c tm 0 La matrice de transfert Ci repr sente les coefficients d influence c est dire l effet observ sur la vibration v d une correction unitaire mj plac e dans le plan j l origine des phases Elle s adresse aussi bien aux rotors flexibles qu aux rotors rigides sachant que dans le cas des premiers un choix est op rer entre un quilibrage monovitesse en g
30. tale l aide du banc EUROPE 9 validation num rique 10 validation num rique avec le logiciel CaDyRo 11 et enfin manuel d utilisation 12 Le r sultat global des op rations de validation a t de mettre en vidence la bonne qualit g n rale du logiciel affect tout au plus de quelques d fauts tr s mineurs qui ont t analys s document s et corrig s L environnement informatique LADy a pour particularit sa facilit de communication avec l ensemble des bases de donn es vibratoires exp rimentales de surveillance d une part et avec les bases de mod les num riques de machines du parc d autre part Il est donc appropri pour proc der des simulations ventuelles d intervention pour quilibrage sur les machines r elles et permettre ainsi de comparer les effets de ces interventions Dans le cadre des validation num riques du logiciel EQUILOP sous LADy des mod lisations num riques ont t men es consistant simuler l implantation de masses d quilibrage sur un banc d essai La comparaison de ces simulations avec les r sultats exp rimentaux a conduit des r sultats satisfaisants II 3 Nouvelles fonctionnalit s envisag es Le logiciel EQUILOP sous LADy constitue le cadre d accueil logique pour le test de nouvelles fonctionnalit s ventuelles de ce logiciel Une r flexion a t men e sur les extensions possibles et celles ci ont fait l objet de premi res sp cifications 13 Ce sont les sui
31. tiels amp Les campagnes d quilibrage peuvent s av rer longues jusqu trois semaines du fait des contraintes d exploitation du r seau Du fait de celles ci on ne peut fr quemment faire que des marches puissance nulle ce qui ne correspond pas l tat de balourd de la machine pleine charge D o le probl me suivant lorsque deux lancers d essai sont trop espac s dans le temps l tat thermique de la machine peut se trouver consid rablement modifi Les contraintes de d lai impos es par la centrale temps disponible maximal d une part et par le r seau d autre part cr neaux imp ratifs d intervention peuvent s av rer antagonistes De ce fait il arrive fr quemment que l instrumentation renforc e ne puisse pas tre utilis e compte tenu des d lais impos s Dans la phase d analyse pr alable il est n cessaire de discriminer les d fauts de balourd vrai des d fauts associ s au lignage Un d faut de concentricit rotor peut tre corrig par quilibrage mais cela n est pas l id al un d salignement de palier peut lui se montrer suivant le cas insensible l implantation des masses d essai En pratique c est seulement lors de la phase d implantation des masses d essai que l on sera renseign sur la pr sence et la nature des ph nom nes Reproductibilit les donn es exp rimentales r sultant d op rations d quilibrage ant rieures sont tr s peu r utilis es parce que consid r es
32. ts The former are the work of internal operational services The latter developments are led by the DER The operational activity concerns three types of machines turbogenerators sets 900 and 1300 MW plant main coolant pumps and auxiliary rotating machinery For each type of machine the presentation describes successively concerned equipment and methods applied standards and procedures used hardware and software tools obtained results and performances and finally difficulties and problems met For turbogenerators the practice of balancing is based on a policy for a good knowledge of the vibratory behaviour of the machines throughout their lifetime Gains brought by a balancing operation are generally important but this is obviously depending upon the degradation state met on the machines For main coolant pumps balancing tests are constraining owing to the fact that they take place inside the reactor building otherwise they do not raise major technical difficulties For auxiliary rotating machinery two situations can be met the on bench balancing and the on site balancing On the bench the objective for the balancing is defined in terms of balancing quality The main difficulty to mention is the relative increase of time required to intervene on hot i e contaminated rotors On site balancing tests concern mainly ventilators pumps and motors If one compares the different types of balancings that are actually practised th
33. urs des machines et des prestataires ext neurs La pr sente description est bas e sur l analyse de l activit d une USI r gionale SIRA AMT elle peut tre consid r e comme repr sentative Les d veloppements sont men s par la DER II Les applications op rationnelles L activit op rationnelle concerne trois classes de machines les Groupes Turbo Alternateurs GTA les pompes primaires des centrales 900 et 1300 MW les machines tournantes auxiliaires syst mes fonctionnels l mentaires dits ASG RCV ventilateurs Pour chaque type de machine le document pr sente successivement en reprenant le m me canevas les mat riels concern s aspects quantitatifs et qualitatifs les m thodes normes et proc dures appliqu es les outils mat riels et logiciels utilis s les r sultats et performances obtenus les difficult s et probl mes rencontr s IT 1 Les groupes turbo alternateurs GTA Les centrales concern es sont Creys Malville 600 MW Saint Alban 1300 MW Loire sur Rh ne 250 MW Martigues 250 MW Aramon 700 MW Ph nix 250 MW Tricastin et Cruas 900 MW En moyenne 3 GTA par an font l objet d un quilibrage Les quilibrages de GTA par l USI ne portent que sur les groupes tournant 3000 t mn soit environ 10 machines A Cruas palier CP2 caract ris par une grande flexibilit aux vitesses critiques l quilibrage est r alis par le constructeur En
34. vantes 1 la simulation de masses d essai simultan es 2 le test approfondi de la validit des donn es 3 l approche bay sienne des erreurs de mesure 14 4 l extension de la notion de capteur 5 la prise en compte des ralentissements 6 les sorties graphiques 2D et 3D Par ailleurs un autre portage du logiciel EQUILOP est envisag il vise les syst mes de collecte de donn es de surveillance de type SAMT et PSAD Dans ce contexte on disposera de fa on imm diate des donn es vibratoires n cessaires au calcul pour une ou plusieurs vitesses fixes Certaines des possibilit s voqu es ci dessus prise en compte des ralentissements et sorties graphiques pourront aussi tre avantageusement implant es IIL 4 Proc d d quilibrage actif Ind pendamment des techniques conventionnelles d quilibrage des rotors par caract risation puis intervention sur ceux ci un proc d permettant d agir en temps r el sur l tat de balourd d un rotor a t con u 15 Dans cette approche le principal avantage est un gain en disponibilit de la machine si le dispositif est install de fa on permanente ou plut t en temps d intervention si le dispositif est utilis comme moyen de caract risation d une machine en cours d essais Le dispositif envisag demandant la mise en oeuvre d une technologie assez complexe son application vise essentiellement le cas de grandes machines telles que des turboalternateurs ou des auxiliaires tour
35. x postes de 9 heures on arrive faire sur cette dur e les 4 5 lancers n cessaires L objectif de r sultat est de revenir dans les crit res vibratoires d exploitation pour des raisons de s curit nucl aire Ces crit res sont de 100 um sur l arbre et de 40 um au stator Cet objectif est tenu sans difficult on parvient en g n ral 50 um sur l arbre et 20 pm sur le stator Il s agit toujours bien entendu d quihibrage en corps rigide Les demandes d intervention sont connues en g n ral tr s tardivement L USI s efforce donc souvent d anticiper sur les besoins d intervention partir des proc dures de red marrage des tranches Ainsi s il s av re que l on a d j froid plus de 120 um 150 um de d placement d arbre aux paliers il est plus que probable que l on devra intervenir pour quilibrage Du fait que l USI est un prestataire interne les proc dures peuvent tre alors acc l r es autant que le permet la r glementation nucl aire a Un unique cas complexe car un peu sp cifique a t rencontr au Bugey il s agit de deux pompes aliment es par un tableau lectrique commun RCP et ANG Cette mise en commun d une source lectriquement imp dante se traduisait par un d positionnement transversal du volant d inertie de la pompe primaire lors des coup de couple Il s agit donc d un probl me li la technologie de la machine et non la m thode d quilibrage Les quilibrages de pompe primair
Download Pdf Manuals
Related Search