Vibration, dynamics and noise

formerly BETA Machinery Analysis and SVT Engineering Consultants

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Problemas de vibración que afectan a las instalaciones de compresores de gas

Debido a que los siguientes problemas de vibración suelen producirse en conjunto, BETA trabaja con frecuencia de forma directa con el propietario. Esto asegura que la soluciones sean mejores, tanto técnicas como económicas. 

1 Vibraciones en sistemas de compresores

La rigidez mecánica y las fuerzas dinámicas se deben controlar o gestionar de forma efectiva para prevenir la resonancia y las vibraciones excesivas. Los problemas varían dependiendo del compresor:

Compresores de pistón
  • Por lo general, para compresores más grandes (por ejemplo, más de 500 HP ó 360 KW), se requiere hacer un análisis mecánico y de pulsaciones para controlar las fuerzas de pulsación y evitar la resonancia en el bastidor del compresor, los amortiguadores de pulsaciones, tuberías y recipientes de proceso.
  • También se recomienda realizar un análisis de vibraciones torsionales para diseñar apropiadamente el sistema torsional y evitar las fallas de los acoplamientos y del cigüeñal.
  • Dependiendo de cada aplicación, se podrían recomendar otras consideraciones del diseño.
  • Compresores de pistón

 
Compresores centrífugos
  • Se necesita realizar un análisis dinámico del control de sobrepresiones para diseñar apropiadamente los sistemas de tuberías, válvulas, líneas de recirculación y otros componentes del sistema para prevenir las vibraciones violentas asociadas con las sobrepresiones del compresor.
  • Las vibraciones laterales del eje del compresor se abordan en un análisis de vibraciones laterales. Cuando los fabricantes de equipos originales dirigen un análisis lateral, es normal que BETA realice una auditoría o revisión del diseño lateral.
  • Compresores centrífugos
Compresores de tornillo
  • Se requiere un análisis mecánico y de pulsaciones para compresores más grandes (por ej. más de 500 HP ó 360 KW). Las pulsaciones de la presión a la frecuencia de pasaje de bolsillos pueden crear vibraciones altas que conduzcan a fallas de tuberías, de instrumentación y a ruido excesivo. La resonancia mecánica podría producir los mismos problemas incluso si las pulsaciones de presión se mantuvieran controladas.
  • Se requiere realizar un análisis de esfuerzos en la tubería de descarga. Se requiere un diseño rígido de los soportes y del trazado de las tuberías para controlar las vibraciones. Sin embargo, todo esto puede causar fatiga en las tuberías y cargas de equipos.
  • Compresores de tornillo
2 Conexiones de diámetro pequeño

Las conexiones de diámetro pequeño (CDP), conocidas también como conexiones de ramal, son las partes de la tubería más propensas a sufrir una falla, por lo que se deberían evaluar y verificar. Se recomienda encarecidamente realizar una evaluación de las conexiones de diámetro pequeño que incluya pruebas en el taller y en el  campo para evitar los riesgos contra la integridad de las tuberías.

3 Tuberías de la estación (incluidas las situadas fuera del patín)
  • A Pipe Stress Analysis predicts stresses in piping and loads resulting from changes in temperature, weight, pipe and valves, pressure, wind load, and seismic loads. This study is typically required for piping that experiences high temperature fluctuations, or for long pipe runs such as hot piping between the compressor discharge and heat exchangers.
  • When multiple compressors are installed at a station, the pulsation analysis must include compressor interaction between reciprocating compressors, or between reciprocating and centrifugal compressors.
  • Flow-induced vibration, or vortex shedding, is vibration that results from flow and pressure fluctuations due to a sudden geometry change or physical disruption in a centrifugal compressor system’s piping . The most common source of flow-induced vibration is vortex shedding resulting from flow past dead leg branches. 
4 Cimentación

Se necesita una cimentación o base dinámicamente rígida para soportar las fuerzas en la maquinaria y en las tuberías. Para las aplicaciones situadas en tierra firme, las cimentaciones son bloques de concreto, pilotes o amortiguadores de grava. Para las aplicaciones situadas costa afuera, las cimentaciones son las cubiertas de las plataformas y los módulos superiores de las unidades flotantes de producción, almacenamiento y descarga (FPSO). Para realizar las mejores prácticas para el diseño de cimentaciones, es necesario un análisis dinámico y del diseño de fundaciones para evitar las vibraciones excesivas del patín y de las cimentaciones. A continuación se presentan algunas mejores prácticas:

  • Un análisis y diseño del patín incluye el modelo de elementos finitos (EF) del compresor para asegurar que las fuerzas dinámicas se transfieren al patín de forma exacta.
  • Una respuesta dinámica del patín donde está el compresor de pistón depende en gran medida de la rigidez de las cimentaciones. Esto es especialmente relevante en pilones y aplicaciones costa afuera. Se recomienda encarecidamente que se realice un estudio dinámico de la estructura/cimentaciones, y que sea coordinado con el análisis mecánico de bombas/compresores. Todo esto asegura que la estructura de la cimentación, el patín y el modelo de elementos finitos del compresor estén integrados en conjunto para garantizar resultados exactos y unas mejores recomendaciones para evitar un exceso de vibraciones.
  • Por lo general, si se añade concreto en puntos específicos del patín, se reducirán las vibraciones del compresor y de otros equipos del conjunto. Los montajes antivibraciones (MAV) se pueden diseñar para los compresores de pistón, pero necesitan un análisis más profundo y, por lo general, unas estructuras de patín más grandes y caras.
  • El diseño dinámico de las cimentaciones de concreto debe incluir las propiedades dinámicas del suelo medidas con pruebas geotécnicas in situ o suministradas por consultores geotécnicos que conozcan la zona. Se necesitan unas técnicas especializadas de análisis para simular con exactitud las respuestas dinámicas del suelo.
  • Las técnicas de instalación son críticas, ya que garantizan que se va a realizar un montaje correcto del compresor en el patín y en las cimentaciones, incluidas la sujeción con pernos y en cementado. 
     
  • Diseño de la cimentación y análisis dinámico
  • Análisis dinámico y de vibraciones estructuraLES
  • Análisis y diseño deL patín

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