Determinación numérica de coeficientes dinámicos no lineales de un descanso hidrodinámico cilíndrico

Abstract

Los descansos hidrodinámicos son ampliamente utilizados en equipos rotatorios debido a su capacidad de resistir altas cargas, alta amortiguación, escaso desgaste, amplia vida útil y una holgura entre rotor y descanso pequeña. La operación confiable de estos equipos bajo distintas condiciones de operación es de vital importancia. Para esto, es necesaria tanto la predicción como el control del comportamiento dinámico, esto es respuesta al desbalance, velocidades críticas e inestabilidades. En este trabajo se realizan simulaciones computacionales a través de un software con la capacidad de resolución de problemas CFD (Computational Fluid Dynamics), con una interface FSI (Fluid Structure Interaction), que buscan la determinación de coeficientes dinámicos de rigidez y de amortiguamiento. Se determinan los coeficientes dinámicos considerando términos lineales y no lineales, bajo diferentes condiciones de operación, dadas por la velocidad de rotación del eje. Estos coeficientes se obtienen mediante el uso de un método de identificación de parámetros de dominio temporal. Adicionalmente, se estudian los efectos generados por la inclusión del fenómeno de cavitación y la flexibilidad de la pared en las magnitudes de los coeficientes dinámicos. Finalmente, se validan los resultados comparando los coeficientes dinámicos lineales con aproximaciones analíticas de los distintos modelos desarrollados. Los resultados obtenidos en modelos con cavitación muestran que los coeficientes de rigidez son determinantes en el ajuste de la respuesta del fluido a la excitación del rotor, no así los coeficientes de amortiguamiento que no contribuyen mayormente al ajuste (sus magnitudes son prácticamente nulas en muchos casos). En condiciones bajo Oil Whirl los coeficientes no lineales adquieren mayor importancia, asimismo como para altas velocidades de operación. La flexibilidad del descanso es determinante sólo para cuantificar la presión desarrollada por el fluido y la ubicación del punto de equilibrio que alcanza el rotor. Por lo tanto, para la determinación de coeficientes dinámicos bastaría simular con una pared rígida.