Maquinas Hidraulicas

Introducción  

Elementos de una turbina de vapor

Rotor. Es el elemento móvil del sistema. La energía desprendida por el vapor en la turbina se convierte en energía mecánica en este elemento.

Dado que la turbina está dividida en un cierto número de escalonamientos, el rotor está compuesto por una serie de coronas de alabes, uno por cada escalonamiento de la turbina. Los alabes se encuentran unidos solidariamente al eje de la turbina moviéndose con él.

Estator. El estator está constituido por la propia carcasa de la turbina. Al igual que el rotor, el estator está formado por una serie de coronas de alabes, correspondiendo cada una a una etapa o escalonamiento de la turbina.

Toberas. El vapor es alimentado a la turbina a través de estos elementos. Su labor es conseguir una correcta distribución del vapor entrante/saliente al/desde el interior de la turbina.

Tipos de turbinas de vapor

Por la dirección del flujo de vapor en el interior de la turbina.

Una primera clasificación de las turbinas de vapor puede desarrollarse haciendo referencia a movimiento de la corriente de vapor dentro de cuerpo de la turbina. Según este criterio existen dos tipos de turbinas:

Radiales. La circulación de vapor se establece en un plano perpendicular al eje de la turbina.

Axiales. La circulación de vapor transcurre paralelamente al eje de la turbina.

Por su mecanismo de funcionamiento

Turbina axial:

Desde el punto de vista de su funcionamiento las turbinas axiales se pueden dividir en tres clases según el grado de reacción que presentan.

Se define grado de reacción de una turbomáquina a la relación.

R=〖∆h〗_rotor/〖∆h〗_escalon

Es decir a la disminución de entalpía en el rotor dividida por la disminución de entalpía en el escalonamiento.

Atendiendo a esto se tienen los tres casos característicos siguientes:

Turbina axial de acción con presión constante en el rotor.

La presión disminuye completamente en el estator mientras que se mantiene constante en el rotor donde la velocidad del fluido no varía apenas salvo una leva disminución por la fricción.

R≤ 0 (Negativo ligeramente debido a la disminución de entalpía en el rotor por la fricción).

Turbina axial de acción con entalpía constante en rotor.

La entalpía es constante en el rotor y se produce una expansión en el estator con aumento de la velocidad del gas. En el rotor, sin embargo, la velocidad relativa es constante. Se produce una pequeña caída de presión que no provoca un aumento de la velocidad debido a que es debida a la fricción.

R=0

Turbina axial de reacción.

La expansión se produce en el estator y en el rotor con una disminución de entalpía en el estator debido a la expansión y un aumento de la velocidad. En el rotor también se produce expansión aumentando la velocidad relativa del fluido.

Turbina Centrípetas:

Las turbinas radiales o mixtas presentan la siguiente evolución:

En el estator se produce una expansión aumentando la velocidad, disminuyendo la entalpía.

En el rotor se produce un aumento de la velocidad relativa debida a la expansión donde además se produce una caída de presión.

Principales fallas que pueden ocasionar la paralización de las turbinas

Daño por desgaste o desprendimiento de material en álabes fijos directrices. Dicho desprendimiento de material ocurrió en la superficie de 10 paletas, de un total de 16. Se observa apertura de los álabes directrices de hasta 0.234 pulgada.

Desgaste de la chumacera-estopero, provocando el desvanecimiento de los canales del babbit.

Daño por desgaste o rozamiento en anillos de desgaste, tanto en el rodete como en las tapas del lado del generador y de la descarga.

En la chumacera-estopero, la cual sirve de sello hidráulico, existió rozamiento suficiente para desbastar la superficie y bloquear los canales por desvanecimiento de los mismos. Estos daños fueron reparados mediante fundición del babbit y recuperación de dimensiones originales

En los anillos de desgaste fijos (en caracol) y móviles (en rodete) se encontraron daños por rozamiento importantes.

En el rodete:

Desgaste o rozamiento en el anillo de desgaste denominado “A”, el cual está en el lado del generador. Desgaste o rozamiento en el anillo de desgaste denominado “B”, el cual se encuentra en el lado de la descarga

En el estator:

Desgaste o rozamiento en el anillo de desgaste denominado “AA”, el cual está en la tapa fija del lado del generador. Desgaste o rozamiento en el anillo de desgaste denominado “BB”, el cual se encuentra en la tapa fija del lado de la descarga.

Adicionalmente se encontró desgaste por rozamiento en el anillo de bronce del codo de descarga y la parte correspondiente del rodete de la turbina.

Las vibraciones de la máquina se incrementaron mucho durante los eventos de rozamientos, sin embargo, dichos rozamientos en realidad eran la manifestación de un problema distinto y no precisamente el problema en sí.

Fallas producidas por Vibraciones de la turbina durante el funcionamiento

En la unidad generadora se tienen montados dos sensores de vibración, los cuales monitorean valores RMS de la velocidad de vibración.

Éstos se encuentran ubicados en posición horizontal en los pedestales de cada chumacera y son de tipo no contacto. Los valores programados de vibración son 0.2 ips para alarma y 0.3 ips para disparo de la unidad. Estos valores están ligeramente arriba de los admitidos por las normas internacionales, sin embargo, son valores aceptables de acuerdo al fabricante.

Posibles soluciones correctivas para un mejor funcionamiento de las turbinas

Alineación

Una vez que se montó el conjunto del generador y la turbina, se realizaron las mediciones de alineación del equipo. Entonces se procedió a realizar la alineación del generador mediante calzas o láminas delgadas, tanto en la dirección radial

...