Turbinas De Vapor

Turbinas de vapor

Las turbinas de vapor han establecido su gran utilidad como motores primarios, y se fabrican en muchas formas y distribuciones diferentes. Se emplean para accionar muchas diferentes tipos de aparatos, por ejemplo, generadores eléctricos, bombas y compresores, entre otros.

Tipos de turbina de vapor

Las turbinas de vapor pueden tener muchas formas, pero básicamente ellas son simplemente un rotor dentro de una carcasa de acero, en donde la energía de vapor bajo presión se convierte en trabajo mecánico, debido a la expansión de flujo de vapor y que al mover las paletas de la turbina efectúa un trabajo. Las dos formas básicas de turbinas, son de acción y de reacción (fig. 1). En una turbina de reacción, el vapor se expande tanto en los alabes estacionarios como en los móviles. Los alabes móviles se diseñan para utilizar la energía del chorro de vapor de los álabes estacionarios como en los móviles. Los alabes móviles se diseñan para utilizar la energía del chorro de vapor de los álabes estacionarios y para actuar también como tobera. Para operar eficientemente, la turbina de reacción se debe diseñar para minimizar las fugas en torno a los álabes móviles.

La turbina de acción tiene poca caída de presión, o ninguna, a través de sus álabes móviles. La energía del vapor se transfiere por completo al rotor por medio de los chorros de vapor que chocan contra los álabes móviles.

Casi todas las turbinas usan el principio de impulsos para el primero o dos primeros pasos, con objeto de reducir las pérdidas alrededor de las terminales de los álabes o paletas y permitir que el volumen del vapor incremente.

En una turbina de vapor, las toberas y diafragmas se diseñan para dirigir el flujo de vapor en chorros bien formados y a alta velocidad, a medida que ese vapor se expande desde la presión de admisión hasta la del escape. Estos chorros chocan contra filas en movimiento de álabes montados en el rotor. Los álabes convierten la energía cinética del vapor en energía de rotación de la flecha.

La presión inicial y final , más la temperatura inicial determinará la energía que es teóricamente disponible. El diagrama de Mollier (fig. 1.2) , enseña gráficamente las características del vapor a varias presiones y temperaturas. El máximo trabajo que teóricamente se puede obtener al expandirse el vapor de una presión dada a una menor, se determinará localizando la condición inicial del vapor en el diagrama por medio de la intersección de dos o más líneas conocidas, estas son usualmente la presión y temperatura del vapor.

Figura 1.2 Diagrama de Mollier para vapor, usado para encontrar la entalpia y trabajo ideal desarrollado en la expansión.

Partes de una turbina

La turbina se compone de tres partes principales:

El cuerpo del rotor.

La carcasa

Alabes .

Además, tiene una serie de elementos estructurales, mecánicos y auxiliares, los cuales se especificaran más adelante

Rotores y carcasas

El rotor de una turbina de impulso es generalmente una flecha de acero forjada de diámetro aproximadamente uniforme (fig. 1.3). En la mayor parte de las maquinas las ruedas en donde se colocan los álabes se montan en caliente a la flecha.

Los rotores de las turbinas de reacción tienen el empalletado montado directamente en ranuras maquinadas en ellos.

Las carcasas de la mayor parte de las turbinas están diseñadas para sostener el rotor horizontalmente, y partidas por el centro horizontalmente para su fácil inspección y desmantelamiento.

Figura 1.3 Rotores y carcasas para turbinas de sobrepresión

Empaletado

Los álabes fijos y móviles se colocan en su posición apropiada en ranuras alrededor del rotor y carcasa, y el modo de asegurarla es por medio de ajuste a cola de milano entre paletas y rotor o estator (fig. 1.4). Las paletas pueden asegurarse, solas o en grupo, se fijan por en su lugar por medio de un pequeño seguro, el cual pasa a través en forma de pequeño perno o se remacha en su lugar. Los extremos de los álabes se fijan en un anillo, y los álabes más largos a menudo se amarran entre sí con alambres o barras en uno o dos lugares intermedios para darles rigidez. El periodo de vibración del empalletado debe ser diferente de la frecuencia de vibración producida por el flujo de vapor, de no ser así la vida de las paletas se acortará.

Sellos de los pasos

En vista de tener una caída de presión a través de un grupo de toberas estacionarias en una turbina de impulso, debe tenerse un dispositivo que evite fugas de vapor a través del rotor. Con el objeto de tener el área de fugas tan pequeñas como sea posible, el diafragma de álabes estacionarios usualmente está en el sellado en la flecha o en un tambor de un diámetro no muy grande.

En las turbinas de reacción la caída de presión es mayor a través de los álabes móviles, debiendo aplicarse un sello en la periferia (fig. 1.5). Esto hace una construcción fuerte que no se afecta por la caída de presión en los pasos.

Figura 1.4 Alabes de varios tamaños Figura 1.5 Alabes de reacción y sellos desmontables

Chumacera de empuje

La chumacera de empuje se localiza generalmente en el extremo de alta presión de la turbina con objeto de mantener los pequeños huelgos que se encuentran en esta sección de la máquina. La dilatación diferencial entre rotor y estator a través del rotor es menos dañina en las secciones de baja presión donde los huelgos son mayores.

Chumaceras de la flecha

Las chumaceras de turbinas medianas o grandes se hacen usualmente de metal babbitt, auto alineado, dividido horizontalmente con aceite lubricante. Gran cantidad de calor absorben las chumaceras y se enfrían justamente por el aceite que fluye a través de ellas, por lo que el aceite debe enfriarse antes de entrar a las chumaceras para evitar que la temperatura del aceite sea alta. La operación de las chumaceras soportes depende de la formación de la cuña de aceite que se genera al girar la flecha, lo que evita el contacto de metal con metal entre flecha y chumaceras. Las temperaturas del aceite pueden variar en un límite de 140°F a 140°F a la salida de la chumacera con una temperatura del aceite a la entrada de aproximadamente 140°F.

Válvulas y sus mecanismos

En virtud de que las turbinas pueden incrementar rápidamente su velocidad si no se reduce el flujo de vapor al quitar la carga, pueden alcanzar velocidades que desintegran la turbina. Es esencial alguna válvula de corte la cual cierra automáticamente

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