DISEÑO DE ETAPAS DE TURBINA

UNIDAD IIIFLORES OLARTE JESÚS ANTONIO

ETAPAS DE IMPULSO Y DE REACCIÓN

NUMERO DE ETAPAS

ETAPAS COMPUESTAS DE VELOCIDAD

CARACTERISTICAS DE LA EFICIENCIA DE UNA ETAPA

LA PRINCIPAL DIFERENCIA ENTRE LA TURBINA DE VAPOR TIPO IMPULSO Y DE REACCION CONSISTE EN LA DISTRIBUCIÓN DE LA CAÍDA DE PRESIÓN POR ETAPA ENTRE LOS ALABES ROTATORIOS Y ESTACIONARIOS.

ETAPA DE IMPULSOLa mayoría de las caídas de presión en las etapas se toman de un extremo al otro de los alabes estacionarios. El flujo se acelera únicamente en la tobera y se alcanzan altas velocidades. La energía cinética del vapor se convierte totalmente a trabajo de flecha por la acción de hacer girar el flujo en el alabe en rotación. Los alabes de rotor se montan sobre rodetes y los estacionarios se habilitan en diafragmas. Las etapas son del tipo rodete diafragma.

ETAPA DE REACCIÓN

Las caídas de presión son igualmente distribuidas entre los alabes en rotación y estacionarios. Emplean el 50% de los alabes de reacción, en los cuales la caída de presión de la etapa se divide entre los alabes en rotación y estacionarios. La caída de presión mas alta produce un mayor empuje axial. El flujo se acelera en ambos pasajes (alabes en rotación y estacionarios), las velocidades son mas bajas que en las turbinas de impulso. Se construyen de modo tal que, los alabes rotatorios se montan sobre un rotor tipo tambor para evitar longitudes de ejes y diámetros excesivos, los estacionarios se montan sobre la carcaza. Las etapas de reacción individuales son del tipo tambor. Las perdidas de fricción son más pequeñas.

Muestra curvas típicas de eficiencia para etapas de impulso y de reacción. Los datos se trazan en función a la relación de velocidades, esta relación de velocidades se define como la relación del rodete del alabe “u”, y la velocidad promedio del chorro en la tobera. Se puede ver que para una etapa de impulso, la eficiencia pico ocurre a una relación de velocidad de 0.5, mientras que para una etapa de reacción, la eficiencia pico ocurre a una relación de velocidad de 0.707.

FIG 18

NUMERO DE ETAPASCon las presiones iniciales altas y bajas en los escapes, se dispone de grandes caídas de calor en la turbina. Si se utilizara una sola etapa, la velocidad teórica del vapor sería extremadamente alta para una buena eficiencia. Así, con una turbina de una etapa la relación de velocidades sería baja y la eficiencia pobre. Para evitar bajas relaciones de velocidades es común dividir la caída térmica total entre un número de etapas colocadas en serie. Normalmente incrementar las rpm es la forma más efectiva de obtener incrementos en la velocidad del rodete con un mínimo de incremento en el peso.

ETAPAS COMPUESTAS DE VELOCIDADLas turbinas de impulso con 1hilera indican que el calor que sale de la etapa, retiene considerablemente velocidad absoluta. Si esta velocidad es llevada hasta las toberas de la siguiente etapa, pudiera ser usada con efectividad; de otra manera resulta una perdida. Si las hileras estacionarias de alabes se colocan después de la primera hilera móvil, el flujo de vapor se re direcciona y pasa a través de una segunda hilera de alabes móviles. (A esta etapa de dos hileras se le denomina etapa Curtis, y tiene un pico bajo de eficiencia, así mismo la etapa de una hilera es denominada Rateau).

TURBINA DE ACCION CURTIS

En las turbinas tipo ciar, se usan rodetes de velocidad compuesta de 3 hileras. Para este tipo, la máxima eficiencia teórica se alcanza cuando la relación de velocidad es igual aproximadamente a 0.16 (FIG 18), su eficiencia pico es menor que la de un rodete de dos hileras, la experiencia indica que los rodetes de 2 y 3 hileras alcanzan sus eficiencias pico cuando las relaciones de velocidad son un poco mas altas que los valores teóricos.

TURBINA RATEAU

CARACTERISTICAS DE LA EFICIENCIA DE UNA ETAPA

Una vez que las relaciones de velocidad fueron optimizadas, se continua con la eficiencia termodinámica de la turbina, determinada por el diseño de las partes de trayectoria del vapor, lo cual incluye las formas de las toberas, dados también denominados “bucket” válvulas o dispositivos de control de fugas de vapor. Para asegurar diseños de turbinas de alta eficiencia, es necesario usar los perfiles de dados y toberas más eficientes para minimizar las perdidas de flujos, sin comprometer la confiabilidad de la turbina.

En la FIG. se muestra la forma tradicional de los dados de “Dos Radios” y una sección mas efectiva denominada “multi-radio” esta con una orientación mejorada del vapor resulta con una ganancia de 1% en la eficiencia de la etapa.

DADOS

En la FIG. se observan las diferencias en los contornos de una sección estándar y una mejorada. La sección mejorada tiene un perfil con bordes finos contorneados y extendidos, para incrementar el direccionamiento del vapor y reducir la turbulencia de la tobera. Las mejoras en esta área han resultado en ganancias en la eficiencia de la etapa, con un rango de 1%.

TOBERAS

FLUJOS DE ETAPA DE FUGA

Las fugas de vapor a través de los sellos entre los componentes estacionarios y móviles de la turbina constituyen una pérdida de eficiencia. Para minimizar estas fugas se utilizan algunas aplicaciones, la FIG. nos muestra un control mas efectivo de fugas en los dados, obteniendo mejora ganancias de eficiencias.