Turbina de vapor piezas de repuesto y mantenido

Turbina de vapor En general, una  turbina de vapor  es  un motor de calor rotatorio  que convierte  la energía térmica  contenida en  el vapor  en energía  mecánica o energía eléctrica.   En su forma más simple, una  turbina de vapor  consiste en  una caldera  (generador de vapor),  turbina,  condensador,  bomba de alimentación  y una variedad de dispositivos auxiliares. A diferencia de los motores alternativos, por ejemplo, la compresión, la calefacción y la expansión son continuas y ocurren simultáneamente. El funcionamiento básico de la turbina de vapor es similar al de la turbina de gas, excepto que el fluido de trabajo es agua y vapor en lugar de aire o gas. Dado   que la turbina de vapor es un motor de calor rotatorio, es especialmente adecuado para ser utilizado para accionar un generador eléctrico. Tenga en cuenta que alrededor  del 90%  de toda la generación de electricidad en el mundo se realiza mediante el uso de turbinas de vapor. La turbina de vapor fue inventada en 1884 por  Sir Charles Parsons, cuyo primer modelo fue conectado a un dínamo que generó 7,5 kW (10 hp) de electricidad.  La turbina de vapor  es una característica común de todas las centrales térmicas modernas y también futuras. De hecho, la producción de energía de las centrales de fusión también se basa en el uso de turbinas de vapor convencionales.   ¿Cómo funciona una turbina de vapor? Turbina Rateau - composición de presión La  energía térmica  contenida en el  vapor  se convierte en energía mecánica por  la expansión a través de la turbina. La expansión se realiza a través de una serie de hojas fijas (boquillas), que orientan el flujo de vapor en  chorros de alta velocidad. Estos chorros contienen una importante energía cinética, que se convierte en rotación de eje por las palas de rotor en forma de cubo, a medida que el  chorro de vapor cambia de dirección  (ver:  Ley de conversación de impulso). El chorro de vapor, al moverse sobre la superficie curva de la pala, ejerce una presión sobre la pala debido a su fuerza centrífuga. Cada fila de boquillas fijas y hojas móviles se denomina  etapa. Las palas giran en el rotor de la turbina y las palas fijas están concentricamente dispuestas dentro de la carcasa circular de la turbina. En todas las turbinas,  la velocidad de la hoja giratoria  es  proporcional  a  la velocidad del vapor  que pasa sobre la hoja. Si el vapor se expande solo en una etapa desde la presión de la caldera hasta la presión de escape, su velocidad debe ser extremadamente alta. Pero la turbina principal típica en las centrales nucleares, en la que el vapor se expande de presiones de alrededor  de 6 MPa  a presiones de alrededor  de 0,008 MPa, funciona a velocidades de aproximadamente 3.000 RPM para sistemas de 50 Hz para el generador de 2 polos (o 1500RPM para el generador de 4 polos), Y 1800 RPM para sistemas de 60 Hz para generador de 4 polos (o 3600 RPM para generador de 2 polos). Un anillo de una sola hoja requeriría hojas muy grandes y aproximadamente 30 000 RPM, que es demasiado alto para fines prácticos. Por lo tanto, la mayoría  de las centrales nucleares  operan un  generador de turbina de un solo eje  que consiste en una  turbina de HP de varias etapas  y  tres turbinas de LP de varias etapas paralelas, un generador principal y un excitador.  La turbina HP  es normalmente   una turbina de reacción de doble flujo  con aproximadamente 10 etapas con hojas recubiertas y produce aproximadamente 30-40% de la potencia bruta de la unidad de la planta de energía.   Las turbinas LP son normalmente  turbinas de reacción de doble flujo  con aproximadamente 5-8 etapas (con palas cubiertas y con palas independientes de las últimas 3 etapas). Las turbinas LP producen aproximadamente 60-70% de la potencia bruta de la unidad de la planta. Cada rotor de turbina está montado sobre dos cojinetes, es decir, hay cojinetes dobles entre cada módulo de turbina. Ver también:  Turbina HP Ver también:  Turbina LP Ciclo Rankine - Diagrama TS En estas turbinas la etapa de alta presión recibe  vapor  (este vapor es casi vapor saturado -  x = 0,995  - punto C en la figura;  6 MPa; 275,6°C) de un generador de vapor y lo expulsa al separador de humedad-recalentador (punto D). El vapor debe calentarse de nuevo para evitar daños que puedan ser causados a las hojas de la turbina de vapor por  vapor de baja calidad. El recalentador calienta el vapor (punto D) y luego el vapor se dirige a la etapa de baja presión de la turbina de vapor, donde se expande (punto E a F). El vapor agotado se condensa en el condensador y está a una presión muy por debajo de la atmosférica (presión absoluta  de 0,008 MPa), y está en un estado parcialmente condensado (punto F), típicamente de una calidad cercana al 90%. Esquema de una turbina de vapor de una típica 3000MWth PWR.   Tipos de turbinas de vapor   Las turbinas de vapor  pueden clasificarse en diferentes categorías dependiendo de su construcción, presiones de trabajo, tamaño y muchos otros parámetros. Pero hay dos tipos básicos de turbinas de vapor: turbinas de impulso turbinas de reacción. La principal distinción es la manera en que el vapor se expande a medida que pasa por la turbina. Turbina de impulso y turbina de reacción Los tipos de turbinas de vapor basadas en la geometría de la pala y el proceso de conversión de energía son turbinas de impulso y turbinas de reacción.         Turbina de impulso La  turbina de impulso  está compuesta de  palas móviles  alternando con  boquillas fijas. En la turbina de impulso, el vapor se expande en boquillas fijas y permanece a presión constante al pasar sobre las palas.  La turbina Curtis,  la turbina Rateau o  la turbina Brown-Curtis  son turbinas de tipo impulso. La turbina de vapor original, la de Laval, era una turbina de impulso con una rueda de una sola hoja. Toda la caída de presión del vapor se produce únicamente en boquillas fijas. Aunque las palas de impulso teórico tienen una caída de presión cero en las palas móviles, prácticamente, para que el flujo se realice a través de las palas móviles, debe haber una pequeña caída de presión a través de las palas móviles también. Impulso vs reacción turbina - comparación En las turbinas de impulso, el vapor se expande a través de la boquilla, donde la mayor parte de la energía potencial de presión se convierte en energía cinética. El  vapor de alta velocidad  de las boquillas fijas  impacta las palas , cambia su dirección, lo que  a su vez aplica una fuerza. El  impulso resultante  impulsa las palas hacia adelante, haciendo que el rotor gire. La principal característica de estas turbinas es que la caída de presión por etapa única puede ser bastante grande, permitiendo palas grandes y un número menor de etapas. Excepto para aplicaciones de baja potencia, las palas de turbina están dispuestas en varias etapas en serie, llamadas mezcla, lo que mejora considerablemente la eficiencia a bajas velocidades. Las turbinas de vapor modernas emplean frecuentemente tanto la reacción como el impulso en la misma unidad, variando típicamente el grado de reacción e impulso desde la raíz de la pala hasta su periferia. Las palas del rotor están diseñadas generalmente como una hoja de impulso en la putrefacción y como una hoja de reacción en la punta. Hoja de reacción de impulso Dado que las etapas de Curtis reducen significativamente la presión y la temperatura del fluido a un nivel moderado con una alta proporción de trabajo por etapa. Un arreglo habitual es proporcionar en el lado de alta presión una o más etapas de Curtis, seguido por Rateau o estadificación de reacción. En general, cuando se tiene en cuenta la fricción en las etapas de reacción, la etapa de reacción es la más eficiente, seguida por Rateau y Curtis en ese orden.  Las pérdidas por fricción  son significativas para las etapas de Curtis, ya que son proporcionales a la velocidad de vapor al cuadrado. La razón por la que las pérdidas por fricción son menos significativas en la etapa de reacción radica en el hecho de que el vapor se expande continuamente y por lo tanto las velocidades de flujo son más bajas.   Composición de turbinas de vapor             Composición de velocidad     Composición de presión - turbina Rateau - turbina Zoelly   Composición de presión-velocidad - turbina Curtis           Turbina de reacción - turbina Parsons La  turbina de reacción  está compuesta de   palas móviles (boquillas) alternando con   boquillas fijas. En la turbina de reacción, el vapor se expande en boquillas fijas y también en las boquillas móviles. En otras palabras, el  vapor se expande continuamente  a medida que fluye sobre las cuchillas. Hay pérdida de presión y velocidad en las hojas móviles. Las cuchillas móviles tienen una boquilla de vapor convergente. Por lo tanto, cuando el vapor pasa sobre las cuchillas fijas, se expande con la disminución de la presión del vapor y el aumento de la energía cinética. En las turbinas de reacción, el vapor se expande a través de la boquilla fija, donde la energía potencial de presión se convierte en energía cinética. El vapor de alta velocidad de las boquillas fijas impacta las palas (boquillas), cambia de dirección y se  expande más. El  cambio de dirección  y la aceleración por vapor  aplican una fuerza. El impulso resultante impulsa las palas hacia adelante, haciendo que el rotor gire. No hay cambio neto en la velocidad del vapor a través de la etapa, sino con una disminución en la presión y la temperatura, reflejando el trabajo realizado en la conducción del rotor. En este tipo de turbina las caídas de presión se producen en varias etapas, porque la caída de presión en una sola etapa es limitada. La característica principal de este tipo de turbina es que, a diferencia de la turbina de impulso, la  caída de presión por etapa es menor, por lo que las palas se vuelven más pequeñas y  el número de etapas aumenta. Por otro lado, las turbinas de reacción son generalmente más eficientes, es decir, tienen  una mayor "eficiencia de la turbina isentrópica". La turbina de reacción fue inventada por Sir Charles Parsons y es conocida como la turbina Parsons. En el caso de las turbinas de vapor, como las que se utilizarían para la generación de electricidad, una  turbina de reacción  requeriría aproximadamente  el doble del número de filas de palas  como turbina de impulso, para el mismo grado de conversión de energía térmica. Mientras que esto hace que la turbina de reacción sea mucho más larga y pesada, la eficiencia general de una turbina de reacción es ligeramente superior a la turbina de impulso equivalente para la misma conversión de energía térmica. Las turbinas de vapor modernas emplean frecuentemente tanto la reacción como el impulso en la misma unidad, variando típicamente el grado de reacción e impulso desde la raíz de la pala hasta su periferia. Las palas del rotor están diseñadas generalmente como una hoja de impulso en la putrefacción y como una hoja de reacción en la punta.