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• Kevin Gonzales

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FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA CURSO:

TURBINAS DE VAPOR TEMA:

TURBINAS DE VAPOR DOCENTE:

ING. ALVARADO SILVA CARLOS ALEXIS ALUMNO:

RUIZ SANCHEZ ROQUE

CICLO:

VIII

PIMENTEL - JULIO 2019

I.

INTRODUCCION

El objetivo de todos los motores térmicos es convertir la energía térmica en trabajo mecánico. En todos los motores térmicos se utiliza algún fluido de trabajo a la que se aplica calor, haciendo que se expanda y para realizar el trabajo para superar las resistencias externas. Después de la terminación del proceso de expansión térmica del fluido de trabajo se rechaza a un fregadero. A partir de entonces, el fluido recibe suministro fresco de calor de la fuente. El fluido de trabajo de una planta de energía de vapor es “agua”. La planta se compone de una generador de vapor, en la que el agua recibe el calor del calor de la combustión de combustibles fósiles y se convierte en vapor de alta energía, que luego se expande a través de una turbina de vapor y experimenta cambios en la presión, la temperatura y contenido de calor. Durante el proceso de expansión del vapor de alta energía también realiza trabajo mecánico. La planta también consiste eb un condensador, donde el vapor rechaza calor en agua de refrigeración y vuelve da su estado original. Además de los combustibles fósiles, la energía de los escapes de turbinas de gas, reactores nucleares, solar, biomasa, etc., también puede usarse para generar vapor.

II.

MARCO TEORICO 2.1. Historia

Históricamente, se ha creído que una forma temprana de turbina de vapor que utiliza la fuerza expansiva del vapor estaba en existencia tan atrás como 150 A.C. Sin embargo, el primer motor rotativo basado en el principio de reacción fue inventado por héroe de Alejandría en 50 D.C. La primera turbina de acción fue desarrollado por Giovanni Branca en el año 1629. Sin embargo, se tardó más de 250 años adicionales para desarrollar la forma inicial de la actual turbina de vapor impulso. Además de los inventores anteriores, el crédito también va al ingeniero británico Charles A. Parsons (1854 1931) por la invención de la turbina de reacción y al ingeniero sueco Gustav de Laval (1845 1913) por la invención de la turbina de impulso; ambos trabajaron independientemente entre 1884 y 1889. Las turbinas de vapor modernos, con frecuencia emplean tanto la reacción y el impulso en la misma unidad. En el diseño básico de una turbina de reacción, el cambio en el momento del vapor que sale de la boquilla provoca una reacción en el tubo radial que lo hizo girar. La turbina simple de impulso, desarrollado por De Laval, giraba a una velocidad extremadamente alta de 30.000 rpm con una velocidad de vapor de aproximadamente 1 km / s. El cambio en el momento del vapor de la boquilla crea un impulso en el volante. 2.2.

Tipos

2.2.1. Impulse y la reacción El proceso completo de expansión del vapor tiene lugar principalmente en boquillas estacionarias, y la energía cinética se transforma en trabajo mecánico sobre los álabes de la turbina sin ninguna expansión adicional. Una turbina de impulso ha fijado boquillas que orientan el flujo de vapor en chorros de alta velocidad. Traslado de las palas del rotor, en forma de cubos, absorben la energía cinética de estos chorros y la convierten en trabajo mecánico, lo que resulta en la rotación del eje como el chorro de vapor cambia de dirección. Una caída de presión se produce sólo a través de álabes estacionarios, con un aumento neto de velocidad del vapor a través de la etapa. Como el vapor fluye a través de la boquilla su presión cae de vapor presión en el pecho a la presión del condensador (o cualquier otra presión como concebido por el diseñador). Debido a esta relación relativamente más alta de expansión del vapor en la boquilla, el vapor sale de la boquilla con una

velocidad muy alta. La velocidad del vapor que sale de los álabes móviles es una gran parte de la velocidad máxima de vapor de agua al salir de la boquilla. 2.2.2. Principio de impulso Una turbina de acción se compone de una etapa de boquillas estacionarias seguido de una etapa de cubos curvas denominadas palas de la turbina. Cuando un chorro de fluido incide sobre una hoja curva sin fricción. 2.2.3. Principio Reacción Una turbina de reacción está construida de filas de cuchillas fijas y filas de palas en movimiento. Las cuchillas fijas actúan como toberas. Los álabes móviles se mueven como resultado del impulso de vapor de agua recibida (causada por un cambio en el momento) y también como resultado de la expansión y la aceleración del vapor en relación con ellos. En otras palabras, que también actúan como boquillas 2.3.

CLASIFICACIÓN de turbinas de vapor Las turbinas de vapor se pueden clasificar en diferentes categorías en función de su construcción, proceso mediante el cual se logra gota de calor, las condiciones iniciales y finales de vapor utilizado, y su uso industrial como se discute en lo siguiente. Estas turbinas pueden ser acopladas directamente o a través de un engranaje de reducción con la máquina accionada.

2.3.1. De acuerdo con la dirección del flujo de vapor - Turbinas axiales en las cuales fluye el vapor en una dirección paralela al eje de la turbina. - Turbinas radiales en los que los flujos de vapor en una dirección perpendicular al eje de la turbina. Una o más etapas de baja presión en dichas turbinas se hacen axial. 2.3.2. Según el número de etapas de presión - Las turbinas de una etapa con una o varias etapas de velocidad por lo general capacidades de pequeña potencia. Estas turbinas se utilizan sobre todo para el accionamiento de los compresores centrífugos, sopladores, y otras máquinas similares. - Impulso y de reacción turbinas de varias etapas; que se hacen en una amplia gama de potencias distintas capacidades de pequeño a grande. 2.3.3. Según el número de etapas de escape -Doble flujo único LP turbina

-Flujo Doble doble LP turbina 2.3.4. De acuerdo con el número de cilindros - Turbinas monocilíndro. - Turbinas de doble cilindro. - Turbinas de tres cilindros. - Turbinas de cuatro cilindros. 2.3.5. Según la disposición del eje - Turbinas de múltiples cilindros, que tienen sus rotores montados en el mismo eje y acoplados a un solo generador, se conocen como turbinas compuestas de un solo eje - Las turbinas de varios cilindros con ejes de rotor separados para cada cilindro colocados paralelos entre sí se conocen como turbinas de compuestos cruzados multiaxiales. 2.3.6. Según el método de gobierno - Turbinas con de gobierno del acelerador en el que el vapor fresco entra a través de uno o más (Dependiendo de la potencia desarrollada) operado simultáneamente válvulas de mariposa. - Turbinas con gobernar boquilla en el que el vapor fresco entra a través de dos o más consecutivamente la apertura de los reguladores - Turbinas con derivación de gobierno en el que el vapor además de ser alimentada a la primera etapa también se llevó directamente a uno, dos, o incluso tres etapas intermedias de la turbina 2.3.7. Según el principio de la acción de vapor de agua (como se determina en el diseño de etapa) - Turbinas de acción en el que la energía potencial de vapor de agua se convierte en energía cinética en las toberas o pasajes formados por contigua álabes estacionarios. La energía cinética del vapor de agua se convierte en energía mecánica en los álabes móviles - Turbinas de reacción axial en la que la expansión de vapor de agua entre los pasajes de cuchilla, tanto guiar y cuchillas de cada etapa se mueve, tiene lugar casi en la misma medida - Turbinas de reacción radiales sin ninguna hoja de guía estacionaria. - Turbinas de reacción radial que tiene álabes de guía estacionarios.

2.3.8. De acuerdo con el proceso de caída de calor (por las condiciones de escape) - Condensación turbinas con regeneradores en los que el vapor a una presión de menos de atmosférica se dirige al condensador. El vapor también se extrae de etapas intermedias para la calefacción de agua de alimentación. El calor latente del vapor de escape durante el proceso de condensación está completamente perdida en estas turbinas - Condensación turbinas con extracciones etapa intermedia a presiones específicas para fines industriales y de calefacción. - Turbinas de contrapresión, el vapor de escape de la que se utiliza para industrial y fines de calefacción. - Turbinas Topping son también el tipo de contrapresión con la diferencia de que el vapor de escape de estas turbinas se utiliza más en turbinas de condensación de media y de baja presión. Estas turbinas operan a altas condiciones iniciales de la presión del vapor y de la temperatura. - Turbinas de contrapresión, con extracciones de la etapa intermedia a presiones específicas, están destinados para el suministro de vapor de agua a diversas condiciones de presión y temperatura. - Turbinas de baja presión / escape en el que el vapor de escape de la vaivén los motores de vapor, martillos eléctricos, prensas, etc., se utiliza para la generación de energía. - Turbinas Mixed-presión con dos o tres etapas de presión con suministro de vapor a sus etapas intermedias 2.3.9. Según las condiciones de vapor en la entrada de turbina (por las condiciones de suministro de vapor) - Turbinas de baja presión, utilizando vapor de agua a presiones de 120 200 kPa. - Turbinas de presión media, usando vapor de agua a presiones de hasta 4 MPa - Turbinas de alta presión, que utiliza vapor de agua a presiones superiores a 4 MPa - Turbinas de alta presión, el uso de vapor a presiones iguales o superiores a 16,5 MPa y temperaturas en o por encima de 813 K - Presiones supercríticos utilizando vapor de agua a o por encima de 22,12 MPa y temperatura por encima de 647,14 K. 2.3.10. Según el uso en la industria (por tipo de equipo accionado) - Turbinas de vapor estacionario con velocidad constante de rotación principalmente utilizados para DRIalternadores ing - Turbinas de vapor estacionario con velocidad variable de rotación destinados para la conducción de turbo sopladores, circuladores de aire, bombas, etc. - Turbinas de vapor no estacionario con velocidad variable de rotación generalmente empleado en barcos de vapor, etc. 2.4.

COMPONENTES de turbinas de vapor

2.4.1. ROTOR

El rotor se compone de un número de discos montados en el eje. Cuando la temperatura de trabajo está por debajo de 673 K los discos son encogidos en el eje. Los Rotores que operan a temperaturas mucho más altas que 673 K y que tienen diámetros relativamente pequeños se hacen de una sola pieza de forja sólido con los discos mecanizados directamente en él. En algunos diseños de las primeras etapas de alta presión pocos están hechos en una sola pieza con el eje y en las etapas de discos se contraen en el eje de baja presión. Los rotores de diámetro pequeño se hacen como una pieza forjada sólido de una pieza. El disco de la etapa de control suele ser grande en diámetro y de que sea mecanizada directamente sobre las piezas forjadas sólidos o se realiza por separado y encogido en el eje. En rotores de gran diámetro los discos están soldados en la periferia. La rigidez transversal del rotor es muy alta y la velocidad crítica es por lo general muy por encima de la velocidad de funcionamiento. En un compuesto en tándem, los rotores de diversas secciones de la turbina están conectados entre sí por medio de acoplamientos rígidos 2.4.2. CARCASA La carcasa de una turbina podría ser o bien del tipo barril o del tipo de brida dividida horizontalmente. La carcasa de tipo barril está diseñado sin una junta axial. Esta carcasa permite una rápida puesta en marcha y no requiere calentamiento externo para detener expansiones relativas de la carcasa y el rotor. Puesto que la carcasa es simétrica alrededor de su eje, la forma de la carcasa de tipo barril también se mantiene sin cambios y a prueba de fugas durante el arranque, apagado, cambios en la carga, e incluso bajo alta presión cuando los cambios de temperatura rápidamente. Esto facilita la rápida puesta en marcha y la carga de una turbina con el tipo de barril carcasa. En un diseño típico un portador de guía de la hoja dividir axialmente está dispuesto en la carcasa de tipo barril. Las bridas de carcasa dividida horizontalmente están diseñados para calentar mediante vapor de agua durante el arranque para evitar expansiones relativas excesivas de la carcasa y el rotor. Las envolturas de división pueden ser diseñados con una, dos, o la construcción de triple Shell.

2.4.3. RODAMIENTOS La función de los rodamientos es llevar el peso completo del rotor de la turbina y permitir que gire con la menor fricción. El contacto de metal a metal arruina el revestimiento de un cojinete y por lo tanto se establece una

película de aceite entre la superficie estacionaria y el rotor para separarlos. Hay dos tipos de cojinetes de la turbina: chumaceras y cojinetes de empuje. - Cojinetes lisos o chumacera.- La función de un cojinete liso es apoyar el rotor de la turbina. El cojinete liso está compuesto de conchas superior e inferior con una cara Babbit. Los cojinetes se suministran con aceite lubricante desde ambos lados de las conchas. Lubricacion se proporciona entre el eje y la superficie de apoyo para acomodar la película de aceite lubricante. Un aceite sostenida película entre el eje y la superficie de apoyo se desarrolla sólo cuando la presión de aceite es capaz de equilibrar el peso del eje. El centro del eje en reposo está situado excéntricamente con respecto al centro del cojinete. Con el aumento de la velocidad del eje, el centro del eje tiende a alcanzar el centro del cojinete. A la velocidad infinita de rotación ambos centros coincidirán. aceite a alta presión, llamada pajas de aceite, se suministra bajo las revistas a baja velocidad durante el arranque y la parada del rotor de la turbina. Como resultado, se evita la fricción seca y par de arranque durante la puesta en marcha con la vuelta del engranaje se reduce. - Cojinetes de empuje.- El empuje axial sobre el rotor de la turbina es causada por las diferencias de presión y velocidad a través de las palas del rotor, las diferencias de presión de un lado a otro sobre las ruedas o los cuerpos de rotor, y las diferencias de presión a través de los laberintos de eje. El empuje neto es igual a la suma algebraica de todos estos efectos y por lo general en la dirección del flujo de vapor. La función de un cojinete de empuje es fijar su posición del rotor, así como para llevar el empuje axial residual presente en un sistema de eje de generador de turbina combinado que es incapaz de ser compensada por el pistón equilibrio. La magnitud y la dirección del empuje axial para ser superados por el cojinete de empuje son dependientes de las condiciones de carga de la turbina. El cojinete de empuje consiste en un collar, en el eje de rotor, el empuje en las almohadillas se encuentran en la superficie del collar, y una almohadilla de auto-alineación mantiene en posición por un soporte

que está fijado rígidamente en el soporte de cojinete. Las almohadillas de cuello y de empuje permiten la igualdad de carga del cojinete de empuje en cualquier dirección. Las patas de empuje son del tipo de inclinación y pueden ajustarse a la flecha del eje requerido por encontrar su posición correcta en el asiento esférico del soporte. El aceite lubricante se suministra al cojinete bajo presión a la superficie del eje. El cojinete de empuje está cerrado desde ambos extremos para evitar el escape de aceite lubricante. 2.4.4. MECANISMO DE GIRO Sistemas de Encendido de engranajes se utilizan con grandes turbomáquinas, tales como grandes turbinegenerators de vapor, para producir la rotación lenta del rotor de la turbina cuando la turbina está siendo puesto en marcha, parada, o en otros momentos como se hace necesario desplazar el rotor en una diferente posición. La rotación lenta durante el arranque y la parada se lleva a cabo para asegurar que el rotor se mantiene libre de deformación temporal o permanente indeseable o SAG entre el cojinete de largo se extiende debido a diferentes temperaturas en las secciones de rotor perpendicular al eje del rotor, si dejado por mucho tiempo en una misma posición. El engranaje de giro puede estar situado en el soporte de cojinete entre la turbina LP y, o bien la turbina IP o el generador y es accionado ya sea hidráulica o eléctricamente. En un diseño típico el engranaje de giro acciona el rotor de la turbina a través de un engranaje de giro unido al eje de rotor. Cuando se permite que el vapor entre en la turbina y cuando la velocidad del rotor de la turbina es superior a la velocidad de giro del engranaje, el mecanismo de giro o el piñón de accionamiento se lanza automáticamente fuera de acoplamiento o desacoplado del engranaje de giro del rotor por la fuerza centrífuga. Durante apagado de la turbina cuando el rotor gira en inercia hasta cuando su velocidad cae por debajo de la velocidad del engranaje convertir una señal de baja velocidad de re-se acopla con el mecanismo de giro. El engranaje de giro también se puede activar en forma manual. Antes de iniciar el mecanismo de giro, su suministro de aceite lubricante debe estar garantizado. El aceite jacking, si es requerido por el diseño para vencer el par inicial de ruptura de y para evitar la fricción seca, debe también ser suministrada para levantar el rotor antes de poner el mecanismo de giro en funcionamiento. En un engranaje de giro de accionamiento hidráulico, el aceite desde el sistema de aceite de elevación también debe ser suministrado mediante el acoplamiento del piñón de accionamiento. El engranaje de giro no debe iniciarse hasta que el piñón de accionamiento está completamente acoplado. En el caso de que falle el mecanismo de giro normal, el eje del rotor

combinado puede ser girado manualmente con la ayuda de un giro mecánico / engranaje de restricción de llamadas.