1 TVAPOR

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA
ELÉCTRICA Y ENERGÉTICA
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA

TURBINAS DE VAPOR

Pedro Fernández Díez

I.- PARÁMETROS DE DISEÑO
DE LAS TURBINAS DE FLUJO AXIAL

I.1.- INTRODUCCIÓN
Para estudiar las turbinas de flujo axial, se puede suponer que las condiciones de funcionamiento se concentran en el radio medio de los álabes; si la relación entre la altura del álabe y el
radio medio esbaja, el análisis proporciona una aproximación razonable al flujo real, análisis bidimensional, mientras que si la relación es alta, como sucede en los últimos escalonamientos de una
turbina de condensación, es necesario otro tipo de estudio más sofisticado.
Se puede suponer que las componentes radiales de la velocidad son nulas y que el flujo es
invariable a lo largo de la direccióncircunferencial, (no hay interferencias o variaciones del flujo
de álabe a álabe), por lo que la circulación Γ= Cte.
Un escalonamiento de una turbina axial está formado por una corona de álabes guías o toberas, (corona del estator), y una corona de álabes móviles, (corona del rotor).
En la teoría bidimensional de las turbomáquinas se puede suponer que la velocidad axial o
r
velocidad meridiana c m esconstante a lo largo del escalonamiento, es decir:
r
r
r
r
c m = c0m = c 1m = c 2m
y si Ω0, Ω1 y Ω 2, son las correspondientes secciones de paso, aplicando la ecuación de continuidad
se tiene:
ρ1 Ω 1 = ρ2 Ω 2 = ρ 3 Ω 3
y como se trata de un proceso de expansión, la densidad del vapor disminuye y la sección de paso
entre álabes aumenta.
Turbinas.I.-1

I.2.- TRIÁNGULOS DE VELOCIDADES Y PARÁMETROS
r r
Eltriángulo de velocidades a la entrada se obtiene a partir de u y c1 .
El triángulo de velocidades a la salida se obtiene:
a) Para las turbinas de acción, a partir de la elección de un coeficiente de reducción de velocidad ψ = w2/w1 ⇒ w2 < w1
b) Para las turbinas de reacción: ψ = w2/w2t ⇒ w2 > w1
La altura de la sección de salida del álabe fija la relación, c1m/c2m.
En las turbinas de acción, laaltura del álabe se determina teniendo en cuenta el interés que
presenta una reducción del ángulo β2 y la centrifugación de la vena en los álabes de perfil constante. La elección del perfil del álabe se realiza a partir de los valores de los ángulos obtenidos,
teniendo en cuenta que:
a) Los álabes guía del distribuidor, cuando forman parte de los diafragmas de los escalonamientos de
acción, debenresistir el empuje aplicado sobre ellos.
b) Los álabes de la corona móvil deben resistir los esfuerzos centrífugos, la flexión producida por la acción
tangencial del vapor y la fatiga debida a las vibraciones.

Turbinas hidráulicas

Turbinas de vapor
Evaporador

Fig I.1.-Triángulos de velocidades y esquema de rendimientos

Para definir la forma de los triángulos de velocidades, en el supuesto develocidad axial
cm = Cte, se necesitan tres parámetros:
a) El coeficiente de presión o de carga

que expresa la capacidad de realizar un trabajo T por unidad de

masa, desarrollado por el escalonamiento, que se define en la forma:

Ψ=

T
=
u 2 /g

T = u (c 1u + c 2u ) = { c u = c m cotg α
g
= u c 1m (cotg α 1 + cotg α 2 )
g

}=
=

c 1m (cotg α1 + cotg α 2 )
u

El signo (+) de la ecuación de Euler esdebido a que en los triángulos de velocidades las comr
r
ponentes tangenciales c 1u y c 2u tienen sentidos contrarios.
Turbinas.I.-2

b) El coeficiente de caudal o de flujo

está relacionado con el tamaño de la máquina para un gasto

másico G dado, y se define en la forma:
Φ=

cm
u

c) El grado de reacción

es la relación entre el salto entálpico en el rotor (corona móvil) y el salto entál-

picototal de la máquina, en la forma:

σ=

i1 - i2
i0 - iB

2 + w2 )
w 22 - w 21
(w 22m + w 22u ) - ( w 1m
w 2 - w 21u
Flujo axial
1u
=
={
} = 2u
w 2m = w 1m
2g
2 g
2g
=
u (c 1u + c 2u )
i0 - iB =
g

i 1 - i2 =

2
w 22u - w 1u

w 22u - w 12 u
( w 2u + w1u ) (w 2u - w1u )
2g
=
=
=
=
u (c1u + c2u )
2 u (c1u + c2u )
2 u (c1 u + c2u )
g

=

w 2u - w 1u
2u

= 1 -

w 1u = c1u - u
w 2u = u + c 2 u
w 1u + w...