Turbinas de vapor

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ENERGÉTICA
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA

TURBINAS DE VAPOR

Pedro Fernández Díez
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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 relaciónentre la altura del álabe y el radio medio es baja, 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 esinvariable a lo largo de la dirección circunferencial, (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). r Si se supone que la velocidad axial o velocidad meridiana c m es constante a lolargo del escalonamiento: r r r r c m = c0 m = c 1m = c 2m y si Ω0, Ω1 y Ω2, 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, el volumen específico del vapor aumenta, por lo que la sección de paso entre álabes también tiene que aumentar. La realidad es que c1m ≠ c2m, salvo excepcionesI.2.- TRIÁNGULOS DE VELOCIDADES Y PARÁMETROS
r r El triángulo de velocidades a la entrada se obtiene a partir de u y c 1 .

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
Turbinas.I.-1

ψ=

w2 w1

⇒ w2 < w1
w2 w 2t

b) Para las turbinas de reacción: ψ =

⇒ w2 > w1
c1 m . c 2mLa altura de la sección de salida del álabe fija la relación

En las turbinas de acción, la altura 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 guíadel distribuidor, cuando forman parte de los diafragmas de los escalonamientos de acción, deben resistir 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 velocidadesy esquema de rendimientos

Para definir la forma de los triángulos de velocidades, en el supuesto de velocidad axial cm = Cte, se necesitan tres parámetros: a) El coeficiente de presión o de carga Ψ que expresa la capacidad de realizar un trabajo T por unidad de masa, desarrollado por el escalonamiento, que se define en la forma:
T = u (c 1u + c 2u ) = { c u = c m cotg α g = u c 1m (cotg α1 +cotg α 2 ) g

Ψ =

T = ∑ u2 g

} =

=

c 1 m (cotg α 1 + cotg α 2 ) u

El signo (+) de la ecuación de Euler es debido a que en los triángulos de velocidades las componenr r tes tangenciales c 1u y c 2u tienen sentidos contrarios. Geométricamente es la relación entre las bases del trapecio, Fig I.1, de los triángulos de velocidades. El coeficiente de presión afecta al rendimiento delescalón y al coste de la máquina a través del número de escalonamientos. b) El coeficiente de caudal o de flujo Φ está relacionado con el tamaño de la máquina para un gasto másico G c dado, y se define en la forma: Φ = m u
Turbinas.I.-2

Geométricamente es la relación entre la altura cm y la base u del trapecio de los triángulos de velocidades; afecta al rendimiento y al coste de la máquina a...