turbinas de vapor

IV.- TURBINAS DE VAPOR DE REACCIÓN

IV.1.- TURBINAS CON ESCALONAMIENTOS DE REACCIÓN
Cuando el salto de presión es grande, se recurre a fraccionarle en una serie de escalonamientos de
forma que los de mayor presión se correspondan con la parte de acción (una Turbina Curtis o una turbina simple o doble de acción), y el resto, con la parte de reacción.
Para su estudio vamos a considerar unescalonamiento cualquiera de la parte de reacción, entre
los estados 0 y A, a los que corresponden las presiones p0 y p2, respectivamente; la velocidad cad es la
correspondiente al salto adiabático Δi0B.
El vapor no se expansiona totalmente en los álabes guía del distribuidor, sino que lo hace sólo desde p0 hasta una presión intermedia pi con la que penetra en el rotor, continuando su expansión enlos
álabes del mismo, hasta alcanzar la presión de salida p2.
El distribuidor viene dimensionado de forma que transforme una parte de la energía disponible
c2
1t
del vapor Δi0A en energía cinética 2 g , Fig IV.1.
La fracción restante del mismo ΔiAB se transforma a lo largo de los álabes de la corona móvil, en
energía cinética de rotación, viniendo los álabes diseñados para que en ellos seproduzcan dos tipos de
transformaciones simultáneas:
a) La de la energía cinética adquirida en los álabes distribuidores, en energía mecánica
b) El resto de entalpía en energía cinética y, ésta a su vez, en energía mecánica.
Por efecto del rozamiento en la expansión adiabática (OA) se sustituye ésta por la (Ob); el choque
del vapor a la salida del distribuidor con los bordes de los álabes dela corona móvil, produce un recalentamiento del vapor a la presión p1, obteniéndose el punto c, entrada del vapor en la corona móvil.
Por incorporación del calor debido al rozamiento del vapor en los conductos formados por los álabes de la corona, se efectúa la transformación (cd); finalmente, y debido a la transformación en calor
de la energía que aún lleva el vapor al abandonar la corona,(pérdidas a la salida), se produce un recalentamiento del vapor según (de); en la Fig IV.1, la velocidad cad sería la correspondiente a la salida
de la corona, en la expansión adiabática reversible.
TV.IV.-29

Fig IV.1.- Diagrama (i-s) de un escalonamiento de reacción, y pérdidas correspondientes

IV.2.- TRIÁNGULOS DE VELOCIDADES EN FUNCIÓN DEL GRADO DE REACCIÓN
El grado de reacción, para unescalón, se define en la forma:
Δi corona
Δiescalón

σ=

=

Δi corona
i - iB
= A
Δiad
i0 - iB

por lo que:
Δiad
Δicorona
Δidist
=
=
1
σ
1 - σ

c1 = ϕ1

2
c1
2
- c0 )
ϕ2
=
2 g (1 - σ)

c 2 + 2 g Δi dist = ϕ 1
0

(

⇒

c2

σ
Δicorona =
( 1 - c2 ) = σ Δiad.

0
2 g (1 - σ) ϕ 2

2
1 c1
 Δi dist = 2 g ( 2 - c2 ) = (1 - σ) Δiad.
0
ϕ


c 2 + 2 g(1 - σ) Δi ad
0

en la que c0 es la velocidad de alimentación del escalón.
El valor de w2 se obtiene de varias formas:

w 2 = ψ w 2t = ψ

2
w 1 + 2 g σ Δi ad. =

2
c 2 - c0
c2
1t
1
1
2
=
( 2 - c0 )
2 g (1 - σ )
2 g (1 - σ) ϕ 1
c cos α 1 - u
w1 = 1
cos β 1

Δi ad . =

=ψ

(

=

2
c1
c 1 cos α1 - u 2
σ
) +
( 2 - c2 )
0
1 -σ ϕ
cos β 1
1

c2
2
σ
w2
w1Δicorona =
( 1 - c2)
2
0
2 g (1 - σ) ϕ 2
=
+ Δicorona =
=
2g
2g
2 = c 2 + u 2 - 2 u c cos α
w1
1
1
1
=

w2 =

c 2 (1 +
1

2
c 1 + u 2 - 2 u c 1 cos α 1
c2
σ
1
+
( 2 - c2 )
0
2g
2 g (1 - σ) ϕ

σ c2
σ
0
) + u 2 - 2 u c 1 cos α 1 1 - σ
(1 - σ) ϕ 2

Para: α2 = 90º ⇒ w 2 = u2 + c2 = u2 + c2 = u 2 + c 2 = u 2 + (c1 sen α1 )2
2
2
2m
1m
TV.IV.-30

e igualándolaa la anterior:
c2
1

σ c2
σ
0
2
2
2
(1 +
2 ) + u - 2 u c 1 cos α 1 - 1 - σ = u + (c 1 sen α 1 )
(1 - σ) ϕ

c2
σ
σ
0
1 +
= sen 2 α 1
2 - 2 ξ cos α 1 - 1 - σ
(1 - σ) ϕ
c2
1

en la que se ha considerado que la relación

c 2u = w 2u - u = ψ

(

2
c0
2
c1

⇒

cos2 α1 +

σ
= 2 ξ cos α1
(1 - σ) ϕ 2

tiende a cero.

c2
c 1 cos α 1 - u 2
σ
1
) +
(
-...