Turbinas de vapor

TURBINAS DE VAPOR

Pedro Fernández Díez
http://libros.redsauce.net/

I.- PARÁMETROS DE DISEÑO DE LAS TURBINAS DE FLUJO AXIAL
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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 es baja, elanálisis 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 dirección circunferencial, (no hayinterferencias 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 lo largo del escalonamiento: r r r r c m = c0 m = c1m = c 2my si Ω0, Ω1 y Ω2, son las correspondientes secciones de paso, aplicando la ecuación de continuidad se tiene:

ρ1 Ω 1 = ρ2 Ω 2 = ρ3 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 excepciones 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: - Para las turbinas de acción, a partir de la elección de un coeficiente de reducción de velocidad w ψ = 2 ⇒ w2 < w1 w1
Turbinas.I.-1

- Para las turbinas de reacción: ψ =

w2 w 2t

⇒

w2 > w1 c1m . c2 m

La altura de la sección de salida del álabe fija la relaciónEn 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: - Los álabes guía del distribuidor, cuando forman parte de los diafragmas de losescalonamientos de acción, deben resistir el empuje aplicado sobre ellos.
 los esfuerzos centrífugos - Los álabes de la corona móvil deben resistir  la flexión producida por la acción tan gencial del vapor  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 lostriángulos de velocidades, en el supuesto de velocidad axial cm = Cte, se necesitan tres parámetros: - 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:

Ψ= T 2 = ∑u g

T = u ( c1u + c 2u ) = { cu = cm cotg α } = c (cot g α 1 + cot g α 2 ) g = 1m u c (cotg α + cotg α ) u = 1 2g 1m

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 2 u 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 del escalón y al coste de la máquina a través del número de escalonamientos. -El coeficiente de caudal o de flujo Φ está relacionado con el tamaño de la máquina para un c gasto másico G dado, y se define en la forma: Φ = m ur r Geométricamente es la relación entre la altura c m y la base u del trapecio de los triángulos de velocidades; afecta al rendimiento y al coste de la máquina a través de la altura del álabe.
Turbinas.I.-2

2 - El factor de calidad o nº de...