Turbinas de vapor1

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, (nohay 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).
Si se supone que la velocidad axial o velocidad meridiana
r c m es constante a lo largo del escalonamiento:
r c m = r c 0m= r c 1m= r c 2m
y si Ω0, Ω1 y Ω2, son las correspondientes secciones de paso, aplicando la ecuación de continuidad se
tiene:
ρ 1 Ω1 = ρ2 Ω2 = ρ3 Ω3
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
El triángulo de velocidades a la entrada se obtiene a partir de r u y r c 1.
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
ψ =
w2
w1
⇒ w2 < w1
Turbinas.I.-1
- 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, 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 delos escalonamientos de
acción, deben resistir el empuje aplicado sobre ellos.
- Los álabes de la corona móvil deben resistir
los esfuerzos centrífugos
la flexión producida por la acción tangencial 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
Σ u2
g
=
T = u
g
( c1u+ c2u ) = { cu= cm cotg α } =
= u
g
c1m (cotg α 1+ cotg α 2 )
=
c1m(cotg α 1+cotg α 2 )
u
El signo (+) de la ecuación de Euler es debido a que en los triángulos de velocidades las componentes
tangenciales
r c 1u y
r 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 del escalón y al coste de la máquina a través del
número deescalonamientos.
- El coeficiente de caudal o de flujo Φ está relacionado con el tamaño de la máquina para un
gasto másico G dado, y se define en la forma:
Φ =
cm
u
Geométricamente es la relación entre la altura
r c m y la base
r
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
- El factor de calidad...