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20 Explicaciones de Términos Profesionales para Turbinas de Vapor Industriales (II)
Creado 11.03
Comprender los componentes de la turbina, los sistemas auxiliares y el comportamiento operativo
El rendimiento de una turbina de vapor industrial depende de más que sus condiciones de vapor y su potencia nominal. Los componentes internos, la lubricación, el sellado, la calidad de la instalación y el comportamiento operativo contribuyen todos a un servicio confiable.
Este segundo artículo de la serie de terminología de YTS presenta 20 términos adicionales para ayudar a los propietarios de plantas, ingenieros y equipos de adquisiciones a comprender mejor las especificaciones de los equipos, los planos técnicos y las conversaciones sobre mantenimiento.
1. Rotor
El rotor es el conjunto giratorio de la turbina. Según el diseño, incluye el eje, las ruedas o el tambor, los álabes móviles y los componentes asociados.
El vapor aplica fuerza a los álabes móviles, produciendo un par que se transmite al equipo accionado. El diseño del rotor debe tener en cuenta la resistencia mecánica, el comportamiento térmico, el equilibrio y la vibración.
2. Carcasa de la turbina
La carcasa es el recinto estacionario que rodea la trayectoria del vapor de la turbina. Contiene el vapor y soporta o posiciona los componentes estacionarios internos.
Muchas turbinas industriales utilizan una carcasa de división horizontal para facilitar el acceso de mantenimiento. La construcción de la carcasa depende de la presión de operación, la temperatura, el tamaño y la disposición mecánica de la turbina.
3. Tobera
Una tobera es un conducto de vapor perfilado que acelera y dirige el vapor hacia los álabes móviles.
A medida que el vapor se expande a través de una tobera, parte de su energía se convierte en velocidad. La geometría y el estado de la tobera afectan el flujo de vapor y la dirección en la que este entra en la fila de álabes. Los depósitos, la erosión o los daños pueden deteriorar el rendimiento.
4. Diafragma
Un diafragma es una partición estacionaria utilizada en muchas turbinas de impulso multietapa. Porta las toberas entre las ruedas giratorias adyacentes y ayuda a separar las regiones que operan a diferentes presiones.
Los sellos cerca de su diámetro interior restringen las fugas de vapor a lo largo del eje. Por lo tanto, el estado del diafragma afecta tanto la distribución del vapor como las fugas internas.
5. Etapa de turbina
Una etapa de turbina es una disposición de pasajes de álabes fijos y móviles que lleva a cabo parte de la expansión del vapor y la transferencia de energía.
Una turbina multietapa divide la carga total entre varias etapas. El número apropiado depende de las condiciones del vapor, la velocidad, el diseño aerodinámico y los requisitos económicos; el número de etapas por sí solo no establece la calidad del equipo.
6. Etapa de impulso
En una etapa de impulso, la mayor parte de la reducción de presión ocurre en las toberas estacionarias. El vapor de alta velocidad resultante cambia de dirección a través de los álabes móviles, produciendo fuerza sobre el rotor.
El cambio de presión a través de los álabes móviles es relativamente pequeño. El término describe cómo se distribuye la expansión dentro de la etapa.
7. Etapa de reacción
En una etapa de reacción, el vapor se expande tanto por los pasajes de los álabes fijos como por los de los álabes móviles. Los pasajes móviles también actúan como toberas, contribuyendo a la fuerza que impulsa el rotor.
Los diseños de reacción requieren un tratamiento adecuado de las fuerzas axiales y las holguras. Ni el «impulso» ni la «reacción» por sí solos determinan qué turbina es la mejor para un proyecto concreto.
8. Cojinete de apoyo
Un cojinete de apoyo soporta el eje radialmente y ayuda a controlar su posición lateral.
Muchas turbinas industriales utilizan cojinetes de apoyo hidrodinámicos, en los que la rotación del eje desarrolla una película de aceite portante. La geometría del cojinete, el estado del aceite, la temperatura y el suministro influyen en su funcionamiento. El cojinete también contribuye al comportamiento dinámico del rotor.
9. Cojinete de empuje
Un cojinete de empuje soporta la carga axial y fija el rotor a lo largo de su eje.
Las fuerzas axiales se originan por la presión del vapor, la carga de los álabes y otros efectos mecánicos. El cojinete de empuje ayuda a mantener la relación axial prevista entre los componentes giratorios y estacionarios. La dirección de su carga y su capacidad deben coincidir con los requisitos de funcionamiento de la máquina.
10. Sellado del prensaestopas del eje
Los sellos del prensaestopas del eje restringen las fugas donde el eje giratorio pasa a través de la carcasa.
En regiones presurizadas, limitan las fugas de vapor hacia el exterior. En regiones por debajo de la presión atmosférica, una disposición de sellado adecuada ayuda a limitar las fugas de aire hacia el interior. Los sellos de laberinto se utilizan comúnmente, aunque la disposición completa varía según el diseño de la turbina y las condiciones de operación.
11. Sistema de aceite lubricante
El sistema de aceite lubricante suministra aceite adecuado a los cojinetes y, cuando corresponde, a otros componentes como una caja de engranajes. Reduce la fricción y disipa el calor.
Una disposición alimentada por presión comúnmente incluye un depósito, bombas, filtros, enfriadores e instrumentación. El suministro de aceite requerido durante el arranque, la operación normal y la parada por inercia debe considerarse por separado. El aceite lubricante y el aceite de control hidráulico pueden utilizar sistemas compartidos o separados.
12. Engranaje de giro
El engranaje de giro hace girar el rotor lentamente durante períodos especificados antes del arranque o después de la parada.
Su propósito incluye reducir el calentamiento o enfriamiento desigual del rotor que podría causar deformación térmica. Los dispositivos de giro pueden ser manuales o motorizados, según la máquina. Su uso y duración se establecen para la turbina en particular.
13. Velocidad crítica
Una velocidad crítica es una velocidad de rotación a la cual una excitación puede producir resonancia en el sistema rotor-cojinete.
La vibración puede aumentar a medida que el rotor se aproxima a dicha velocidad. Las velocidades críticas dependen del sistema completo, incluidos la geometría del rotor, los cojinetes y los soportes. Se consideran al definir los rangos de operación y el comportamiento durante el arranque o la parada.
14. Expansión diferencial
La expansión diferencial es la diferencia en el crecimiento térmico entre las partes rotativas y estacionarias de la turbina.
Durante el calentamiento o enfriamiento, el rotor y la carcasa pueden cambiar de temperatura a diferentes velocidades. Su crecimiento relativo modifica las holguras internas. Esta medición ayuda a evaluar si la máquina permanece dentro de sus límites de holgura de diseño durante los transitorios térmicos.
15. Alineación del eje
La alineación del eje establece la relación requerida entre las líneas centrales de rotación de las máquinas conectadas.
Implica tanto la alineación angular como la de desplazamiento. También debe considerarse el crecimiento térmico: la alineación en frío correcta puede incluir desplazamientos deliberados para que el tren de ejes alcance su alineación prevista a la temperatura de funcionamiento. Los acoplamientos flexibles siguen requiriendo una alineación adecuada.
16. Válvula de parada principal — MSV
La válvula de parada principal proporciona una interrupción rápida del suministro principal de vapor a la turbina cuando es necesario.
Su función principal es el aislamiento y el cierre de protección, en lugar de la regulación continua de carga. Algunas disposiciones de turbinas combinan funciones de parada y estrangulamiento, por lo que la disposición de las válvulas debe entenderse a partir de los planos específicos del equipo y la descripción funcional.
17. Válvula de control de vapor
Una válvula de control de vapor regula el vapor admitido en la turbina.
Cambiar su apertura ajusta la energía que entra en la máquina. Dependiendo de la aplicación y del modo de control, esto permite la regulación de la velocidad, la carga eléctrica o un parámetro del sistema de vapor. Las turbinas pueden utilizar una válvula o varias válvulas con una secuencia de apertura definida.
18. Drenaje de vapor
El drenaje de vapor elimina el condensado que se acumula en las tuberías de vapor, los cuerpos de las válvulas y los puntos designados de la turbina.
El condensado suele formarse cuando el vapor entra en contacto con superficies más frías durante el calentamiento. Un drenaje eficaz ayuda a limitar la acumulación de agua, el golpe de ariete y la entrada de agua en la turbina. Las ubicaciones de los drenajes y las disposiciones de descarga deben adecuarse a las condiciones de presión y a la disposición del equipo.
19. Sincronización del generador
La sincronización del generador es el proceso de establecer las condiciones eléctricas adecuadas antes de conectar un generador a una barra colectora o red energizada.
Se debe establecer la secuencia de fases correcta, mientras que la tensión, la frecuencia y el ángulo de fase deben estar dentro de los límites de cierre permitidos. El equipo de sincronización automática coordina la velocidad, la excitación y el cierre del interruptor para lograr las condiciones de conexión requeridas.
20. Rechazo de carga
El rechazo de carga es una reducción repentina o pérdida de la carga soportada por la turbina.
Por ejemplo, abrir el interruptor automático del generador puede eliminar la carga eléctrica mientras el vapor continúa suministrando energía mecánica. El desequilibrio resultante puede acelerar el rotor. Por lo tanto, la respuesta de control, el comportamiento de las válvulas y las funciones de protección deben coordinarse para el régimen de rechazo de carga especificado.
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