¿Cómo funciona una turbina de vapor?
La energía térmica contenida en el vapor se convierte en energía mecánica por expansión a través de la turbina . La expansión se lleva a cabo a través de una serie de cuchillas fijas (boquillas) que orientan el flujo de vapor hacia chorros de alta velocidad . Estos chorros contienen energía cinética significativa, que se convierte en rotación del eje por las palas del rotor en forma de cubo, a medida que el chorro de vapor cambia de dirección (ver: Ley de conversación del momento ). El chorro de vapor, al moverse sobre la superficie curva de la pala, ejerce una presión sobre la pala debido a su fuerza centrífuga. Cada fila de boquillas fijas y cuchillas móviles se llama etapa. Las palas giran sobre el rotor de la turbina y las palas fijas están dispuestas concéntricamente dentro de la carcasa circular de la turbina.
En todas las turbinas, la velocidad de rotación de la pala es proporcional a la velocidad del vapor que pasa sobre la pala. Si el vapor se expande solo en una sola etapa desde la presión de la caldera hasta la presión de escape, su velocidad debe ser extremadamente alta. Pero la turbina principal típica en las plantas de energía nuclear, en la que el vapor se expande desde presiones de aproximadamente 6 MPa a presiones de aproximadamente 0.008 MPa , opera a velocidades de aproximadamente 3,000 RPM para sistemas de 50 Hz para generador de 2 polos (o 1500 RPM para generador de 4 polos) y 1800 RPM para sistemas de 60 Hz para generador de 4 polos (o 3600 RPM para generador de 2 polos). Un anillo de una sola cuchilla requeriría cuchillas muy grandes y aproximadamente 30 000 RPM, lo cual es demasiado alto para fines prácticos.
Por lo tanto, la mayoría de las centrales nucleares opera un generador de turbina de un solo eje que consta de una turbina HP de múltiples etapas y tres turbinas LP paralelas de múltiples etapas , un generador principal y un excitador. La turbina HP suele ser una turbina de reacción de doble flujo con aproximadamente 10 etapas con álabes envueltos y produce aproximadamente 30-40% de la potencia bruta de salida de la unidad de la central eléctrica. Las turbinas LP suelen ser turbinas de reacción de doble flujo.con aproximadamente 5-8 etapas (con cuchillas cubiertas y con cuchillas independientes de las últimas 3 etapas). Las turbinas de LP producen aproximadamente el 60-70% de la producción de potencia bruta de la unidad de la central eléctrica. Cada rotor de turbina está montado sobre dos cojinetes, es decir, hay cojinetes dobles entre cada módulo de turbina.
En estas turbinas, la etapa de alta presión recibe vapor (este vapor es vapor casi saturado – x = 0.995 – punto C en la figura; 6 MPa ; 275.6 ° C) desde un generador de vapor y lo expulsa al separador-recalentador de humedad (punto D ) El vapor debe recalentarse para evitar daños que puedan ocasionar a las aspas de la turbina de vapor el vapor de baja calidad . El recalentador calienta el vapor (punto D) y luego el vapor se dirige a la etapa de baja presión de la turbina de vapor, donde se expande (punto E a F). El vapor agotado luego se condensa en el condensador y está a una presión muy por debajo de la atmosférica (presión absoluta de 0.008 MPa ), y está en un estado parcialmente condensado (punto F), típicamente de una calidad cercana al 90%.
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