¿Qué es el tipo de turbinas de vapor? Definición

Tipos de turbinas de vapor. Las turbinas de vapor pueden clasificarse en diferentes categorías según su construcción, presiones de trabajo, tamaño y muchos otros parámetros. Ingenieria termal

Tipos de turbinas de vapor

Turbina de vapor - tipos

Las turbinas de vapor pueden clasificarse en diferentes categorías según su construcción, presiones de trabajo, tamaño y muchos otros parámetros. Pero hay dos tipos básicos de turbinas de vapor:

  • turbinas de impulso
  • turbinas de reacción .

La principal distinción es la manera en que el vapor se expande a medida que pasa a través de la turbina.

Turbina de impulso y turbina de reacción

Los tipos de turbina de vapor basados ​​en la geometría de la pala y el proceso de conversión de energía son la turbina de acción y la turbina de reacción.

Turbina de vapor - Tipos de turbina

Turbina de impulso

Turbina de vaporLa turbina de acción está compuesta de palas móviles que se alternan con boquillas fijas . En la turbina de acción, el vapor se expande en boquillas fijas y permanece a presión constante cuando pasa sobre las palas. Las turbinas Curtis , Rateau o Brown-Curtis son turbinas de tipo impulso. La turbina de vapor original, la De Laval, era una turbina de acción que tenía una rueda de una sola pala.

Toda la caída de presión de vapor tiene lugar solo en boquillas estacionarias. Aunque las cuchillas de impulso teóricas tienen una caída de presión cero en las cuchillas móviles, prácticamente, para que el flujo tenga lugar a través de las cuchillas móviles, también debe haber una pequeña caída de presión a través de las cuchillas móviles.

Impulso vs turbina de reacción - comparación
Impulso vs turbina de reacción – comparación

En las turbinas de impulso, el vapor se expande a través de la boquilla, donde la mayor parte de la energía potencial de presión se convierte en energía cinética. El vapor de alta velocidad de las boquillas fijas impacta las cuchillas , cambia su dirección , lo que a su vez aplica una fuerza . El impulso resultante conduce las palas hacia adelante, haciendo que el rotor gire. La característica principal de estas turbinas es que la caída de presión por etapa individual puede ser bastante grande, permitiendo grandes álabes y un menor número de etapas. Excepto para aplicaciones de baja potencia, los álabes de la turbina están dispuestos en múltiples etapas en serie, llamadas compuestos, lo que mejora enormemente la eficiencia a bajas velocidades.

Las turbinas de vapor modernas con frecuencia emplean tanto la reacción como el impulso en la misma unidad, variando típicamente el grado de reacción e impulso desde la raíz de la pala hasta su periferia. Las palas del rotor generalmente están diseñadas como una pala de impulso en la podredumbre y como una pala de reacción en la punta.

Hoja de turbina - Impulso y reacción
Cuchilla de reacción de impulso

Dado que las etapas de Curtis reducen significativamente la presión y la temperatura del fluido a un nivel moderado con una alta proporción de trabajo por etapa. Una disposición habitual es proporcionar en el lado de alta presión una o más etapas de Curtis, seguido de Rateau o puesta en escena de reacción. En general, cuando se tiene en cuenta la fricción en las etapas de reacción, se encuentra que la etapa de reacción es la más eficiente, seguida de Rateau y Curtis en ese orden. Las pérdidas por fricción son significativas para las etapas de Curtis, ya que son proporcionales a la velocidad del vapor al cuadrado. La razón por la cual las pérdidas por fricción son menos significativas en la etapa de reacción radica en el hecho de que el vapor se expande continuamente y, por lo tanto, las velocidades de flujo son más bajas.

Turbina de reacción – Turbina Parsons

Turbina de reacción - esquemaLa turbina de reacción está compuesta de palas móviles ( boquillas ) que se alternan con boquillas fijas . En la turbina de reacción, el vapor se expande en boquillas fijas y también en las boquillas móviles. En otras palabras, el vapor se expande continuamente a medida que fluye sobre las cuchillas. Hay pérdida de presión y velocidad en las cuchillas móviles. Las cuchillas móviles tienen una boquilla de vapor convergente. Por lo tanto, cuando el vapor pasa sobre las palas fijas, se expande al disminuir la presión del vapor y aumentar la energía cinética.

En las turbinas de reacción, el vapor se expande a través de la boquilla fija, donde la energía potencial de presión se convierte en energía cinética. El vapor de alta velocidad de las boquillas fijas impacta las cuchillas (boquillas), cambia su dirección y experimenta una mayor  expansión . El cambio en su dirección y la aceleración del equipo s aplica una fuerza. El impulso resultante conduce las palas hacia adelante, haciendo que el rotor gire. No hay un cambio neto en la velocidad del vapor a través de la etapa, pero con una disminución tanto en la presión como en la temperatura, lo que refleja el trabajo realizado en la conducción del rotor. En este tipo de turbina, las caídas de presión tienen lugar en varias etapas, porque la caída de presión en una sola etapa es limitada.

La característica principal de este tipo de turbina es que, a diferencia de la turbina de acción, la caída de presión por etapa es menor , por lo que las aspas se hacen más pequeñas y aumenta el número de etapas . Por otro lado, las turbinas de reacción suelen ser más eficientes, es decir, tienen una mayor “eficiencia de turbinas isentrópicas” . La turbina de reacción fue inventada por Sir Charles Parsons y se conoce como la turbina Parsons.

En el caso de las turbinas de vapor, como las que se usarían para la generación de electricidad, una turbina de reacción requeriría aproximadamente el doble de hileras de palas que una turbina de acción, para el mismo grado de conversión de energía térmica. Si bien esto hace que la turbina de reacción sea mucho más larga y pesada, la eficiencia general de una turbina de reacción es ligeramente mayor que la turbina de acción equivalente para la misma conversión de energía térmica.

Las turbinas de vapor modernas con frecuencia emplean tanto la reacción como el impulso en la misma unidad, variando típicamente el grado de reacción e impulso desde la raíz de la pala hasta su periferia. Las palas del rotor generalmente están diseñadas como una pala de impulso en la podredumbre y como una pala de reacción en la punta.

Hoja de turbina - Impulso y reacción

Clasificación de turbinas – suministro de vapor y condiciones de escape

Las turbinas de vapor pueden clasificarse en diferentes categorías según su propósito y presiones de trabajo . El uso industrial de una turbina influye en las condiciones iniciales y finales del vapor. Para que funcione cualquier turbina de vapor, debe existir una diferencia de presión entre el suministro de vapor y el escape.

Esta clasificación incluye:

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