¿Qué es la pala de turbina? Definición

Cuchillas de turbina

Los elementos más importantes de la turbina son las palas de la turbina . Son los elementos principales que convierten la energía de presión del fluido de trabajo en energía cinética. Las palas de la turbina son de dos tipos básicos:

• cuchillas móviles
• cuchillas fijas

En las turbinas de vapor , el vapor se expande a través de la pala fija (boquilla), donde la energía potencial de presión se convierte en energía cinética. El vapor de alta velocidad de las boquillas fijas impacta las cuchillas en movimiento, cambia su dirección y también se expande (en el caso de las cuchillas del tipo de reacción ). El cambio en su dirección y la aceleración del vapor (en el caso de las cuchillas del tipo de reacción) aplica una fuerza. El impulso resultante conduce las palas hacia adelante, haciendo que el rotor gire. Los tipos de turbinas de vapor basados ​​en la geometría de la pala y el proceso de conversión de energía son:

• turbina de acción
• turbina de reacción

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.

La eficiencia y la fiabilidad de una turbina dependen del diseño adecuado de las palas. Por lo tanto, es necesario que todos los ingenieros involucrados en la ingeniería de turbinas tengan una visión general de la importancia y los aspectos básicos de diseño de las palas de las turbinas de vapor. La ingeniería de álabes de turbina es una tarea multidisciplinaria . Implica la termodinámica , la aerodinámica, la ingeniería mecánica y de materiales .

Para las turbinas de gas , las palas de la turbina son a menudo el componente limitante. La temperatura más alta en el ciclo ocurre al final del proceso de combustión, y está limitada por la temperatura máxima que las palas de la turbina pueden soportar. Como de costumbre, las consideraciones metalúrgicas (alrededor de 1700 K) ponen límites superiores a la eficiencia térmica. Por lo tanto, las palas de la turbina a menudo usan materiales exóticos como superaleaciones y muchos métodos diferentes de enfriamiento, como canales de aire internos, enfriamiento de la capa límite y recubrimientos de barrera térmica. El desarrollo de superaleaciones en la década de 1940 y los nuevos métodos de procesamiento, como la fusión por inducción al vacío en la década de 1950, aumentaron en gran medida la capacidad de temperatura de los álabes de la turbina. Las palas de turbina modernas a menudo usansuperaleaciones a base de níquel que incorporan cromo, cobalto y renio.

Las palas de la turbina de vapor no están expuestas a temperaturas tan altas, pero deben resistir una operación con fluido bifásico . El alto contenido de gotas de agua puede causar el impacto rápido y la erosión de las cuchillas que ocurre cuando el agua condensada se lanza sobre las cuchillas. Para evitar esto, por ejemplo, se instalan drenajes de condensado en la tubería de vapor que conduce a la turbina. Otro desafío para los ingenieros es el diseño de palas de la última etapa de la turbina LP. Estas cuchillas deben ser (debido al alto volumen específico de vapor) muy largas, lo que induce enormes fuerzas centrífugasdurante la operación. Por lo tanto, las palas de la turbina están sujetas a la tensión de la fuerza centrífuga (las etapas de la turbina pueden rotar a decenas de miles de revoluciones por minuto (RPM), pero generalmente a 1800 RPM) y fuerzas de fluido que pueden causar fracturas, deformaciones o fallas de fluencia.