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Diseño moderno y los últimos logros en las turbinas de vapor

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Capacidades de la turbina de vapor en días modernos

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Una turbina de vapor es una turbo-máquina para generar energía mecánica de la energía del vapor en la temperatura alta y la presión; es decir convierte la energía termal del vapor en trabajo mecánico útil. Las turbinas de vapor pueden entregar velocidad constante o variable y son capaces de control de velocidad cercano; los usos de la impulsión incluyen las bombas, los compresores, los generadores eléctricos y mucho más. Las turbinas de vapor han sido siempre partes importantes de plantas industriales.

Las turbinas de vapor son clasificadas por el arreglo mecánico, como solo-cubierta, cruz-compuesta (más de un eje de lado a lado), o la multi-cubierta que (en tándem-compuesta) es dos o más cubiertas en un solo tren. ¿Las turbinas de vapor también son identificadas por el sentido de chorro del vapor? ¿axial? ¿para la mayoría, pero? ¿radial? para pocos. Las turbinas de vapor se pueden categorizar por el ciclo del vapor, si condensan, extracción non-condensing, automática, o tipo del recalentamiento.

En una turbina de vapor, el flujo del vapor procede con la dirección de los dispositivos y afecta a las láminas curvadas montadas a lo largo de la periferia del rotor; ejerciendo una fuerza en las láminas, el flujo del vapor hace el rotor de turbina de vapor girar. Desemejante de un motor de vapor de intercambio, una turbina de vapor hace uso de cinético algo que la energía potencial del vapor.

Las turbinas de vapor demostraron ser conductores muy convenientes. Pueden ser diseñadas a operable a las velocidades del equipo conducido. Son equilibradas, y más económicas más compactos, más ligeros, mejores que los otros conductores tales como motores de intercambio, turbinas de gas, motor eléctrico, turbinas de vapor del etc. se han desarrollado substancialmente debido a uso extenso en último 90 años, la eficacia se ha mejorado perceptiblemente, la capacidad de salida también se ha aumentado, y las turbinas de vapor especializadas fueron diseñadas para los varios usos.

Las turbinas de vapor se han convertido en la dirección de los diseños axiales graduales, en los cuales la extensión del vapor fue realizada en una fila de etapas secuencialmente dispuestas. Tal estacionamiento permitió un considerable aumento en la salida de energía de las turbinas de vapor, mientras que preservaba la velocidad conveniente requerida para el empalme directo del equipo conducido.

Impulso contra la reacción

En una turbina de vapor del impulso, los chorros de vapor se dirigen en las láminas de rotor formadas cubo de la turbina donde la presión ejercida por los jets hace el rotor girar y la velocidad del vapor a reducir mientras que imparte su energía cinética a las láminas. Las láminas alternadamente cambian la dirección del flujo del vapor, sin embargo, su presión sigue siendo constante mientras que pasa a través de las láminas de rotor puesto que la sección representativa del compartimiento entre las láminas es constante. La serie siguiente de láminas fijas invierte la dirección del vapor antes de que pase a la segunda fila de láminas móviles.

Las etapas ideales de la reacción consistirían en el girar de inyectores con las láminas inmóviles (cubos) para volver a dirigir el flujo del vapor para el sistema siguiente de inyectores giratorios. La extensión en las láminas giratorias causa una fuerza de la presión (reacción) en ellas que las impulsiones ellas. Sin embargo, es impráctico admitir el vapor a los inyectores giratorios. La extensión del vapor en los inyectores inmóviles de una turbina de vapor práctica de la reacción es una acción del impulso. Por lo tanto, la etapa de la reacción en acciones reales de la turbina es una combinación si los principios del impulso y de la reacción. La realidad es turbinas de vapor modernas utiliza una combinación si los conceptos del impulso y de la reacción.

Una etapa de la reacción es una fila de los inyectores seguidos por una fila de inyectores móviles. Las etapas múltiples de la reacción dividen la gota de presión entre la entrada del vapor y el extractor en pequeñas gotas numerosas, dando por resultado una turbina presión-compuesta. Las etapas del impulso se pueden o presión-componer, velocidad-compuesto, o presión-velocidad compuesto. Una etapa presión-compuesta del impulso es una fila de los inyectores fijos seguidos por una fila de láminas móviles, con las etapas múltiples para componer. Una etapa velocidad-compuesta del impulso es una fila de los inyectores fijos seguidos por dos o más filas de las láminas móviles que alternan con filas de láminas fijas. Esto divide la gota de la velocidad a través de la etapa en varias gotas más pequeñas. Una serie de etapas velocidad-compuestas del impulso se llama una turbina compuesta presión-velocidad.

Mercado de la turbina de vapor

Los fabricantes de la turbina de vapor (el número de fabricantes) en el mundo han estado disminuyendo sobre el último 40 años. ¿El lógico? ¿pocos por la nación? ¿la regla que era hace 3 o 4 décadas populares ha dado el lugar al más moderno? ¿pocos por continente? regla. Diversos fabricantes combinados y la cooperación técnica han unido los elementos tecnológicos de filosofías muy diversas dentro de un solo fabricante de la turbina.

Los conceptos y los diseños competentes pueden ahora ser comparados y ser evaluados críticamente antes de ser ofrecido al mercado. Estos cambios llevan a una selección más aguda de proyectos de desarrollo, pero también a respuestas más flexibles a las necesidades del mercado. La ingeniería y la fabricación de la turbina de vapor han encajado en un mundo de cambio.

Los avances hechos en los métodos materiales de la ciencia, mecánicos o aerodinámicos de análisis pueden afectar fuertemente a tecnología de la turbina de vapor. Igual es verdad para los controles, la informática, las tecnologías de fabricación, los procedimientos de la producción y de funcionamiento y muchos otros dominios.

Ciclo del vapor y turbina de vapor

¿El ciclo termodinámico para la turbina de vapor es? ¿Rankine? ciclo. El ciclo consiste en una fuente de calor (caldera, unidad de la recuperación de calor, etc) esa agua de convertidos al vapor de alta presión. En un ciclo del vapor, el agua primero se bombea a la presión elevada usando caldera-alimenta las bombas de agua (bombas de BFW), que es media a la alta presión dependiendo del tamaño de la unidad y de la temperatura a los cuales el vapor se calienta eventual.

El vapor entonces se calienta a la temperatura de ebullición que corresponde a la presión, se hierve (calentado de líquido para vaporizarse), y después lo más frecuentemente se sobrecalienta (calentado a una temperatura sobre el de la ebullición). El vapor a presión se amplía a una presión más baja en una turbina de vapor gradual, después agotó a un condensador en las condiciones del vacío (condensación) o en un sistema de distribución intermedio del vapor de la temperatura que (non-condensing) entregue el vapor a otros usos. El condensado del condensador o del sistema industrial de la utilización del vapor se vuelve a caldera-alimenta las bombas de agua (bombas de BFW) para la continuación del ciclo.

La turbina de vapor sí mismo consiste en generalmente un sistema inmóvil de láminas (llamadas los inyectores) y un sistema de mudanza de láminas adyacentes (llamadas los cubos o las láminas de rotor) instaladas dentro de una cubierta. Los dos sistemas de láminas trabajan juntos tales que el vapor da vuelta al eje de la turbina y de la carga conectada.

Los inyectores inmóviles aceleran el vapor a la alta velocidad ampliándola a una presión más baja. Un disco aplanado giratorio cambia la dirección del flujo del vapor, de tal modo creando una fuerza en las láminas que, debido a la geometría rodada, manifieste sí mismo mientras que esfuerzo de torsión en el eje en el cual se monta la rueda aplanada. La combinación de esfuerzo de torsión y de velocidad es la de potencia de salida de la turbina de vapor.

Selección y diseño materiales

La evolución de las unidades clásicas del vapor se ha juntado siempre a los avances hechos en aleaciones de acero de alta resistencia. Las temperaturas de la admisión del vapor se han mejorado continuamente que luchaban restricciones severas en flexibilidad del funcionamiento de la caldera y de la turbina. Los aceros de aleación viejos de la manera fueron utilizados hasta 550°C. Para 580°C y más allá, los aceros de aleación modernos deben ser utilizados. El arrastramiento ha sido una consideración importante para los usos des alta temperatura de la turbina de vapor y las aleaciones estupendas apropiadas son necesarias guardar la deformación del arrastramiento dentro de límites aceptables.

Además de temperaturas, las fuerzas centrífugas pusieron tensiones del colmo en los materiales del rotor y de la lámina. Una alta fuerza de producción combinó con buena dureza de la fractura es un requisito importante. Sin embargo, éstas son características metalúrgicas de la contradicción, haciéndola difícil aumentarlos simultáneamente. Un desafío importante que se ponía de manifiesto durante las tres décadas pasadas era la ocurrencia de algunas grietas de corrosión de tensión (SCC) en los discos altamente tensionados expuestos al vapor mojado.

Muchas láminas de rotor de turbina de vapor tienen cubrir en la tapa, que se enclavija con la de láminas adyacentes, para aumentar humedecer y de tal modo para reducir alboroto de lámina. En turbinas de vapor grandes, el cubrir se complementa a menudo, especialmente en las láminas largas de una turbina de baja presión, con los alambres del cordón. Estos alambres pasan a través de los agujeros perforaron adentro las láminas en las distancias convenientes de la raíz de la lámina y se sueldan generalmente a las láminas en el punto adonde pasan a través. Los alambres del cordón reducen alboroto de lámina en la pieza central de las láminas. La introducción de alambres del cordón reduce substancialmente los casos de la falta de la lámina en turbinas grandes o de baja presión.

la Parte-carga o apagado-diseña condiciones ocurre en muchas ocasiones en turbinas de vapor, por ejemplo, en el arranque, la parada, y en la operación de la parte-carga, la operación debajo de la velocidad clasificada y la carga clasificada. La atención particular se requiere para la operación de la parte-carga de las turbinas de vapor con el sistema regulado de la extracción del vapor que podría suministrar el flujo definido de vapor (de baja presión) del LP además del requisito de la parte-carga del tren de la maquinaria.

Lubricación de la turbina de vapor

Los aceites de la turbina de vapor son sujetados a una amplia gama de condiciones tales como calor extremo, aire arrastrado, humedad, contaminación por la suciedad y la ruina, mezcla inadvertida con diverso aceite, y otras; todo el éstos degradan la integridad de la acción de la base del hidrocarburo y agotan las químicas aditivas, causando cambios moleculares irreversibles. Hay dos mecanismos primarios de la degradación en usos de la turbina de vapor: ¿? ¿oxidación? ¿y? degradación termal?.

La oxidación es un proceso químico donde el oxígeno reacciona con las moléculas del aceite para formar un número de diversos productos químicos, tales como ácidos carboxílicos. La tarifa en la cual ésta ocurre depende de un número de factores. La temperatura es quizás el factor más crítico, puesto que el índice de oxidación dobla para cada subida de 10°C. La temperatura sobre la cual ésta ocurre es influenciada por la estabilidad de la oxidación del aceite y la presencia de catalizadores y las condiciones del favorable-oxidante tales como agua, aire, ciertos metales, agitación flúida y presión.

La degradación termal es la avería de las moléculas del aceite por el calor (de alta temperatura), formando los compuestos insolubles que se refieren con frecuencia como contaminantes suaves. En un cierto plazo, se ha puesto de manifiesto que los funcionamientos de la oxidación de las diversas clases comunes bajas son absolutamente diferentes.

La alta resistencia oxidativa natural de algunos aceites superiores de la turbina combinó con los antioxidantes específicos empleados (basado generalmente en compuestos del fenol y de la amina) proporciona un comportamiento no linear en términos de su degradación molecular en un cierto plazo.

Consecuentemente, la mayoría de la oferta estándar de las pruebas del análisis del aceite poco a ninguna advertencia como el lubricante comienza a degradar y a generar depósitos del sistema. En vez de la degradación que ocurre en una manera linear y fiable, muchos de los aceites modernos de la turbina fallan rápidamente.

¿Cambios en el aceite? la estructura molecular de s debido al agotamiento aditivo y el desarrollo de macropartículas insolubles están entre las primeras condiciones de la degradación del aceite que afectan a funcionamiento de la turbina de vapor. El proceso secuencial será la formación de lodo y de barniz, que son ocurrencias comunes en turbinas de vapor. Además de estos oxidación y los subproductos termales de la degradación que son los contribuidores principales para el desarrollo de los problemas del barniz y del depósito en turbinas de vapor, interfieren con otras características importantes en aceites de lubricación de la turbina de vapor, tales como demulsibility. Por lo tanto, es vital que el análisis de diagnóstico apropiado esté realizado para detectar estas condiciones.

Corrosión y erosión

La corrosión es el mecanismo más común del daño resultando de depósitos en las turbinas de vapor. La aspereza superficial creciente actúa para aumentar la deposición. ¿? ¿fatiga de corrosión? ¿(CF) y? ¿el agrietarse de corrosión de tensión? (SCC) de componentes de la turbina de vapor se han identificado constantemente entre las causas principales de la indisponibilidad de la turbina de vapor.

Ambos fenómenos son caracterizados por dos etapas: iniciación y propagación. En turbinas de vapor, la iniciación lo más frecuentemente ocurre en las microrajas que emanan de los hoyos que forman cuando los depósitos llegan a ser corrosivos durante paradas desprotegidas. Las grietas pueden, sin embargo, también iniciar en las localizaciones de la preocupación, de defectos de producción, inclusiones, imperfecciones microscópicas, y en las áreas en donde la absorción específica de la especie localmente ha reducido la energía superficial.

Estas localizaciones son donde estará preferencial la deposición. La propagación de CF y del SCC es conducida por situaciones cíclicas o constantes de la tensión.

El marcar con hoyos y la corrosión localizada son precursores importantes a más daño importante de las grietas de corrosión de tensión (SCC) y de la fatiga de corrosión (CF), aunque las picaduras extensas de láminas puedan causar la pérdida significativa de eficacia de etapa o, en casos extremos, debilitar integridad componente al punto de la falta.

El marcar con hoyos y la corrosión localizada son poco probables de originar durante la operación de la turbina de vapor debido a la ausencia de oxígeno en las películas líquidas en las superficies de la turbina de vapor durante la operación. Algo, el marcar con hoyos resulta del aire húmedo absorbente de los depósitos corrosivos durante parada de la turbina de vapor.

Durante paradas no-protegidas donde están abiertas la lámina y las superficies de disco a la atmósfera, cualquier depósito, particularmente cloruro o el sulfato, que han formado en superficies de la vapor-trayectoria durante la operación puede llegar a ser húmedo y llevar a los ambientes locales, conductores, acuosos que contienen niveles del PPM de oxígeno. Estos ambientes locales llevan inicialmente a la avería de la pasividad del metal de la lámina, después a la formación metaestable del hoyo, y finalmente a los hoyos estables después de ciclos repetidos de la parada.

Cada período de la parada es seguido por la operación donde ocurren la situación dinámica de la formación de la gotita, las películas líquidas y la deposición. Una vez que una turbina de vapor ha reasumido la operación, las películas líquidas pueden re-apaciguar las áreas donde la pasividad fue perdida durante parada y algunos hoyos habían formado. Sin embargo, la deposición continúa ocurriendo durante la operación, y los depósitos asociados a una pérdida de pasividad que causó un hoyo metaestable durante una parada desprotegida llevarán a crecimiento adicional de ese hoyo durante la parada desprotegida extendida siguiente.

La repetición de este proceso llevará eventual a un hoyo estable. Demasiado a menudo, estos hoyos no son visibles, pero porque han resultado de un mecanismo activo de la corrosión durante parada las superficies internas serán algo irregulares. Por lo tanto los diversos ambientes que existen durante los períodos repetidores de la operación y de la parada eventual llevan a la iniciación y al crecimiento de un número de hoyos en la superficie.

Los componentes de la turbina de vapor se pueden también atacar por la corrosión fluir-acelerada (FAC) cuando el líquido filma la forma en componentes de la turbina de vapor en presencia del vapor mojado bifásico. ¿La pureza pobre del vapor puede causar punto bajo? ¿pH? en tales películas, y accione o realce así FAC. El uso de aleaciones convenientes (tales como aceros Cr-aleados) puede atenuar e incluso prevenir FAC.

La erosión de la partícula es otro problema significativo en turbinas de vapor. La erosión líquida se divulga comúnmente, particularmente para el vapor saturado y las turbinas de vapor de condensación. La erosión sólida de la partícula es causada comúnmente por las partículas de óxido de hierro que friegan la superficie de láminas, principalmente en las etapas iniciales de cada armazón de turbina del vapor. La fuente de tales partículas es óxido en el sobrecalentador y los tubos y la tubería del recalentador que exfoliates durante la operación transitoria tal como arranque y parada. El crecimiento y la exfoliación de estos óxidos no se relaciona a menudo con la química del vapor.