TURBINA DE VAPOR.

Turbina de vapor (1) con una carcasa (2, 3), con lo que un eje de turbina (5),

que presenta un pistón de compensación de empuje (4), se encuentra dispuesto de manera giratoria dentro de la carcasa (2, 3) y alineado a lo largo de un eje de rotación (6),

con lo que entre la carcasa (2, 3) y el eje de turbina (5) se encuentra conformado un canal de flujo (9), con lo que el eje de turbina (5) presenta en su interior un conducto de refrigeración (17) para la conducción de vapor de refrigeración en dirección al eje de rotación (6) y el conducto de refrigeración (17) se encuentra unido, por un lado, con al menos un conducto de entrada (16) para la afluencia de vapor de refrigeración desde el canal de flujo (9) hacia el conducto de refrigeración (17), con lo que

el conducto de refrigeración (17) se encuentra unido, por otro lado, con al menos un conducto de salida (18) para la conducción de vapor de refrigeración hacia una superficie lateral del pistón de compensación de empuje (19), caracterizado porque un conducto de retorno (21) para el retorno de un vapor mixto, formado por el vapor de refrigeración que sale del conducto de salida (18) y una parte de un vapor vivo que fluye como vapor de fuga del pistón de compensación entre la carcasa (2, 3) y el eje de turbina (5) en la dirección del pistón de compensación de empuje (4), con lo que el conducto de retorno (21) desemboca en el canal de flujo (9)

Turbina de vapor.

La presente invención hace referencia a una turbina de vapor con una carcasa, con lo que un eje de turbina, que presenta un pistón de compensación de empuje, se encuentra dispuesto de manera giratoria dentro de la carcasa y alineado a lo largo de un eje de rotación, con lo que entre la carcasa y el eje de turbina se encuentra conformado un canal de flujo, con lo que el eje de turbina presenta en su interior un conducto de refrigeración para la conducción de vapor de refrigeración en dirección al eje de rotación y el conducto de refrigeración se encuentra unido con, al menos, un conducto de entrada para la afluencia de vapor de refrigeración desde el canal de flujo hacia el conducto de refrigeración.

La utilización de vapor con presiones y temperaturas más altas ayuda a aumentar la eficiencia de una turbina. La utilización de vapor con un estado tal aumenta las exigencias a la turbina de vapor correspondiente.

Se entiende como una turbina de vapor en el sentido de la presente solicitud, cualquier turbina o turbina parcial que es atravesada por una sustancia activa en forma de vapor. Por el contrario, las turbinas de gas son atravesadas por gas y/o aire como sustancia activa que, sin embargo, está sometido a condiciones de temperatura y presión totalmente diferentes que el vapor en una turbina de vapor. Contrariamente a las turbinas de gas, en el caso de las turbinas de vapor, por ejemplo, la sustancia activa que atraviesa una turbina parcial con la mayor temperatura también presenta la mayor presión. Por lo tanto, un sistema de refrigeración abierto como en el caso de turbinas de gas, no se puede realizar sin alimentación externa.

Usualmente, una turbina de vapor comprende un rotor alojado de manera giratoria, y equipado con paletas, que se encuentra dispuesto dentro de un revestimiento de carcasa. Cuando la cámara de flujo formada por el revestimiento de carcasa es atravesada con vapor calentado y sometido a presión, el rotor es puesto en rotación mediante el vapor y a través de las paletas. Las paletas dispuestas en el rotor también son denominadas como álabes móviles. Además, en el revestimiento de carcasa generalmente se encuentran dispuestos álabes fijos estacionarios que encastran en los intersticios de los álabes móviles. Un álabe fijo generalmente es mantenido en una primera posición a lo largo de un lado interior de la carcasa de la turbina de vapor. En este caso, generalmente es parte de una corona de álabes fijos que comprende una cantidad de álabes fijos que se encuentran dispuestos a lo largo de un perímetro interior en el lado interior de la carcasa de la turbina de vapor. Cada álabe fijo señala radialmente hacia adentro con su hoja de pala. Una corona de álabes fijos en una posición a lo largo de la extensión axial también es denominada como serie de álabes fijos. Generalmente, una cantidad de series de álabe fijos se encuentran dispuestas una detrás de otra.

La refrigeración cumple un papel esencial en el aumento de la eficiencia. En el caso de los métodos de agente refrigerante conocidos hasta el momento para refrigerar una carcasa de turbina de vapor se debe distinguir entre una refrigeración activa y una refrigeración pasiva. En el caso de una refrigeración activa, la refrigeración es provocada por un medio refrigerante conducido por separado a la carcasa de turbina de vapor, es decir de manera adicional a la sustancia activa. Una refrigeración pasiva, en cambio, se realiza sólo a través de una conducción adecuada o de la utilización de una sustancia activa. Una refrigeración usual de una carcasa de turbina de vapor se limita a una refrigeración pasiva. Así es usual, por ejemplo, atravesar una carcasa interior de una turbina de vapor con vapor refrigerado, ya expandido. Sin embargo, esto presenta la desventaja de que una diferencia de temperatura debe permanecer limitada mediante la pared de la carcasa interior, ya que de lo contrario, en el caso de una diferencia de temperatura muy grande produciría una deformación térmica demasiado grande de la carcasa interior. En el caso de un flujo en la carcasa interior tiene lugar una evacuación de calor, pero la evacuación del calor se realiza relativamente alejada de la posición del suministro de calor. Hasta el momento, una evacuación de calor en cercanía directa al suministro de calor no se ha realizado en una medida suficiente. Otra refrigeración pasiva se puede lograr mediante el diseño adecuado de la expansión de la sustancia activa en un, así llamado, nivel diagonal. De esta manera, sin embargo, sólo se puede lograr un efecto de refrigeración muy limitado sobre la carcasa.

Durante el funcionamiento, los ejes de turbina de vapor alojados de manera giratoria en las turbinas de vapor son sometidos a grandes cargas térmicas. El desarrollo y la fabricación de un eje de turbina de vapor es caro y consume mucho tiempo. Los ejes de turbina de vapor son, entonces, los componentes más sometidos a esfuerzo y más caros de una turbina de vapor. Esto aumenta aún más en el caso de temperaturas de vapor altas.

Debido a las altas masas de los ejes de turbina de vapor algunas veces estos son inertes, lo cual tiene un efecto negativo en una alternación de carga térmica de un grupo termogenerador. Esto significa que la reacción de toda la turbina de vapor a una alternación de carga depende, en gran medida, de la velocidad del eje de la turbina de vapor para reaccionar a condiciones térmicas modificadas. Para el control del eje de la turbina de vapor se supervisa, de manera estándar, la temperatura, lo cual es dificultoso y costoso.

Es una propiedad de los ejes de las turbinas de vapor, que estos no disponen de un disipador térmico. Es por ello que la refrigeración de los álabes móviles dispuestos en el eje de la turbina de vapor es dificultosa.

Para mejorar la adecuación de un eje de turbina de vapor a una carga térmica es usual ahuecarlo en el área de entrada de flujo o conformarlo como eje hueco. Estos espacios huecos generalmente se encuentran cerrados y rellenos de aire.

Sin embargo, las altas tensiones que se producen durante el funcionamiento, que en gran parte se componen de tensiones tangenciales de la fuerza centrífuga, tienen un efecto desventajoso en los ejes huecos de turbinas de vapor antes mencionados. Estas tensiones son aproximadamente el doble de altas que las tensiones que aparecerían en el caso de correspondientes ejes macizos. Esto tiene una fuerte influencia en la elección del material de los ejes huecos, lo que puede provocar, que los ejes huecos no sean adecuados o no se puedan realizar para estados de vapor altos.

En la construcción de turbinas de gas es usual conformar los ejes huecos rellenos con aire como construcciones soldadas de paredes delgadas. Entre otras cosas es usual, conformar el eje de turbina de gas mediante un, así llamado, dentado Hirth con discos. Para ello, estos ejes de turbinas de gas presentan un tirador central.

Sin embargo, generalmente no es posible una transmisión directa de los principios de refrigeración en el caso de turbinas de gas a la construcción de turbinas de vapor, ya que, contrariamente a la turbina de gas, una turbina de vapor es accionada como sistema cerrado. Esto significa que la sustancia activa se encuentra en un circuito y que no es evacuada al entorno. La sustancia activa utilizada en el caso de una turbina de gas, que básicamente se compone de aire y gas de escape, es evacuada al entorno después de atravesar la unidad de turbina de la turbina de gas.

Además, contrariamente a las turbinas de gas, las turbinas de vapor no presentan una unidad de compresión y, además, sólo se puede acceder radialmente a los ejes de la turbina de vapor en general.

La turbinas de vapor con una temperatura de entrada del vapor de aproximadamente 600ºC se desarrollaron y construyeron en los años 50. Estas turbinas de vapor presentaban un sistema radial de álabes. El estado actual del arte en la construcción de turbinas de vapor comprende refrigeraciones de ejes con disposición radial de la primera serie de álabes fijos, en forma de niveles diagonales o de regulación. En el caso de esta forma de ejecución, sin embargo, es desventajoso el reducido efecto de refrigeración de estos niveles diagonales o de regulación.

En el caso de los ejes de turbinas de vapor, las áreas de pistón y de entrada son especialmente sometidas a cargas térmicas. Como área de pistón se debe entender el área de un pistón de compensación de empuje. En una turbina de vapor el pistón de compensación de empuje actúa de manera tal, que contra una fuerza provocada por...

1. Turbina de vapor (1) con una carcasa (2, 3), con lo que un eje de turbina (5), que presenta un pistón de compensación de empuje (4), se encuentra dispuesto de manera giratoria dentro de la carcasa (2, 3) y alineado a lo largo de un eje de rotación (6),

con lo que entre la carcasa (2, 3) y el eje de turbina (5) se encuentra conformado un canal de flujo (9), con lo que el eje de turbina (5) presenta en su interior un conducto de refrigeración (17) para la conducción de vapor de refrigeración en dirección al eje de rotación (6) y el conducto de refrigeración (17) se encuentra unido, por un lado, con al menos un conducto de entrada (16) para la afluencia de vapor de refrigeración desde el canal de flujo (9) hacia el conducto de refrigeración (17), con lo que

el conducto de refrigeración (17) se encuentra unido, por otro lado, con al menos un conducto de salida (18) para la conducción de vapor de refrigeración hacia una superficie lateral del pistón de compensación de empuje (19), caracterizado porque un conducto de retorno (21) para el retorno de un vapor mixto, formado por el vapor de refrigeración que sale del conducto de salida (18) y una parte de un vapor vivo que fluye como vapor de fuga del pistón de compensación entre la carcasa (2, 3) y el eje de turbina (5) en la dirección del pistón de compensación de empuje (4), con lo que el conducto de retorno (21) desemboca en el canal de flujo (9).

2. Turbina de vapor (1) conforme a la reivindicación 1, con lo que la carcasa (2, 3) comprende una carcasa interior (3) y una carcasa exterior (2).

3. Turbina de vapor (1) conforme a la reivindicación 1 o 2, con lo que en dirección axial (34) el eje de turbina (5) presenta, al menos, dos áreas de diferentes materiales.

4. Turbina de vapor (1) conforme a la reivindicación 1, 2 o 3, con lo que en dirección axial (34) el eje de turbina (5) presenta, al menos, tres áreas (22, 23, 24) de diferentes materiales.

5. Turbina de vapor (1) conforme a la reivindicación 4, con lo que ambas áreas exteriores (23, 24) se componen del mismo material.

6. Turbina de vapor (1) conforme a la reivindicación 3, 4 o 5, con lo que las áreas compuestas de diferentes materiales (22, 23, 24) se encuentran soldadas entre sí.

7. Turbina de vapor (1) conforme a la reivindicación 3, 4, 5 o 6, con lo que las áreas (23, 24) se encuentran conformadas como eje macizo y el área (22) se encuentra conformada como eje hueco.

8. Turbina de vapor (1) conforme a la reivindicación 3, 4, 5 o 7, con lo que las áreas compuestas de diferentes materiales (22, 23, 24) se encuentran unidas entre sí mediante un dentado Hirth (30, 31).

9. Turbina de vapor (1) conforme a la reivindicación 3, 4, 5 o 7, con lo que las áreas compuestas de diferentes materiales (22, 23, 24) se encuentran unidas entre sí mediante una conexión de brida (40).

10. Turbina de vapor (1) conforme a la reivindicación 8, con lo que el conducto de entrada (16) y el conducto de salida (18) se encuentran integrados en el dentado Hirth (30, 31).

11. Turbina de vapor conforme a la reivindicación 9, con lo que el conducto de entrada (16) y el conducto de salida (18) se encuentran integrados en la conexión de brida (40).

12. Turbina de vapor (1) conforme a la reivindicación 8, con lo que el dentado Hirth (30, 31) presenta un dentado trapezoidal, rectangular o triangular con una entalladura (32) conformada como conducto de entrada (16) y/o conducto de salida (18).

13. Turbina de vapor (1) conforme a una de las reivindicaciones anteriores, con lo que el conducto de retorno (21) se encuentra dispuesto dentro de la carcasa exterior (2).

14. Turbina de vapor (1) conforme a una de las reivindicaciones anteriores, con lo que el conducto de retorno (21) se encuentra conformado como perforación en la carcasa interior (2).