ES2287892T3 - Turbina de vapor. - Google Patents
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Abstract
Turbina de vapor (1), apropiada para temperaturas de vapor vivo superiores a los 550°C, con una carcasa interna (5) y un árbol de turbina montado rotatoriamente (3), fabricándose la carcasa interna (5) y el árbol de turbina (3) de diferentes materiales, elaborándose la carcasa interna (5) de un material con menor resistencia en caliente, que el material, a partir del cual se elabora el árbol de turbina (3), fabricándose el árbol de turbina (3) a partir de un acero al cromo con del 9 al 12 % en peso de cromo, caracterizado porque la carcasa interna (5) se fabrica a partir de un acero al cromo con del 1 al 2 % en peso de cromo. "Sigue 1 página de dibujos" - 7 -
Description
Turbina de vapor.
La presente invención hace referencia a una
turbina de vapor con una carcasa interna y un árbol de turbina
montado rotatoriamente.
Por una turbina de vapor en el sentido de la
presente solicitud se entiende cada turbina o turbina parcial,
atravesada por un medio de trabajo en forma de vapor. En contraste,
las turbinas de gas son atravesadas por gas y/o aire como medio de
un trabajo, aunque sujeto a unas condiciones de temperatura y
presión completamente diferentes que el vapor en una turbina de
vapor. En comparación con las turbinas de gas, en las turbinas de
vapor, por ejemplo, el medio de trabajo circulante en una turbina
parcial presenta una temperatura más alta, al mismo tiempo que, una
presión más alta. Una turbina de vapor comprende habitualmente un
árbol de turbina montado rotatoriamente con álabes, que se dispone
dentro de una carcasa interna. Durante el flujo del espacio interno
del área de flujo formado por la carcasa interna con vapor calentado
y a presión, el árbol de turbina se pone en rotación a través del
álabe mediante el vapor.
Los álabes del árbol de turbina se designan
también como álabes móviles. En la carcasa interna se montan, por
otra parte, habitualmente álabes directrices, que se agarran en los
espacios entre los álabes móviles. La carcasa interna puede
designarse también como envoltura de la carcasa. Un álabe directriz
se sujeta habitualmente en una primera posición a lo largo de una
cara interna de la carcasa de la turbina de vapor. Además,
habitualmente es parte de una corona de álabes directrices, que
comprende un número de álabes directrices, dispuestos a lo largo de
un perímetro interno de la carcasa interna. Cada álabe directriz
apunta además con su paleta radialmente hacia dentro.
Las turbinas de vapor o turbinas parciales de
vapor se pueden dividir en turbinas parciales de alta, media o baja
presión. Las temperaturas y presiones iniciales en turbinas
parciales de alta presión pueden ascender a 600ºC y/o 300 bar.
Se conocen turbinas de vapor en carcasas, que
representan una combinación de una turbina de vapor de alta presión
y una de presión media. Estas turbinas de vapor se caracterizan por
una carcasa y un árbol de turbina común y se designan también como
turbinas parciales compactas.
En las turbinas de vapor para unas más altas
condiciones del propio vapor se emplea habitualmente un material
con un alto contenido en cromo. El material con alto contenido en
cromo es habitualmente un acero al cromo con del 9 al 12% en peso
de proporción de cromo. Hasta ahora se empleaba como material para
la carcasa interna el mismo material utilizado también para el
árbol de turbina. Esto se justificaba necesariamente por la misma
dilatación térmica para el árbol y la carcasa. El empleo del
material con alto contenido en cromo para el árbol de turbina y la
carcasa interna conlleva unos modos de ejecución de la turbina de
vapor muy altos en costes.
Gracias a la EP 0 759 499 se conoce una turbina
de vapor conforme al estado actual de la técnica. Es objetivo de la
presente invención, especificar una turbina de vapor, con una
carcasa interna y un árbol de turbina montado rotatoriamente, que
pueda implementarse de la manera más simple posible en su
orientación a la fabricación.
El objetivo se resuelve mediante una turbina de
vapor conforme a la Reivindicación 1, con una carcasa interna y un
árbol de turbina montado rotatoriamente, fabricándose la carcasa
interna y el árbol de turbina de diferentes materiales,
elaborándose la carcasa interna de un material con menor resistencia
en caliente que el material del que se fabrica el árbol de turbina,
estando el árbol de turbina elaborado a partir de un acero al cromo
con del 9 al 12% en peso de cromo y la carcasa interna a partir de
un bastidor de cromo con del 1 al 2% en peso de cromo.
La presente invención se basa en el conocimiento
de que no es necesario el empleo de materiales con el mismo alto
contenido en cromo tanto para el árbol de turbina como también para
la carcasa interna. Sorprendentemente se ha comprobado, que la
expansión térmica para altas condiciones del vapor en las masas
utilizadas para el árbol de turbina y la carcasa interna es menor
que un límite de tolerancia predefinido.
Hasta ahora se han empleado en la fabricación de
turbinas, particularmente de turbinas de vapor, materiales
idénticos para el árbol de turbina y para la carcasa interna. Para
fabricar rápidamente una turbina de vapor, los materiales para la
carcasa interna y para el árbol de turbina tienen que estar
disponibles temporalmente cerca. Mediante la sugerencia conforme a
la presente invención, es posible emplear diferentes materiales para
la carcasa interna y el árbol de turbina, configurando una turbina
de vapor orientada a la fabricación de una manera más sencilla.
Mediante el empleo de un material para la
carcasa interna con menor resistencia en caliente que el material
para el árbol de turbina es posible configurar una turbina de vapor
de manera más económica, ya que el material con alta resistencia en
caliente es habitualmente más caro que el material con menor
resistencia en caliente.
Por otra parte, se crea la posibilidad de
emplear un material para la carcasa interna, que posea una menor
resistencia en caliente frente al material utilizado para el árbol
de turbina. El material empleado para la carcasa interna puede
tener, adicionalmente, una mayor resistencia mecánica. Se entiende
por resistencia en caliente un esfuerzo de tensión permisible a
altas temperaturas.
Un acero al cromo con del 9 al 12% en peso de
cromo posee una alta resistencia en caliente, especialmente
necesaria durante el empleo para árboles de turbina con altas
condiciones del vapor. Un acero al cromo con del 1 al 2% en peso de
cromo posee una menor resistencia en caliente que el acero al cromo
con del 9 al 12% en peso de cromo, aunque una mayor resistencia
mecánica. Por consiguiente, un acero al cromo con del 1 al 2% en
peso de cromo es muy apropiado en entornos con menores cargas
térmicas. Este acero al cromo resulta particularmente apropiado
para carcasas internas en turbinas de vapor con altas condiciones
del vapor.
La carcasa interna y el árbol de turbina
presentan, al menos parcialmente, zonas, configuradas para el empleo
a temperaturas superiores a los 550ºC.
El empleo de diferentes materiales para la
carcasa interna y para el árbol de turbina resulta especialmente
apropiado en turbinas de vapor, turbinas parciales de alta presión,
turbinas parciales de presión media, turbinas parciales combinadas
de presión alta y media o turbinas parciales combinadas de presión
media y baja. Los diferentes materiales pueden emplearse asimismo
en bombas, condensadores, turbinas de gas o compresores.
A continuación, se describen los ejemplos de
ejecución de la invención en detalle haciendo referencia al diseño.
Además, los componentes con los mismos símbolos de referencia están
provistos de la misma función.
La única figura del diseño muestra en detalle:
una vista seccionada de una turbina parcial compacta.
En la Figura se representa una vista seccionada
de una turbina de vapor compacta 1. La turbina de vapor compacta 1
presenta una carcasa externa 2, en la que un árbol de turbina 3 está
montado rotatoriamente alrededor de un eje de rotación 4. La
turbina de vapor compacta 1 presenta una carcasa interna 5 con una
parte de alta presión 6 y una parte de presión media 7. En la parte
de alta presión 6 se instalan diferentes álabes directrices 8.
En la parte de presión media 7 se instala
asimismo un número de álabes directrices 9. El árbol de turbina 3
está montado rotatoriamente por medio de cojinetes 10, 11. La
carcasa interna 5 está conectada con la carcasa externa 2.
La turbina de vapor 1 presenta una sección de
alta presión 12 y una sección de presión media 13. En la sección de
alta presión 12 se instalan los álabes móviles 14. En la sección de
presión media 13 se instalan asimismo los álabes móviles 15.
El vapor vivo con temperaturas de más de 550ºC y
una presión superior a los 250 bar circula hasta una zona de
entrada 16. El vapor vivo fluye a través de los álabes directrices
individuales 8 y álabes móviles 14 a la parte de alta presión 12 y
aquí se expande y se enfría. Al menos en esta zona, la carcasa
interna 5 y el árbol de turbina 3 deberían diseñarse para
temperaturas por encima de los 550ºC. Aquí se transforma la energía
térmica del vapor vivo en energía de rotación del árbol de turbina
3. El árbol de turbina 3 se traslada de este modo en una dirección
de giro representada alrededor del eje de rotación.
Tras atravesar la parte de alta presión, el
vapor circula desde una zona de salida 17 hasta un recalentador
intermedio no representado en detalle y allí se lleva a una mayor
temperatura y a una mayor presión. Este vapor calentado entra, a
continuación, a través de líneas no representadas en detalle en una
zona de entrada de presión media 18 en la turbina de vapor compacta
1. El vapor calentado en el recalentador intermedio incide aquí en
los álabes móviles 15 y álabes directrices 9 y, de este modo, se
expande y se enfría. La transformación de la energía interna del
vapor recalentado en una energía cinética origina una rotación del
árbol de turbina 3. El vapor saliente y expandido en la parte de
presión media 7 sale de una zona de salida 19 de la turbina de
vapor compacta 1. Este vapor saliente y expandido puede emplearse en
turbinas parciales de baja presión no representadas en detalle.
El árbol de turbina 3 está alojado en una zona
de soporte 23 con la carcasa externa 5. Los álabes móviles 14, 15
no se representan en detalle. El vapor vivo incide primero sobre la
zona media 16 del árbol de turbina 3 y se expande en la parte de
alta presión 6. Aquí se enfría el vapor vivo. Tras el recalentador
intermedio, el vapor expandido circula desde la parte de alta
presión con una temperatura alta de nuevo en la zona media 20. El
vapor recalentado circula primero en la posición de la zona de
entrada de presión media 18 sobre el árbol de turbina 3 y se
expande y se enfría en la dirección de la parte de presión media 7.
El vapor expandido y enfriado en la parte de presión media 7 fluye
entonces fuera de la turbina parcial compacta 1. El árbol de
turbina 3 presenta un material resistente a las altas temperaturas.
El material resistente a las altas temperaturas es un acero al
cromo con del 9 al 12% en peso de cromo. La carcasa interna 5 se
fabrica a partir de una material diferente. La carcasa interna 5 se
fabrica particularmente de un material con menor resistencia en
caliente que el material del árbol de turbina 3.
La carcasa interna se fabrica particularmente a
partir de un acero al cromo con del 1 al 2% en peso de cromo.
Se pueden emplear diferentes materiales para el
árbol de turbina 3 y para la carcasa interna 5 en turbinas
parciales de alta presión, en turbinas parciales de presión media,
turbinas parciales combinadas de presión alta y media o turbinas
parciales combinadas de presión media y baja, bombas, condensadores,
turbinas de gas o compresores.
Claims (1)
1. Turbina de vapor (1), apropiada para
temperaturas de vapor vivo superiores a los 550ºC, con una carcasa
interna (5) y un árbol de turbina montado rotatoriamente (3),
fabricándose la carcasa interna (5) y el árbol de turbina (3) de
diferentes materiales, elaborándose la carcasa interna (5) de un
material con menor resistencia en caliente, que el material, a
partir del cual se elabora el árbol de turbina (3), fabricándose el
árbol de turbina (3) a partir de un acero al cromo con del 9 al 12%
en peso de cromo, caracterizado porque la carcasa interna
(5) se fabrica a partir de un acero al cromo con del 1 al 2% en peso
de cromo.
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