Publicación: Metodología de cálculo para alabes de turbinas de vapor
Fecha
2024-10-22
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Universidad Nacional de Educación a Distancia (España), Universidad de Concepción - Chile. Departamento de Ingeniería Mecánica
Resumen
El desarrollo de las turbinas de vapor ha sido tan exitoso que se llegaron a construir bloques de hasta 1,200 MW con cuerpos de alta presión, presión intermedia y baja presión [1]. En función del desarrollo mecánico y aerodinámico de los requerimientos que se iban presentado en los alabes y en los materiales de los últimos pasos de la turbina de baja presión para ir corrigiendo los problemas de erosión-corrosión, así mismo en la formación de gotas que reducen la eficiencia en los pasos de baja presión en los alabes de las etapas de expansión de turbinas.
Una parte interesante que se ha estudiado en los últimos años es el concepto de ventilación en las turbinas de vapor, se han realizado diferentes investigaciones, lo que implica condiciones y análisis de lo que pasa en cada uno de los pasos de la turbina para ver el comportamiento del fluido de vapor, así mismo se observa que el desarrollo tecnológico de las turbinas de vapor continua de tal forma que en la actualidad se pueden encontrar pequeñas turbinas para procesos de energía mecánica así como el gran desarrollo que se le ha dado en los últimos años a las plantas de ciclo combinado.
En este trabajo se presentan resultados de la simulación de una turbina de expansión para generación eléctrica, lo que marca el desarrollo de la programación numérica y la metodología de cálculo aplicada para el desarrollo de los alabes y el comportamiento del flujo en la expansión de la turbina.
Mediante un programa de cómputo, se obtuvieron representaciones gráficas de los triángulos de velocidades, parámetros termodinámicos y cinemáticos en la sección media del álabe; datos de velocidades absolutas, relativas; ángulos α y β; y parámetros como trabajo específico, grado de reacción y eficiencia total en función de líneas de corriente distribuidas uniformemente en los álabes de los pasos de la turbina.
Aplicando la Ley de torsión I para la entrada y Ley de torsión II para la salida del álabe, se obtuvo la mejor distribución de la velocidad en álabes rotores a expensas de una pequeña variación del trabajo específico(L_er ) respecto a la sección media de los álabes. Esta variación decrece de la sección media (para el último paso L_er=16.712 kJ/kg) a la punta del álabe rotor (para el último paso L_er=16.659 kJ/kg), y crece de la sección media a la base del mismo (último paso L_er=16.766 kJ/kg). Concluyendo que para este diseño, los ángulos de entrada en los álabes estatores permanecen constantes, obteniendo álabes menos complejos para manufacturarse y de acuerdo con la metodología empleada, mediante la transformación conforme o cualquier otro método de diseño, se puede calcular cualquier rejilla de alabes que se utilice en coronas estatoras y rotoras.
This work presents the results of the simulation of an expansion turbine for electricity generation, which marks the development of numerical programming and the calculation methodology applied for the development of the blades and the behavior of the flow in the expansion of the turbine. By means of a computer program, graphic representations of the velocity triangles, thermodynamic and kinematic parameters in the middle section of the blade were obtained; data on absolute and relative velocities; angles α and β; and parameters such as specific work, degree of reaction and total efficiency as a function of streamlines uniformly distributed on the blades of the turbine passes. Applying the Torsion Law I for the input and Torsion Law II for the output of the blade, the best distribution of the speed in rotor blades was obtained at the expense of a small variation of the specific work (L_er ) with respect to the mean section of the blades. This variation decreases from the middle section (for the last step L_er=16.712 kJ/kg to the tip of the rotor blade (for the last stepL_er=16.659 kJ/kg), and grows from the middle section to the base thereof (last step L_er=16.766 kJ/kg). Concluding that for this design, the entry angles in the stator blades remain constant, obtaining less complex blades to be manufactured and according to the methodology employed, by means of conformal transformation or any other design method, any grid of blades used in stator crowns and rotors can be calculated.
This work presents the results of the simulation of an expansion turbine for electricity generation, which marks the development of numerical programming and the calculation methodology applied for the development of the blades and the behavior of the flow in the expansion of the turbine. By means of a computer program, graphic representations of the velocity triangles, thermodynamic and kinematic parameters in the middle section of the blade were obtained; data on absolute and relative velocities; angles α and β; and parameters such as specific work, degree of reaction and total efficiency as a function of streamlines uniformly distributed on the blades of the turbine passes. Applying the Torsion Law I for the input and Torsion Law II for the output of the blade, the best distribution of the speed in rotor blades was obtained at the expense of a small variation of the specific work (L_er ) with respect to the mean section of the blades. This variation decreases from the middle section (for the last step L_er=16.712 kJ/kg to the tip of the rotor blade (for the last stepL_er=16.659 kJ/kg), and grows from the middle section to the base thereof (last step L_er=16.766 kJ/kg). Concluding that for this design, the entry angles in the stator blades remain constant, obtaining less complex blades to be manufactured and according to the methodology employed, by means of conformal transformation or any other design method, any grid of blades used in stator crowns and rotors can be calculated.
Descripción
Organizado y patrocinado por: Federación iberoamericana de Ingeniería Mecánica y 'Universidad de Concepción - Chile. Departamento de Mecánica', FeIbIm – FeIbEM
Categorías UNESCO
Palabras clave
Turbina de vapor, álabes, ley de torsión, grado de reacción, transformación conforme, Steam turbine, blades, torsion law, reaction degree, conformal transformation
Citación
-
Centro
E.T.S. de Ingenieros Industriales
Departamento
Mecánica