Turbina combinada de impulso inverso

Turbina de vapor de ciclo combinado

Una turbina de vapor de ciclo combinado es un equipo de generación de energía de alta eficiencia que generalmente opera en conjunto con una turbina de gas. Se impulsa mediante vapor generado al recuperar el calor residual en los gases de escape de la turbina de gas. Esta turbina pertenece a la categoría de turbinas de vapor de condensación, recalentamiento y multipresión. Su diseño estructural incluye un cilindro combinado de alta/intermedia presión (diseño de impulso) y un cilindro de baja presión (diseño de reacción simétrica de flujo inverso) para mejorar la eficiencia, alcanzando una eficiencia de generación de energía de aproximadamente el 60 %.

La configuración de ciclo combinado que utiliza turbinas de vapor de reacción y de impulso presenta las siguientes características:

1. Utilización de energía de alta eficiencia: Los gases de escape de alta temperatura de la turbina de gas impulsan la turbina de vapor, lo que permite una eficiencia de ciclo combinado superior al 60%.

2. Complementariedad estructural: Las turbinas de impulso son adecuadas para la generación de energía y la regulación de velocidad, mientras que las turbinas de reacción se adaptan bien a condiciones de operación variables para impulsar cargas. Su diseño combinado optimiza el rendimiento general.

3. Tecnología de fabricación y ensamblaje: Las tecnologías clave involucradas incluyen soldadura de metales diferentes, alineación de componentes de la trayectoria de flujo y envío modular, lo que garantiza precisión en holguras dinámicas/estáticas y alineación de ejes.

4. Adaptabilidad de la aplicación: Los sistemas de ciclo combinado se utilizan ampliamente en plantas de energía a gran escala, equilibrando el suministro de energía estable con demandas de carga variables.

En una turbina de vapor combinada, algunas etapas emplean el principio de impulso (donde el vapor se expande principalmente en los álabes fijos, mientras que los álabes móviles redirigen principalmente el flujo), mientras que otras etapas emplean el principio de reacción (donde el vapor se expande tanto en los álabes fijos como en los móviles). Este diseño busca optimizar la eficiencia (las etapas de impulso son adecuadas para las secciones de alta presión y las de reacción para las de baja presión) distribuyendo racionalmente el proceso de expansión para reducir las pérdidas.

El cilindro de alta presión es una turbina de impulso, y el de baja presión es una turbina de reacción de doble flujo. Esta configuración aprovecha al máximo las ventajas de las etapas de impulso y reacción, mejorando así el rendimiento de la turbina.

La turbina de vapor híbrida de reacción-impulso es una estructura de turbina principal de dos cilindros ampliamente adoptada en aplicaciones marinas.

La turbina de vapor de alta presión utiliza etapas de impulso porque:

1. Cuando las hojas son demasiado cortas, se puede utilizar la admisión parcial para aumentar la altura de la hoja.

2. El valor relativo del juego radial de la cuchilla de trabajo es mayor, lo que ayuda a reducir las pérdidas por fugas internas y a mejorar la eficiencia de la etapa.

La turbina de vapor de baja presión utiliza etapas de reacción porque:

1. Con cuchillas largas y fuerzas de reacción significativas, evita reacciones adversas en la raíz de la cuchilla.

2. El valor relativo del juego radial es menor, lo que reduce las pérdidas por fugas internas.

3. La menor velocidad del vapor en las etapas de reacción disminuye la erosión de las palas móviles por las gotas de agua en el vapor húmedo.

Además, las etapas de impulso sirven como etapas de control o, para ganar eficiencia, pueden diseñarse con un pequeño grado de reacción, lo que también puede denominarse turbina híbrida de impulso-reacción.

La función principal de una turbina de vapor combinada es mejorar el rendimiento general. Algunos aspectos específicos incluyen:

1. Mejora de la eficiencia térmica: al mezclar los tipos de etapas, el proceso de expansión de vapor se aproxima más al ciclo ideal, lo que reduce la pérdida de escape.

2. Mejora de la flexibilidad operativa: adaptación a diferentes demandas de carga, como el manejo de grandes caídas de presión en la sección de alta presión y la garantía de una transición suave en la sección de baja presión.

3. Optimización del diseño de las palas: Las palas de la etapa de impulso son más gruesas, adecuadas para entornos de alta presión y alta temperatura; las palas de la etapa de reacción son más aerodinámicas, lo que reduce las pérdidas de flujo.

En la práctica, las turbinas de vapor combinadas se utilizan ampliamente para la generación de energía y los accionamientos industriales. Por ejemplo, en centrales térmicas, impulsan eficientemente generadores para la producción de electricidad. En industrias como la química o la refinación de petróleo, pueden impulsar directamente compresores o bombas, lo que permite un aprovechamiento energético en cascada.