Turbina de reacción

Turbina de vapor de reacción

Una turbina de vapor de reacción se refiere a una turbina en la que el vapor se expande no solo en las toberas, sino también dentro de los álabes móviles. Estos álabes están sometidos no solo a la fuerza generada por el impacto del flujo de vapor, sino también a la fuerza producida por la expansión y aceleración del vapor dentro de los propios álabes.

En una turbina de vapor de reacción, el vapor se expande y acelera no solo en las toberas, sino también al fluir por los conductos de álabes móviles. Esto significa que, dentro de las cascadas de álabes móviles, la dirección del flujo de vapor cambia y su velocidad relativa también aumenta. En consecuencia, los álabes móviles se ven afectados tanto por la fuerza de impulso del chorro de vapor a alta velocidad que sale de las toberas como por la fuerza de reacción del vapor que sale de las cascadas de álabes móviles. En otras palabras, la turbina de vapor de reacción utiliza tanto los principios de impulso como de reacción para realizar trabajo.

Una turbina de vapor de reacción es un tipo de maquinaria impulsada por vapor. Su principio de funcionamiento se basa en la expansión del vapor que se produce tanto en los álabes fijos (toberas) como en los móviles, aprovechando tanto la fuerza de impulso como la fuerza de reacción del vapor para impulsar la rotación del rotor.

Principio de funcionamiento y características estructurales: En una turbina de vapor de reacción, el vapor se expande y acelera primero dentro de las cascadas de álabes estacionarios, lo que provoca una caída de presión y un aumento de la velocidad. A continuación, entra en las cascadas de álabes móviles, donde continúa expandiéndose. Esta expansión no solo cambia la dirección del flujo, generando una fuerza de impulso, sino que también, debido a la aceleración causada por la expansión, produce una fuerza de reacción. Estas dos fuerzas trabajan juntas para impulsar el rotor y realizar trabajo. Este diseño genera una diferencia de presión a ambos lados de los álabes móviles. Por lo tanto, el rotor suele tener una estructura de tambor para evitar un empuje axial excesivo y suele estar equipado con un pistón de equilibrio para contrarrestarlo. Estructuralmente, las turbinas de vapor de reacción se pueden dividir en tipos de flujo axial (donde el vapor fluye axialmente y los álabes están montados en un tambor) y tipos de flujo radial (donde el vapor fluye radialmente, con dos rotores que giran en direcciones opuestas).

Comparación con las turbinas de vapor de impulso: La principal diferencia entre las turbinas de reacción y las de impulso radica en el proceso de expansión. En las turbinas de impulso, la expansión del vapor se produce principalmente en los álabes fijos, mientras que en los móviles es prácticamente nula. En cambio, en las turbinas de reacción, la expansión es prácticamente igual tanto en los álabes fijos como en los móviles. Por consiguiente, las turbinas de reacción ofrecen una mayor eficiencia por etapas. Sin embargo, generan un mayor empuje axial, no suelen poder operar con admisión parcial de vapor y suelen utilizar una etapa de impulso para la primera.

Las ventajas de las turbinas de vapor de reacción se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:

1. Mayor eficiencia por etapa: El vapor se expande tanto en los álabes fijos como en los móviles, utilizando fuerzas de impulso y de reacción para realizar trabajo. Esto permite un diseño de triángulo de velocidad más racional y resulta en menores pérdidas de flujo. Por lo tanto, la eficiencia de una sola etapa suele ser entre un 2 % y un 3 % mayor que la de las turbinas de vapor de impulso.

2. La estructura similar de las palas reduce los costos de fabricación: Las formas transversales de las palas móviles y fijas son prácticamente idénticas. Esta simetría simplifica el diseño y los procesos de fabricación de las palas, facilitando la producción en masa y reduciendo los costos de las piezas de repuesto.

3. Mejor rendimiento en cargas parciales: debido a la distribución uniforme del proceso de expansión de vapor en todas las etapas, las turbinas de vapor de reacción pueden mantener una eficiencia relativamente alta incluso en condiciones que no sean de carga completa, mostrando una mayor adaptabilidad a la operación de carga variable.

4. Adecuado para condiciones de presión media y baja: Sus características de diseño garantizan un funcionamiento estable en condiciones de vapor de presión media y baja. Además, su estructura multietapa facilita el uso de tecnologías como el recalentamiento para mejorar aún más la eficiencia general.

5. El empuje axial se puede gestionar mediante un pistón de equilibrio: aunque el empuje axial es significativo, se puede contrarrestar eficazmente mediante diseños como la estructura del tambor y el pistón de equilibrio, lo que garantiza la estabilidad operativa.