Componentes Esenciales de Turbinas: Diafragmas, Montajes y Sellos de Laberinto

Diafragma

Disco para fijar los álabes fijos (del estátor). Es un tipo de montaje de álabes en los escalonamientos de acción situados a continuación del escalonamiento de regulación. Los álabes son fijados a los diafragmas y estos, a su vez, a la carcasa interior. El sellado de cierre se realiza sobre el eje mediante un cierre de laberinto. Además, el propio diafragma contribuye a la prevención de fugas, al obligar al vapor a recorrer una mayor distancia. Los álabes están divididos típicamente en dos partes (dos semicírculos).

Montaje en Disco

Tipo de configuración del rotor, característico de un escalonamiento de acción. Presenta ventajas, pues permite juegos muy pequeños con el diafragma, una construcción robusta, reduce el número de escalonamientos (reduciendo el coste total), y facilita el control de empujes axiales (la longitud axial del disco es igual a la longitud axial del escalonamiento). El montaje del escalonamiento se denomina disco-diafragma (disco para el rotor y diafragma para el estátor).

Montaje en Tambor

Es el tipo de rotor característico de los escalonamientos de reacción y de las turbinas de gas. Minimizan los empujes axiales que aparecen (inexistentes en las de acción), y permiten juegos axiales muy pequeños entre coronas, recuperando velocidad a la salida. No permiten grandes velocidades periféricas (menores que en los discos), lo que, unido al escalonamiento de reacción, hace que el número de escalonamientos sea mayor y, por lo tanto, la longitud de la máquina sea mayor.

Los álabes del estátor se encuentran montados sobre ranuras practicadas en la corona portaálabes (que alojan varias hileras de álabes) y sujetados, a su vez, a la corona interna mediante sistemas que permitan las dilataciones (con juegos muy pequeños). Y los álabes móviles se colocan directamente sobre el eje.

Diferencias Clave: Acción vs. Reacción

Recuerda:

• Acción (R=0): Más trabajo y menos rendimiento (mayores juegos axiales).
• Reacción (R=0.5): Menos trabajo y más rendimiento (menores juegos axiales).

Cojinete de Empuje Axial

Cojinete de sujeción del eje de turbinas que lo mantiene en su posición, contraponiéndose a las fuerzas axiales generadas por el vapor a su paso por las turbinas. No obstante, parte de estas fuerzas son compensadas por la disposición de los distintos cuerpos de turbina.

Tipos de Cojinetes de Empuje Axial

• De geometría fija
• De geometría oscilante

Cierre de Laberinto

Es un sistema de estanqueidad que consiste en una sucesión de estrechamientos de secciones de paso que se alternan con cámaras relativamente anchas. El vapor se acelera en los estrechamientos y pierde su energía cinética (entalpía) a presión constante (P=cte) en las cámaras. Este fenómeno dificulta el paso del vapor, ayudando a evitar las fugas. Se encuentran situados en las holguras entre el eje y la carcasa.

Su objetivo es ofrecer una gran pérdida de carga al vapor para evitar su fuga. Se utilizan para sellar los juegos entre rotor y estátor en una turbina de acción.

Este sistema está formado por unas cintas de estanqueidad, ubicadas en un dispositivo unido al diafragma, y por un conjunto de ranuras mecanizadas en el eje, enfrentadas a dichas cintas.

Están formados por una serie de estrechas secciones de paso que alternan con cámaras relativamente anchas. El vapor se acelera (en una expansión casi isentrópica) al pasar a través del estrechamiento y pierde su energía cinética (a presión constante) en la cámara siguiente, y así sucesivamente. En este proceso, la presión disminuye.

Tipos de Cierres de Laberinto

• Escalonado: Más efectivo (mayor pérdida de energía cinética).
• No escalonado: Menos efectivo (menor pérdida de energía cinética).