El gobierno de la turbina de vapor es el procedimiento de controlar el caudal de vapor a una turbina de vapor para mantener su velocidad de rotación constante. La variación de carga durante el funcionamiento de una turbina de vapor puede tener un impacto significativo en su rendimiento. En una situación práctica, la carga varía con frecuencia de la carga diseñada o económica y, por lo tanto, siempre existe una desviación considerable del rendimiento deseado de la turbina. [1] El objetivo principal en la operación de la turbina de vapor es mantener una velocidad de rotación constante independientemente de la carga variable. Esto se puede lograr mediante el gobierno en una turbina de vapor. Hay muchos tipos de gobernadores.
Descripción general
El Gobierno de la Turbina de Vapor es el procedimiento de seguimiento y control del caudal de vapor hacia la turbina con el objetivo de mantener constante su velocidad de rotación. El caudal de vapor se supervisa y controla mediante la interposición de válvulas entre la caldera y la turbina. [2] Dependiendo del método particular adoptado para el control del caudal de vapor, se están practicando diferentes tipos de métodos de gobierno. Los principales métodos utilizados para gobernar se describen a continuación.
Regulación del acelerador
En la regulación del acelerador, la presión del vapor se reduce en la entrada de la turbina, disminuyendo así la disponibilidad de energía. En este método, el vapor pasa a través de un paso restringido, reduciendo así su presión a través de la válvula reguladora. [2] El caudal se controla mediante una válvula de control de vapor parcialmente abierta. La reducción de la presión conduce a un proceso de estrangulamiento en el que la entalpía del vapor permanece constante. [1]
Regulación del acelerador - Turbinas pequeñas
El bajo costo inicial y el mecanismo simple hacen que el control del acelerador sea el método más adecuado para pequeñas turbinas de vapor. El mecanismo se ilustra en la figura 1. La válvula se acciona mediante un regulador centrífugo que consta de bolas voladoras unidas al brazo del manguito. Un mecanismo de engranajes conecta el eje de la turbina al eje giratorio en el que el manguito oscila axialmente. Con una reducción de la carga, la velocidad del eje de la turbina aumenta y provoca el movimiento de las bolas voladoras alejándose del eje del manguito. Esto da como resultado un movimiento axial del manguito seguido de la activación de una palanca, que a su vez acciona la válvula de cierre principal a una posición parcialmente abierta para controlar el caudal. [2]
Regulación del acelerador: grandes turbinas
En turbinas de vapor más grandes, se utiliza un servomecanismo operado por aceite para mejorar la sensibilidad de la palanca. El uso de un sistema de relés magnifica las pequeñas deflexiones de la palanca conectada al manguito del regulador. [2] La palanca del diferencial está conectada en ambos extremos al manguito del regulador y al eje de la válvula de mariposa, respectivamente. El eje de las válvulas piloto también está conectado a la misma palanca en alguna posición intermedia. Ambas válvulas piloto cubren un puerto cada una en la cámara de aceite. Las salidas de la cámara de aceite están conectadas a un tanque de drenaje de aceite a través de tuberías. La disminución de la carga durante el funcionamiento de la turbina provocará un aumento en la velocidad del eje levantando así el manguito del regulador. La deflexión ocurre en la palanca y debido a esto, el eje de la válvula piloto se eleva abriendo el puerto superior para la entrada de aceite y el puerto inferior para la salida del aceite. El aceite presurizado del tanque de aceite ingresa al cilindro y empuja el pistón de relé hacia abajo. A medida que el pistón de relé se mueve, el eje de la válvula de mariposa adjunto a él también desciende y cierra parcialmente la válvula. Por tanto, se pueden controlar los caudales de vapor. Cuando la carga en la turbina aumenta, las deflexiones en la palanca son tales que el puerto inferior se abre para la entrada de aceite y el puerto superior para la salida del aceite. El pistón relé se mueve hacia arriba y el eje de la válvula de mariposa asciende hacia arriba abriendo la válvula. La variación de la tasa de consumo de vapor ṁ (kg / h) con la carga de la turbina durante el control del acelerador es lineal y está dada por la "línea de willan". [1]
La ecuación de la recta de Willan viene dada por:
- ṁ = aL + C
Donde a es la tasa de vapor en kg / kWh , ' L' es la carga de la turbina en KW y C es el consumo de vapor sin carga.
Gobernación de la boquilla
En la boquilla que gobierna, el caudal de vapor se regula abriendo y cerrando conjuntos de boquillas en lugar de regular su presión. [3] En este método, grupos de dos, tres o más boquillas forman un conjunto y cada conjunto está controlado por una válvula separada. El accionamiento de la válvula individual cierra el conjunto de boquillas correspondiente controlando así el caudal. En la turbina real, el control de la tobera se aplica solo a la primera etapa, mientras que las etapas posteriores no se ven afectadas. [1] Dado que no se aplica ninguna regulación a la presión, la ventaja de este método radica en el aprovechamiento de la presión y la temperatura de la caldera. La figura 2 muestra el mecanismo de gobierno de la boquilla aplicado a las turbinas de vapor. [2] Como se muestra en la figura, los tres juegos de boquillas se controlan mediante tres válvulas independientes.
Por pasar gobernando
Ocasionalmente, la turbina se sobrecarga durante períodos breves. Durante dicha operación, las válvulas de derivación se abren y se introduce vapor fresco en las etapas posteriores de la turbina. Esto genera más energía para satisfacer el aumento de carga. El esquema del control de derivación se muestra en la figura 3.
Gobierno combinado
El gobierno combinado emplea el uso de dos de los métodos de gobierno mencionados anteriormente. Generalmente, la derivación y el control de la boquilla se utilizan simultáneamente para igualar la carga en la turbina como se muestra en la figura 3.
Gobierno de emergencia
Cada turbina de vapor también está provista de reguladores de emergencia que entran en acción bajo las siguientes condiciones. [2]
- Cuando la velocidad mecánica del eje aumenta más allá del 110%.
- Se altera el equilibrio de la turbina.
- Fallo del sistema de lubricación.
- El vacío en el condensador es bastante menor o el suministro de refrigerante al condensador es inadecuado.
Ver también
Referencias
- ^ a b c d 1966_jachens_steam turbines their construction.pdf - “Turbinas de vapor: su construcción, selección y operación”. WB Jachens (Actas de la Asociación Sudafricana de Tecnólogos del Azúcar -1966
- ^ a b c d e f "Ingeniería térmica" Rathore y Mahesh. M (2010) Tata McGraw-hill, p. 739.
- ^ “Turbinas, compresores y ventiladores” SM Yahya (cuarta edición) Tata McGraw-hill.p.393.