Introducción
En las centrales térmicas, el vapor generado por las calderas se transporta a través de tuberías de alta presión hacia las turbinas de vapor para producir electricidad. Existen tres métodos principales para introducir vapor en la turbina: mediante boquillas, estranguladores o gobernadores de derivación.
En las turbinas de alta presión (HP), el vapor ingresa a las secciones de admisión de la turbina a través de un conjunto de válvulas de control. Estas válvulas también se utilizan para aislar completamente el vapor en situaciones de emergencia o cuando la turbina está fuera de servicio. En los diseños de turbinas HP, el vapor se introduce a través de grupos de boquillas, cada uno alimentado por una válvula correspondiente. En otros diseños de turbinas, especialmente aquellos que operan a presiones más bajas, se emplean válvulas de estrangulamiento múltiple accionadas por leva o barra; en esta configuración, una única válvula alimenta a múltiples boquillas.
Disposición de Válvulas de Control en una Turbina de Vapor Gobernada por Boquillas
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Funcionamiento de las Válvulas de Estrangulamiento Múltiple Accionadas por Leva
Un mecanismo típico de admisión de vapor con válvulas múltiples accionadas por leva se ilustra a continuación.
Engranaje de Válvula de Elevación por Leva
En este sistema, un cilindro de operación (accionado hidráulicamente) se extiende o retrae, provocando la rotación de la barra de torsión. A medida que la barra de torsión gira, dos varillas de elevación se desplazan hacia arriba o hacia abajo de manera lineal, lo que a su vez mueve una viga de elevación de manera proporcional. Varias válvulas de control están conectadas a la viga de elevación, con cada vástago de válvula pasando a través de la viga, pero sin estar físicamente unido a ella. La apertura y cierre secuencial de las válvulas ocurre porque cada válvula tiene una longitud de vástago diferente; las válvulas de asiento son comúnmente utilizadas para este tipo de aplicación.
Un enlace de ruptura conecta la barra de torsión con el enlace de la válvula de control de alta presión, y por ende, con la válvula de control de alta presión. Debido al diseño del enlace de ruptura, la válvula de control HP no comenzará a abrirse hasta que todas las válvulas en el cajón de válvulas de baja presión (LP) estén completamente abiertas. Cuando todas las válvulas de baja presión están completamente abiertas, el vapor se admite a la turbina de alta presión, pero no es físicamente posible que esto ocurra hasta que todas las válvulas LP estén completamente abiertas (el diseño de interbloqueo incorporado evita que se entregue vapor HP sin vapor LP).
Dentro del cajón de vapor, se puede usar cualquier número de válvulas de control, pero cinco es la configuración estándar (como se ilustra en el diseño anterior). Este tipo de sistema de control de vapor requiere un tiempo preciso para asegurar que la turbina opere con alta eficiencia.
Una válvula de parada de entrada se instala antes del cajón de vapor; la válvula de parada admite vapor durante el arranque de la turbina y actúa como una válvula de cierre de emergencia para la turbina.
El diseño discutido en este artículo utiliza una leva para operar las válvulas, pero también es posible un método de elevación por barra. El método de barra utiliza movimiento lineal en lugar de movimiento rotatorio, para accionar las válvulas.
Como las levas pueden ser ajustadas externamente, no hay necesidad de desarmar todo el cajón de válvulas cuando se requiere mantenimiento; lo contrario es cierto para el diseño de válvula de elevación por barra.
Anotaciones del Modelo 3D
Válvula de Control de Baja Presión (LP)
El vapor de baja presión (LP) descargado a la turbina de baja presión pasa a través de una válvula de parada y una válvula de control. El vapor se descarga a la turbina a través de una serie de válvulas que se pueden abrir de manera incremental. Un enlace mecánico conecta la válvula de control LP con la válvula de control de alta presión (HP); por lo tanto, no es posible pasar vapor a través de la válvula de control HP sin que la válvula de control LP esté suficientemente abierta.
Viga de Elevación
La viga de elevación es una barra de metal con agujeros perforados a través de ella. Cada vástago de válvula pasa a través de la viga de elevación y se conecta a su disco de válvula esférico asociado.
Cajón de Vapor de Baja Presión
El vapor de la válvula de parada de baja presión fluye hacia el cajón de vapor de baja presión. El cajón de vapor LP rodea las válvulas de asiento y la viga de elevación.
Cilindro de Operación
El fluido hidráulico se bombea a una válvula servo, que controla el flujo de fluido al cilindro de operación. El cilindro de operación contiene un pistón, que se mueve linealmente dependiendo de qué lado del pistón se descarga el fluido hidráulico. El enlace destacado por esta anotación se conecta al cilindro de operación.
Barra de Torsión
La barra de torsión conecta mecánicamente los enlaces de baja presión, el enlace de ruptura y el enlace del cilindro de operación. La fuerza aplicada a la barra por el cilindro de operación hace que gire, lo que a su vez hace que el movimiento lineal se transfiera a las válvulas de control LP y HP.
Válvula de Control de Alta Presión
La válvula de control de alta presión está conectada a la barra de torsión a través de un enlace de ruptura. La actuación mecánica de la válvula de control HP solo ocurre una vez que la barra de elevación ha girado lo suficiente como para presionar contra el cuerpo del enlace de ruptura. Un interbloqueo mecánico de este tipo asegura que todas las cinco válvulas del cajón de vapor de baja presión estén abiertas antes de que se abra la válvula de control HP. Un resorte proporciona la fuerza tensil necesaria para devolver la válvula de control HP a la posición cerrada cuando la fuerza mecánica de la barra de torsión ya no está presente.
Enlace de Ruptura
El enlace de ruptura conecta la barra de torsión con la válvula de control HP. Un agujero dentro del cuerpo del enlace de ruptura controla cuándo se transfiere la fuerza de la barra de torsión a la válvula de control HP. A medida que la barra de torsión gira, presiona contra el cuerpo del enlace de ruptura, lo que abre o cierra la válvula de control HP.
Enlace de Operación de la Válvula de Control de Baja Presión
Un enlace mecánico conecta la válvula de control LP con la barra de torsión.
Varillas de Elevación
Dos varillas de elevación conectan los enlaces de operación de la válvula de control de baja presión con la viga de elevación.
Recursos Adicionales
https://www.explainthatstuff.com/steam-turbines.html
http://sciencedirect.com/topics/engineering/steam-inlet-temperature
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/steam-inlet-pressure