¿Qué es Hoja de turbina?

Una parte importante de la maquinaria turbo (como turbinas de vapor, turbinas de gas, turbinas de agua, etc.) que guía el fluido para que fluya en una dirección determinada y empuja el rotor para que gire. Las palas instaladas en la carcasa se denominan palas estáticas o palas guía, y las palas instaladas en el rotor se denominan palas móviles. A mediados del siglo XVIII, los logros del suizo L. Euler en el Instituto de Mecánica de Fluidos sentaron las bases teóricas para el desarrollo de turbomáquinas.

Con la aparición y aplicación de varias turbomáquinas, se han desarrollado palas de turbina en consecuencia. En la década de 1980, la potencia máxima media por pala de una turbina hidráulica alcanzó los 50 megavatios. La velocidad circunferencial máxima de las palas largas de una turbina de vapor es casi el doble de la velocidad del sonido. Las palas de la turbina de gas pueden trabajar en una corriente de aire caliente de 1500 ° C cerca del punto de fusión del metal. <
Estructura

El cuerpo principal de la pala de la turbina es el cuerpo de la pala, y su tamaño está relacionado con la capacidad de flujo de la turbina (ver imagen en color). La hoja más pequeña no tiene más de 5 mm de altura y se utiliza en microdispositivos con cientos de miles de revoluciones por minuto. Una pala gigante que pesa 46 toneladas está instalada en la turbina de palas rotativas No. 1 de la central hidroeléctrica de Gezhouba en China. El diámetro exterior del rodete es de 11,3 metros. La sección transversal del cuerpo de la hoja se denomina forma de la hoja, que es el factor principal que determina la eficiencia de la hoja.

La parte donde el cuerpo de la pala se conecta con la carcasa o el rotor se llama raíz de la pala. Hay muchos estilos de raíces de hojas. Las raíces de las hojas de abeto, T y doble T se utilizan comúnmente en turbomáquinas de alta velocidad. La parte superior de las palas a menudo se cubre con obenques o coronas de hojas para mejorar la eficiencia, y las palas a menudo se usan con nervaduras para mejorar el rendimiento de vibración.

Serie de palas de turbina de turbina de vapor

Hay muchos tipos de álabes de turbina (Figura 1). Las modernas turbinas de vapor de las centrales eléctricas a gran escala utilizan docenas de etapas de palas móviles y estáticas cortas a largas para expandir gradualmente el vapor con una presión de hasta 30 MPa hasta una presión de salida de aproximadamente 0,005 MPa. La longitud de la hoja de la última etapa puede alcanzar los 1,5 metros.

Las palas de la turbina de gas pueden soportar altas temperaturas de hasta 1000 ° C, por lo que a menudo se convierte en una estructura hueca con orificios para permitir que el medio de enfriamiento fluya a través de los orificios para reducir la temperatura de las palas (Figura 2).

La velocidad de la turbina no es alta y es de una sola etapa. La cabeza baja usa palas móviles tipo hélice; la cabeza media usa rodetes Francis. Los álabes de este tipo de rodetes son muy retorcidos y a menudo están integrados con el eje ; mientras que las turbinas de alto cabezal La cuchilla móvil de impacto utilizada tiene la forma de una pala de dos partes.

Impacto en la eficiencia de la maquinaria de la turbina Lapérdida de energía se produce cuando el fluido fluye a través de las palas. Cuanto mayor es la pérdida de energía de la pala, menor es la eficiencia de la turbomáquina. La pérdida de energía incluye principalmente la pérdida de forma de la hoja y la pérdida final. Mediante experimentos en el túnel de viento y otras investigaciones sobre dinámica de fluidos, la pérdida de forma de la pala se ha reducido a aproximadamente un 2%. La pérdida final ocurre en ambos extremos de la punta de la pala y la raíz de la pala, y aumenta a medida que disminuye la relación entre la altura y el ancho de la pala, por lo que la eficiencia de la turbina con palas cortas es menor.
FiabilidadEn turbomáquinas de alta velocidad, cualquier cuchilla rota provocará vibraciones e incluso daños, lo que requerirá un apagado de emergencia para el mantenimiento.

Por tanto, la fiabilidad de la pala es muy importante. Las palas están sometidas a dos cargas: fuerza pulsante periódica y fuerza centrífuga en estado estable durante el funcionamiento. La carga pulsante es excitada por el campo de flujo desigual en la turbomáquina. Las palas reciben uno o más pulsos cada vez que el rotor realiza una revolución completa.

La resonancia se produce cuando la frecuencia del pulso se acerca a la frecuencia natural de la hoja. La fuerte vibración de la hoja suele ser la causa principal de los accidentes. Además de eliminar la fuente de pulso, la solución puede ser: De acuerdo con el principio de vibración mecánica, diseñar la cuchilla como una "cuchilla de modulación de frecuencia" con la frecuencia natural ajustada para abrir la zona de resonancia; Fortalecer la estructura, aumentar la amortiguación y mejorar la fuerza. Diseñe o no necesite ajustar la "cuchilla de modulación sin frecuencia" en la zona de resonancia.

La carga centrífuga es proporcional a la densidad del material y al cuadrado de la velocidad periférica de la cuchilla. En turbomáquinas de alta velocidad, para reducir la carga centrífuga, las palas más largas a menudo se fabrican con una parte superior delgada y una parte inferior gruesa y el perfil de la paleta se tuerce gradualmente a lo largo de la altura para adaptarse a los cambios de ángulo de flujo correspondientes. Este tipo de hoja se llama hoja torcida.
El desprendimiento de superficies, la abrasión y las marcas en zigzag y en forma de panal causadas por la erosión de los fluidos, la corrosión, la cavitación y la abrasión de partículas son otro tipo común de daño de la hoja. Las partes vulnerables de las hojas suelen estar cubiertas con una capa de carburo cementado para su protección.
La práctica repetida a largo plazo ha demostrado que el acero inoxidable que contiene un 13% de cromo tiene una buena resistencia a la corrosión y se ha convertido en el material más utilizado para las palas de las turbinas. Los grados de acero formados mediante la adición de níquel, molibdeno, vanadio, tungsteno y otros elementos de aleación pueden cumplir con las características antidesgaste requeridas por las turbinas hidráulicas y la alta resistencia y resistencia térmica que requieren las turbinas de vapor. Sin embargo, estos grados de acero no pueden soportar las altas temperaturas por encima de los 600 ° C en las turbinas de gas.

El acero austenítico resistente al calor que apareció en la década de 1930 puede soportar altas temperaturas de 700 ° C, e incluso temperaturas más altas requieren aleaciones con níquel y cobalto como cuerpo principal. La nueva aleación desarrollada en la década de 1970 aumentó la temperatura del material a más de 1000 ° C. Para regiones de temperatura más alta por encima de 1200 ° C, la gente está desarrollando nuevos tipos de cerámicas, como nitruro de silicio y otros materiales. Las palas largas de la parte de baja presión de las turbinas de vapor tienden a utilizar aleaciones de titanio con baja densidad, alta resistencia y buena resistencia a la corrosión.