Especialidad: Transporte de Gas por Ducto. 0
Contenidos de Formatos Página
Requerimientos y Contenido Específico del Programa 1
Contenido Desarrollados del Programa 4
Ejercicios y Prácticas del Programa 72
Sistema de Evaluación del Módulo 87
Normas que aplican en lo General 105
Glosario de Términos Tecnológicos 112
Formato de Anexos Técnicos del Módulo 120
Bibliografía y Referencias de Consulta 123
Objetivo Específico del curso
Transmitir y aplicar los conocimientos necesarios que se deben desarrollar dentro de una Estación de Compresión con la finalidad de mejorar el desempeño del trabajador de manera eficiente y segura.
Competencia a Desarrollar del Operador Especialista en Estaciones de Compresión y Bombeo Sistemas Digitales (Sectores de Ductos PGPB)
Opera las turbinas LM 2500 siguiendo procedimientos establecidos de la empresa y los patrones de flujo general y estabilización de flama, alineando el gas de arranque, sistema de encendido, realizando el checando los componentes principales de la turbina y sus accesorios, el Sistema de aceite lubricante del generador de gas, el conducto de entrada de aire, las bombas de lubricacion, el Sistema de vibración el sistema de sellos, el sistema de gas combustible, el arrancque de Motores de arranque eléctricos y neumáticos, observando el registro de las lecturas de instrumentos, para mantener en condiciones de operación y seguridad los equipos dinamicos de la Estación de Compresión y mantener las metas de suministro de de gas en el Sistema.
Conductas Observables del Operador Especialista en Estaciones de Compresión y Bombeo Sistemas Digitales (Sectores de Ductos PGPB)
El operador realiza las actividades que se requieran en la estación de compresión. Observa y Reporta anomalías en el área de trabajo dando recorridos continuamente y verificando que todos los equipos se encuentren en óptimas condiciones para el buen funcionamiento y desarrollo del proceso.
Toma lecturas de presión y temperatura a los equipos auxiliares haciendo recorridos cada dos horas, dentro del área donde estos se encuentran, para observar sus parámetros operativos que se encuentren condiciones normales.
Mantiene por medio de su ayudante la limpieza a los equipos dinámicos principales y auxiliares con el material adecuado, y mantener sus áreas libres de condiciones inseguras, conforme a lo que establece la política de SSPA.
Se presenta a su área de trabajo con puntualidad.
Deberá portar siempre en el área de trabajo su equipo de protección personal.
Realiza un recorrido completo de toda la estación al inicio y al término de la jornada de trabajo.
Obedecer las instrucciones del centro de control México en movimientos operativos y realizarlo con conocimiento y seguridad.
Mantener en orden y limpieza el cuarto de control.
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 2 Llenar tanque de agua de servicios y tanque de volumen.
Purgar separadores y Patín de Gas Combustible al término de cada turno. Entrega turno al su relevo en el turno siguiente.
Conocimientos Previos:
Adiestramiento en la categoría de Operador Especialista en Estaciones de compresión bombeo y Sistemas Digitales (sectores de ductosPGPB).
Contenido del Curso Operación de una Turbina LM 2500 2.2.1 Conceptos básicos de una turbina
2.2.1.1 Generalidades. 2.2.1.2 Ciclo de brayton.
2.2.1.3 Ductos convergentes y divergentes. 2.2.1.4 Alabes guía de entrada.
2.2.1.5 Patrones de flujo general y estabilización de flama. 2.2.1.6 Turbina lm2500.
2.2.1.7. Chumaceras y colectores.
2.2.1.8 Impulsión del compresor tipo reacción de impulso. 2.2.2 Componentes principales de una turbina.
2.2.2.1 Conducto de entrada de aire.
2.2.2.2 Conjunto de accionamiento de accesorios. 2.2.2.3 Compresor axial.
2.2.2.4 Cámara de combustión. 2.2.2.5 Turbina de alta presión.
2.2.2.6 Turbina de baja presión o potencia. 2.2.2.7 Ducto de salida gases de escape. 2.2.3 Sistemas que componen una turbina 2.2.3.1 Sistema gas de arranque
2.2.3.2 Motores de arranque eléctrico y neumático. 2.2.3.3 Función de motores de arranque.
2.2.4. Sistema gas combustible. 2.2.4.1 Función y componentes. 2.2.5 Sistema gas de control. 2.2.5.1 Función.
2.2.6 Sistema de admisión de aire. (casa de filtros) 2.2.6.1 Sunción y componentes
2.2.7 Sistema de lubricación y barrido.
2.2.7.1 Función y componentes del sistema de lubricación Lm-2500.
2.2.8 Sistema de agua de enfriamiento. 2.2.8.1 Función y componentes.
2.2.9 Sistema de vibración. 2.2.9.1 Función y componentes. 2.2.10 Sistema de contraincendio. 2.2.10.1 Función y componentes Material Didáctico y Apoyos Cuaderno Profesional T/C Lapiceros, lápices, bolígrafos
Pintarròn, borrador y marcadores para pintarròn. Video bin (Cañón).
Computadora.
Manual de Capacitación Tecnológico del Participante. Manual de Capacitación Tecnológico del Instructor Rotafolios.
Aula para la instrucción Teórica
Diversos diagramas de las Turbinas de los equipos que se encuentran en las Estaciones de Compresión.
Acceso a los equipos para identificar los componentes de una turbina y de un diagrama en el equipo.
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 4 CONTENIDO
2.2.1 CONCEPTOS BASICOS DE UNA TURBINA 2.2.1.1 GENERALIDADES
2.2.1.2 CICLO de BRAYTON
2.2.1.3 DUCTOS CONVERGENTES Y DIVERGENTES 2.2.1.4 ÁLABES GUÍA DE ENTRADA
2.2.1.5 PATRONES DE FLUJO GENERAL Y ESTABILIZACIÓN DE FLAMA 2.2.1.6 TURBINA LM2500
2.2.1.7. CHUMACERAS Y COLECTORES
2.2.1.8 IMPULSIÓN DEL COMPRESOR TIPO REACCIÓN DE IMPULSO 2.2.2 COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA TURBINA
2.2.2.1 CONDUCTO DE ENTRADA DE AIRE.
2.2.2.2 CONJUNTO DE ACCIONAMIENTO DE ACCESORIOS. 2.2.2.3 COMPRESOR AXIAL
2.2.2.4 CAMARA DE COMBUSTIÓN. 2.2.2.5 TURBINA DE ALTA PRESIÓN.
2.2.2.7 DUCTO DE SALIDA GASES DE ESCAPE 2.2.3 SISTEMAS QUE COMPONEN UNA TURBINA. 2.2.3.1 SISTEMA GAS DE ARRANQUE.
2.2.3.2 MOTORES DE ARRANQUE ELECTRICOS Y NEUMATICOS. 2.2.3.3 FUNCIÓN DE MOTORES DE ARRANQUE
2.2.4. SISTEMA GAS COMBUSTIBLE 2.2.4.1 FUNCIÓN Y COMPONENTES 2.2.5 SISTEMA GAS DE CONTROL.
2.2.5.1
FUNCIÓN.
2.2.6 SISTEMA DE ADMISIÓN DE AIRE. (CASA DE FILTROS) 2.2.6.1 FUNCIÓN Y COMPONENTES
2.2.7 SISTEMA DE LUBRICACIÓN Y BARRIDO. 2.2.7.1
FUNCIÓN Y COMPONENTES DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN LM-2500.
2.2.8 SISTEMA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO 2.2.8.1 FUNCIÓN Y COMPONENTES.
2.2.9 SISTEMA DE VIBRACIÓN. 2.2.9.1 FUNCIÓN Y COMPONENTES 2.2.10 SISTEMA DE CONTRAINCENDIO 2.2.10.1 FUNCIÓN Y COMPONENTES
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 6
2.2.1 CONCEPTOS BASICOS DE UNA TURBINA
HISTORIA DE LA TURBINA DE GAS
El ejemplo más antiguo de la propulsión por gas puede ser encontrado en un egipcio llamado Hero en 150 A.C.Hero inventó un juguete que rotaba en la parte superior de una olla hirviendo debido al efecto del aire o vapor caliente saliendo de un recipiente con salidas organizadas de manera radial en un sólo sentido (Ver Gráfico Siguiente).
En 1232, los chinos utilizaron cohetes para asustar a los soldados enemigos. Alrededor de 1500 D.C., Leonardo Davinci dibujó un esquema de un dispositivo que rotaba debido al efecto de los gases calientes que subían por una chimenea. El
dispositivo debería rotar la carne que estaba asando.
En 1629 otro italiano desarrolló un dispositivo que uso el vapor para rotar una turbina que movía maquinaria. Esta fue la primera aplicación práctica de la turbina de vapor.
En 1678 un jesuita llamado Ferdinand Verbiest construyó un modelo de un vehículo automotor que usaba vapor de agua para movilizarse.
La primera patente para una turbina fue otorgada en 1791 a un inglés llamado John Barber. Incorporaba mucho de los elementos de una turbina de gas moderna, pero usaban un compresor alternativo. Hay muchos otros ejemplos de turbina por varios inventores, pero no son
consideradas verdaderas turbinas de gas porque utilizaban vapor en cierto punto del proceso En 1872, un hombre llamado Stolze diseñó la primera turbina de gas. Incorporaba una turbina de varias etapas y compresión en varias etapas con flujo axial probó sus modelos funcionales en los años 1900.
En 1914 Charles Curtis aplicó para la primera patente en los Estados Unidos para una turbina de gas. Esta fue otorgada pero generó mucha controversia.
La Compañía General Electric comenzó su división de turbinas de gas en 1903. Un Ingeniero llamado Stanford Moss dirigió la mayoría de los proyectos. Su desarrollos más notable fue el turbo supercargador. Este utilizaba los gases de escape de un motor alternativo para mover una rueda de turbina que, a su vez, movía un compresor centrífugo utilizado para supercargar. Este elemento hizo posible construir las primeras turbinas de gas confiables.
En los años 30, tantos británicos como alemanes diseñaron turbinas de gas para la propulsión de aviones. Los alemanes alcanzaron a diseñar aviones de propulsión a chorro y lograron utilizarlos en la 2° guerra mundial.
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 8 Los anteriores dibujos de globo ilustran los principios básicos sobre los que operan los motores de la turbina de gas. El aire comprimido adentro de un globo como en la letra (A) ejerce fuerza contra los límites del globo. El aire, que tiene peso y ocupa espacio, tiene, por definición, masa. La masa del aire es proporcional a su densidad, y la densidad es proporcional a la temperatura y presión.
Las moléculas de aire se dispersan al aumentar la temperatura, y aumenta la presión, y al disminuir la temperatura se acercan y baja la presión, como lo define la ley de Boyle y Charles (PV/T = K).
Al salir la masa de aire que está adentro del globo se crea una fuerza como se observa en la letra (B). Esta fuerza aumenta al crecer la masa y la aceleración, como lo describe la segunda ley de Newton (F = MA). La fuerza creada por la aceleración de la masa de aire que está adentro del globo da como resultado una fuerza que es igual y opuesta y que causa que se propulse el globo en la dirección opuesta, como lo describe la tercera ley de Newton. (Cada acción tiene una reacción igual y opuesta.)
La fuerza se sostiene al reemplazar el aire adentro del globo como indica la letra (C), y, aunque impráctico, deja que una carga sea manejada por la fuerza de la masa de aire que está acelerando e impulsando una turbina, como se observa en la letra (D).
La letra (E) muestra una forma más práctica para mantener la fuerza de una masa de aire en aceleración, que se usa para impulsar una carga. La carcasa contiene un volumen fijo de aire que comprime un compresor impulsado por un motor. La aceleración del aire comprimido de la carcasa impulsa una turbina que está conectada a la carga.
La letra (F) muestra como el combustible se inyecta entre el compresor y la turbina para acelerar aún más la masa de aire, así multiplicando la fuerza que se usa para impulsar la carga.
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 10 La letra (G) muestra como se quita el motor y el compresor se acciona con una porción del gas de combustión, logrando que el motor sea auto suficiente, siempre y cuando se
proporcione combustible.
La letra (H) (arriba) muestra una típica operación de motor de turbina de gas. El aire de la entrada se comprime, se mezcla con el combustible y se enciende. El gas caliente se va expandiendo a lo largo de la turbina suministrando la potencia mecánica, y se libera a la atmósfera.
2.2.1.1Generalidades
La turbina de gas es una maquina de combustión interna de flujo continuo.
Se le llama turbina de gas porque al efectuar la combustión, produce su propio gas caliente a alta presión para mover las turbinas.
La primera une la turbina del compresor o turbina de alta presión con el compresor axial. La segunda es una flecha que une la turbina de potencia con la unidad impulsada o carga, existiendo entre turbinas un acoplamiento neumático flexible o aerodinámico.
La turbina tiene una potencia al freno de 27,500 H.P. bajo condiciones “I.S.O.”. I.S.O. Es una organización internacional de normas operativas.
Las condiciones I.S.O. dicen que para que una turbina de gas desarrolle su máxima potencia. Debe operar bajo las siguientes condiciones.
1. A nivel del mar. (Presión atmosférica). 2. A una temperatura ambiente de 15°C.
3. Sin obstrucciones en el ducto de admisión de aire y ducto de escape. 4. Maquina limpia.
5. A plena carga (100% de velocidad.
Marca General Electric Modelo LM-2500-PCB
Aplicación de turbina Compresor Centrífugo Ciclo Simple
Dirección de Rotación Manecillas del Reloj Tipo de Operación Continua
Velocidad del Generador
De Gases 9850 RPM Velocidad máxima
De Turbina de Potencia 36000 RPM
Control de Gobernado woodward GS-10
Protecciones Principales Sobre-velocidad, Alta Temperatura, Vibración Mezclas Explosivas y Fuego.
Potencia de Salida 22,240 HP Temp. De Entrada 15°c. Temp. De Salida 482°c Presión Entrada de Aire 14.58 PSI No Pasos Compresor
Axial 16 Pasos Alavés variables del
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 12 Pasos de la Turbina de
Alta Presión 2 pasos de alavés (etapas) Pasos de Turbina de Potencia 6 pasos de alavés (etapas) Tipo de Cámara de Combustión Anular
Inyectores (toberas) 30 Bujías de Encendido 2
Detector de Flama Ultravioleta, Infrarrojo
Tipo de Chumaceras 5 Radiales de Ensamble 2 de carga (Bolas)
Tipo sistema de Arranque Motor Neumático Auto- lubricado A Gas 135 HP 75000 RPM.
Tipo de Combustible Gas Natural Control de Combustible GS-10 Driver
Sistema de Lubricación Por Gravedad con Bombas de Lub. y Barrido Cap. Tanque de Aceite Lubricante 55 Gal. 208 Lts. Aceite Sintético Móvil Jet Tipo de Bombas de Lub. Desplazamiento Positivo.
Al conjunto de Compresor Axial, Cámara de Combustión, y Turbina del Compresor, se le llama Generador de Gases. El resto se le llama Turbina de Potencia. El Generador de Gases está constituido por un “Compresor de Geometría Variable” una Cámara de Combustión Anular. Una turbina de Alta Presión, un sistema de accionamiento de los accesorios y sus correspondientes controles.
2.2.1.2. Ciclo de brayton
Hay cinco procesos que ocurren en los motores de las turbinas de gas, como muestra la imagen anterior. Estos procesos, que describió George Brayton por primera vez, se conocen como el Ciclo de Brayton y ocurren en todos los motores de combustión interna. Los pasos del Ciclo de Brayton son los siguientes:
La compresión ocurre entre la entrad y la salida del compresor (Línea A-B). Durante este proceso, aumentan la presión y la temperatura del aire.
La combustión ocurre adentro de la cámara de combustión en donde se mezclan el combustible con el aire en proporciones explosivas, y se enciende. El volumen aumenta drásticamente al añadirse el calor (Línea B-C).
La expansión se da al acelerar el gas caliente de la cámara de combustión. Los gases, a presión constante y con el volumen aumentado, entran a la turbina y se expanden a lo largo de ella. El tamaño de los pasajes también aumenta, cosa que permite que aumente todavía más el volumen del gas mientras que disminuye considerablemente la presión y la temperatura (Línea C-D).
La exhaustación se da en la chimenea de salida del motor con una caída grande en volumen y a presión constante (Línea D-A).
El número de etapas de la compresión y el arreglo de las turbinas que convierten la energía del gas caliente en aceleración en energía mecánica, son variables de diseño; sin embargo, todas las turbinas de gas tienen la misma operación básica.
El ciclo BRAYTON puede ser:
A) Es sencillo ó abierto: cuando los gases calientes del escape no son aprovechados para
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 14
B) Es regenerativo: cuando los gases calientes del escape son utilizados para calentar otros
productos para aumentar la eficiencia del ciclo.
2.2.1.3. Ductos convergentes y divergentes
Los compresores en los motores de turbinas a gas usan ductos convergentes y divergentes para generar las elevadas presiones necesarias para (a) proporcionar una “pared de presión”, evitando que el gas caliente en expansión salga a través de la entrada del motor así como a través del escape; y (b) para abastecer la proporción adecuada de aire y combustible para la combustión eficiente y enfriamiento de la cámara de combustión.
La presión disminuye a través de los ductos convergentes e incrementa a través de los ductos divergentes, un fenómeno que se demuestra en el equipo de pintura con aerosol. El aire comprimido, forzado a través de un ducto convergente, genera una presión más baja a través de la sección más estrecha para jalar pintura hacia adentro. La expansión a través de una sección divergente, entonces, incrementa la presión y el volumen de aire, dispersando la pintura en una niebla atomizada.
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 16 2.2.1.4. Álabes guía de entrada
Los álabes guía de entrada dirigen o alinean el flujo de aire a la primera sección de cuchillas giratorias donde la velocidad se incrementa por medio de la adición de energía. La siguiente sección de álabes del estator es divergente, proporcionando un incremento en la presión estática y una disminución en la velocidad del aire. Después, el flujo de aire entra a la segunda etapa a una velocidad y presión inicial más altas que en la entrada de la etapa anterior. Cada etapa subsecuente proporciona un aumento incrementado en la velocidad y presión estática hasta que finalmente, se llega al nivel deseado de presión y velocidad.
Algunos álabes del estator del compresor están diseñados para moverse, cambiando su divergencia, permitiendo la regulación de la velocidad y presión de salida del compresor para lograr la relación adecuada de aire para combustión del combustible y enfriamiento contra la velocidad del motor y salida de potencia.
2.2.1.5. PATRONES DE FLUJO GENERAL Y ESTABILIZACIÓN DE FLAMA
Los patrones de flujo general y estabilización de flama están ilustrados en el dibujo anterior donde se representa una cámara de combustión típica “tipo lata.” Aunque los motores modernos usan una cámara de combustión anular continua, la cámara de combustión tipo “lata” simplifica la ilustración de las técnicas de enfriamiento y combustión utilizadas en todas las cámaras de combustión.
La temperatura de la flama ilustrada en el centro del combustor está aproximadamente a 3200° F (1760° C) en la punta cuando el motor está operando a carga completa. Los metales utilizados en la construcción de la cámara de combustión no son capaces de resistir las temperaturas de este rango; por lo tanto, el diseño proporciona pasajes de flujo de aire entre
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 18 las paredes interna y externa de la cámara para propósitos de enfriamiento y de dar forma a la flama.
Se dirige el aire que fluye a la cámara interna a través de pequeños orificios para dar forma a la flama centrándola dentro de la cámara, para evitar su contacto con las paredes de la cámara
Aproximadamente 82% del flujo de aire en las cámaras de combustión se utiliza para enfriamiento y dar forma a la flama, solamente 18% se utiliza para combustión del combustible.
La regulación del flujo de combustible determina la velocidad del motor. El control del álabe del estator en el compresor controla la presión y velocidad en la cámara de combustión como una función de la velocidad del compresor.
2.2.1.6. Turbina LM2500
Consta de un generador a gas (GG), turbina de potencia y adaptador frontal de la flecha de acoplamiento de salida. El generador de gas está compuesto por un ducto de entrada de aire, un compresor de alta presión de 16 pasos, una cámara de combustión tipo anular con 2 bujías de encendido y 30 toberas que suministran el gas combustible, una turbina de alta presión de 2 pasos, un arnés de 11 termopares de temperatura T5-4 sensores de vibración y velocidad un sistema de impulsión de accesorio (caja de engranes) Separador aire-aceite, motor de arranque. Control de combustible GS-10.
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 20 Los rotores del compresor axial (HPC) y la turbina de alta presión (HPT) están conectados por medio de acanalados que se casan. El rotor de alta presión gira en dirección de las manecillas del reloj al verlo desde la parte frontal, viendo hacia delante.
El ducto de entrada y cuerpo central son los componentes de entrada del motor, montados en la estructura frontal del compresor. Los marcos estructurales proporcionan soporte para el rotor del compresor axial (HPC), chumaceras, estator del compresor, rotor de la turbina de alta presión (HPT) y rotor de la turbina de potencia (PT). Éstos incluyen la estructura trasera del compresor y la estructura media de la turbina y la estructura trasera de la turbina en la turbina de potencia (PT).
La turbina de potencia (PT) se une al GG a través del equipo de unión para producir el ensamblaje de la turbina a gas. La PT está compuesta de un rotor de turbina de baja presión de 6 etapas (alavés), un estator de turbina de baja presión. Está acoplada aerodinámicamente al GG y está impulsada por los gases de escape del GG. El adaptador frontal de la flecha de acoplamiento está conectado al rotor de la PT y proporciona potencia de flecha a la carga impulsada.
El compresor axial del GG jala aire a través del ducto de entrada, alrededor del cuerpo central. El aire después viaja a través de los álabes guía de entrada (IGV) y pasa al compresor de alta presión (HPC). La cantidad de flujo de aire en el compresor axial de 16 pasos está regulada por los alavés guías de entrada y por seis pasos de los álabes variables del estator (VSV). La posición angular de los VSVs se cambia como una función de la temperatura de entrada del compresor (T2) a la velocidad del GG (NGG). Esto proporciona una operación libre-libre de paro del compresor a través del amplio rango de velocidades del rotor y temperaturas de entrada. Entonces, se dirige el aire de descarga del compresor a la sección de combustión.
Los gases calientes del combustor, se dirigen a la turbina de alta presión (HPT), lo que impulsa el compresor axial. Los gases de escape salen de la turbina de alta presión y entran a la turbina de potencia e impulsa al adaptador frontal de la flecha de acoplamiento. El adaptador frontal se casa con la flecha de acoplamiento abastecida por el packager e impulsa la carga de salida.
Aire de extracción de la etapa No.8 Presurización y enfriamiento de los colectores De la etapa No.8 del compresor axial se extrae aire por paletas huecas de dicha etapa y se lleva a un distribuidor externo. Desde el distribuidor el aire fluye y se conduce por tuberías hacia el frente y hacia atrás hasta una boquilla eyectoras.
Cada eyector contiene un tubo venturi por el que pasa el aire, el aire de la etapa 8 atrae aire del exterior hacia el eyector con el fin de proporcionar un volumen elevado de aire a baja presión y a baja temperatura.
El aire del eyector frontal se conduce por tuberías al cubo del cuerpo frontal donde se utiliza para poner bajo presión y enfriamiento al colector A. Parte del aire del colector A pasa por unos orificios del eje frontal del rotor del compresor axial por el conducto de aire del rotor y
por unos orificios del eje posterior del rotor donde pone bajo presión y enfriamiento al colector B.
El aire del eyector posterior se conduce por tuberías al cubo de cuerpo posterior de la turbina donde se utiliza para poner balo presión y enfriamiento al colector D. Parte del aire que entra por el colector D se extrae hacia el túnel del eje de acoplamiento flexible para fines de enfriamiento y de allí sale por el extremo posterior del conducto de escape parte del aire pasa por unos orificios del eje posterior de la turbina de potencia y del tubo de aire del rotor y unos orificios en el eje frontal del rotor donde pone bajo presión y enfriamiento al colector C. Aire de extracción de etapa 9.
De la etapa nueve del compresor axial se extrae aire a través de unos orificios en la carcasa del compresor en sitios correspondientes a las paletas de la etapa nueve y se conduce por tubos al cuerpo intermedio de la turbina y al eyector posterior del pistón de equilibrio. El aire llevado al cuerpo intermedio de la turbina entra en dicho cuerpo a través de cinco de los soportes radiales. Parte del aire sale por orificios en el cubo del cuerpo para enfriar el forro interior del cuerpo el resto del aire entra en los tubos de enfriamiento de la turbina de alta presión en el respiradero del sello y en tres orificios en la cara posterior del cubo hacia el lado frontal del rotor de baja presión este aire se utiliza para enfriar el rotor y pasa por la turbina de potencia.
El aire que va al eyector posterior del pistón de equilibrio se suma al aire de la etapa trece y entra en el cuerpo a través de los soportes radiales dos y ocho y pasa a un área entre los sellos frontales de aire. Esta área hace las veces de cámara de equilibrio para reducir la carga hacia atrás del cojinete de bolas No.7.
Aire de extracción de la etapa 13
De la etapa 13 se extrae aire por unos orificios de la carcasa del compresor y pasa por un distribuidor. El aire se conduce por tuberías que están instaladas y montadas en la carcasa del cuerpo posterior del compresor axial hacia las coronas de la segunda etapa de la turbina de alta presión, circula y enfría las toberas de dicha etapa. Parte del aire sale por los orificios en el borde de salida de las toberas y el resto se utiliza para enfriar el sello entre las etapas, el lado posterior de las bases de alavés de la primera etapa y el lado frontal de las bases de alavés de la segunda etapa. Parte del aire de la etapa 13 se suma al aire de la etapa 9 en el eyector posterior y se utiliza para el equilibrio de presión del cojinete No 7.
Aire de extracción de la etapa 16
El aire de extracción de la etapa 16 o aire de la descarga del compresor se extrae a través de unos orificios en la pared interior del cuerpo posterior del compresor y por los soportes radiales No.3, 4,8, y 9 este aire se extrae uniformemente por los cuatro orificios. De la descarga del compresor también se extrae aire para enfriar alavés de la turbina de alta presión. El resto del aire extraído de la descarga del compresor se utiliza para enfriar el forro de la cámara de combustión y las paletas de las toberas de la primera etapa de la turbina de alta presión.
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 22 2.2.1.7.CHUMACERAS Y COLECTORES
Las dos flechas de los motores están soportadas por siete chumaceras en cuatro colectores secos, donde se rocía el aceite sintético sobre cada chumacera para enfriamiento y lubricación. Los cojinetes de bolas mantienen el posicionamiento axial o de empuje de cada flecha. Otras cargas de la flecha son llevadas por cojinetes de rodillos. Cada chumacera está numerada de acuerdo a cómo se relaciona con el tipo y la ubicación de la estación del motor: B para bolas y R para rodillo. Los colectores se identifican alfabéticamente del frente hacia atrás en el motor.
La turbina de gas (GG) con un ensamblaje de turbina de potencia de 6 pasos consta de dos sistemas giratorios separados el GG y PT. Se usan siete chumaceras: la 3 R está ubicada en el colector A; el colector B contiene las chumaceras 4R y 4B; el colector C contiene las chumaceras 5R y 6R; y el colector D contiene las chumaceras 7B y 7R. El compresor axial
Con una turbina de alta presión de dos pasos contiene sólo las primeras cuatro chumaceras: 3R, 4R, 4B, y 5R.
El lado delantero del rotor del generador de gas está soportado por la chumacera 3R, que se encuentra alojada en el colector A. El lado posterior del rotor está soportado por las chumaceras No. 4B y No. 4R, que se encuentran alojadas en el colector B. La chumacera No. 5R es un cojinete de rodillo que soporta la flecha posterior del rotor de la turbina del generador a gas.
El soporte del rotor de la PT consta de tres chumaceras: las chumaceras No. 6R, 7B y 7R del rotor de la turbina del generador de gas. Las chumaceras No. 6R y 7R son cojinetes de rodillos montados sobre las flechas delantera y posterior respectivamente. La chumacera No. 7B es un cojinete de bolas montado en la flecha trasera, justo delante de la chumacera No. 7R. Lleva la carga de empuje de todo el rotor de la PT.
El miembro de rodillo de la chumacera 6R está montado en la TMF. La 3R, 4R, 4B, 5R y 7B son chumaceras aparejadas y con anillo - guía interno.
Todos los anillos guía externos de las chumaceras, a excepción de la No. 4B, 5R y 7R están bridados. La chumacera No. 4B está retenida por una tuerca espaciadora a través de su cara externa. Las chumaceras No. 5R y 7R están retenidas por medio de un anillo con lengüeta que engrana por medio de ranuras en el anillo guía exterior. Las chumaceras No. 3R y 5R, bajo ciertas condiciones, pueden estar ligeramente cargadas. Para evitar que se patinen los rodillos bajo estas condiciones, el anillo guía externo es ligeramente elíptico para mantener los rodillos girando.
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 24 2.2.1.8. IMPULSIÓN DEL COMPRESOR TIPO REACCIÓN DE IMPULSO
La turbina de impulsión por compresor es un tipo de “reacción de impulso” diseñada para la máxima eficiencia al convertir el flujo de gas caliente en energía mecánica giratoria. Una tobera fija del primer paso dirige el flujo al primer paso de las cuchillas giratorias. El impulso del gas caliente en expansión sobre la superficie más baja de cada cuchilla giratoria genera movimiento en la dirección hacia arriba.
El flujo del gas caliente por arriba de la cuchilla siguiente crea una presión más baja por arriba de la cuchilla al igual que sucede por arriba del ala de una aeronave, causando una fuerza rotacional adicional. Los pasos subsecuentes operan idénticamente, multiplicando la fuerza rotacional. Las turbinas de impulsión de carga y compresor constan de un número variable de etapas, dependiendo de la carga que se va a impulsar y otras implicaciones del diseño.
2.2.2 COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA TURBINA
COMPONENTES PRINCIPALES
La ilustración anterior es un diagrama desensamblado del motor de la turbina a gas LM2500 donde se muestran los componentes principales del motor. Cada uno de estos componentes se describe en mayor detalle en las siguientes páginas de esta sección:
Ducto de Admisión de Aire de entrada y cuerpo central Caja accesoria de engranes
Estructura Frontal del Compresor Axial
Ensamblaje de la estructura trasera del compresor de alta presión Ensamblaje del combustor(Cámara de Combustión)
Ensamblaje de la turbina de alta presión (HPT) Ensamblaje de la estructura media de la turbina Ensamblaje de la turbina de potencia (LPT)
Ensamblaje de la estructura posterior de la turbina Ensamblaje del ducto de escape
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 26 2.2.2.1 CONDUCTO DE ENTRADA DE AIRE
Los componentes de entrada dirigen aire a la entrada del generador de gas para proporcionar un flujo de aire suave y no turbulento al compresor. Estos componentes constan del ducto de entrada y el cuerpo central.
El ducto de entrada está construido de aluminio y tiene forma de boca de campana. Se ha fijado por medio de pernos a la brida exterior delantera de la estructura frontal del compresor y contiene el múltiple de lavado de agua para inyectar soluciones de limpieza líquida en el compresor.
El cuerpo central es un divisor de flujo fijado con pernos al frente del hub (dispositivo) de la estructura frontal del compresor. En ocasiones se le conoce como “nariz de bala” y viene disponible en aluminio o en un material compuesto de plástico.
2.2.2.2 Conjunto de accionamiento de accesorios
El arranque del motor, lubricación y monitoreo de la velocidad del rotor del compresor se logra por medio de los accesorios montados en la caja accesoria de engranes (AGB).
La caja de engranes de accesorios consta de una caja de engranes de entrada ubicada en el hub (dispositivo que recibe señal) de la estructura frontal del compresor, una flecha de propulsión radial dentro del punto en posición de la 6:00 en punto de la estructura frontal y una caja de engranes de transferencia acoplada a la caja de engranes de accesorios. Tanto la caja de engranes de transferencia como la caja de engranes de accesorios (AGB) están fijadas con pernos por debajo de la estructura frontal.
Los siguientes accesorios también pueden montarse en la AGB: Marcha hidráulica o neumática
Bomba de barrido y aceite de lubricación del motor Bomba hidráulica de geometría variable
Separador Aire-Aceite
El separador de aire y aceite consiste en un impulsor de chapa metálica dentro de una caja de aluminio, y va montado en la parte frontal de la caja de engranaje, es decir la sección
corresponde a los accesorios. Para evitar pérdidas excesivas de aceite al dejar escapar vapores de aceite por los respiraderos, todos los respiraderos de los Colectores desembocan en el separador de aire y aceite. El aire de los colectores se deja escapar después de pasar por el separador, mientras que el aceite se recoge en el interior del impulsor. Unos pequeños orificios en los segmentos del impulsor permiten que el aceite recogido salga a la caja exterior del
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 28 caja de engranaje.
Para evitar que el aceite y los vapores de aceite se escapen por el extremo del impulsor, el separador tiene dos sellos de laberinto, con la cavidad entre ellos presurizada con aire de la etapa 8.
2.2.2.3 COMPRESOR AXIAL
Sección de Admisión
La sección de admisión dirige el flujo de aire a la admisión del compresor axial y proporciona un flujo suave y sin turbulencias, esta sección está integrada por un conducto de admisión y un cuerpo central. El conducto de admisión esta unido con pernos de la brida frontal exterior del cuerpo frontal del compresor axial, y contiene el distribuidor de agua de lavado usado para inyectar soluciones liquidas de limpieza al compresor, el cuerpo central está unido con pernos a la parte frontal del cubo del cuerpo frontal del compresor tanto el conducto de admisión como el cuerpo frontal son de aluminio.
El compresor es del tipo de flujo axial de 16 etapas (alavés) de relación de alta presión. Sus principales componentes son el cuerpo frontal, el rotor, el estator y el cuerpo posterior.
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 30 La función principal de la sección del compresor es la de comprimir el aire para la combustión. Sin embargo, parte del aire se extrae para el enfriamiento de la turbina y otros usos.
El aire aspirado por el cuerpo frontal pasa por las etapas sucesivas de alavés y paletas del rotor y estator del compresor y se comprime al pasar por cada etapa. Después de pasar por las 16 etapas el aire se comprime en una proporción de 18 a 1 las directrices de la admisión y las paletas de las primeras 6 etapas son variables, cuya posición angular se cambian en función de la temperatura de admisión y la velocidad del compresor.
La estructura proporciona montaje de las previsiones de fijación para los montajes frontales del Compresor axial ubicados arriba y abajo montajes de manejo de tierra, sonda P2/T2 y caja de engranes y accesorios. La estructura también contiene pasajes de aire para el colector y ventilación y presurización de sello.
El puntal de la estructura inferior aloja la flecha de impulsión radial que transfiere potencia de la caja de engranes de transferencia (IGB) a la caja de engranes de accesorios (AGB)
El compresor de alta presión (HPC) Generador de Gases cuenta con un diseño de flujo axial, con proporción de alta presión y 16 pasos. Los componentes principales incluyen el rotor del compresor de alta presión, estator del compresor de alta presión. El número de designaciones para los pasos empieza con el paso 0 y termina con el paso 16. El propósito principal de la sección del compresor es comprimir aire para la combustión, sin embargo, parte del aire se extrae para el enfriamiento del componente del motor y presurización de sello.
El rotor del compresor de alta presión (HPCR) es una estructura de carrete/ disco. Está soportada en el extremo frontal por el cojinete de rodillo No. 3, el cual está alojado en el colector A. Al extremo posterior del rotor, lo soporta el cojinete de bolas y rodillo No. 4, que se encuentran alojados en el colector B. Hay seis elementos estructurales principales y cinco uniones con pernos detallados a continuación:
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 32 Etapa 1 disco
Etapa 2 disco con interface frontal de ducto de aire Etapas 3-9 carrete
Etapas 10-13 carrete con flecha integral de parte posterior Etapas de overhung 14-16
Un ducto de aire de una sola pared con ajuste deslizable que está soportado por la flecha posterior y el disco del paso 2, enruta el aire de presurización a través del centro del rotor para presurización de los sellos del colector B. El uso de carretes reduce el número de juntas y hace posible que varios pasos de álabes vayan en una sola pieza de la estructura del rotor. Los discos de los pasos 1 y 2 tienen una serie de colas de milano axiales para álabes sencillos, en tanto que cada una de las etapas de la 3 a la 16 tiene una ranura de cola de milano en circunferencia en la que se retienen los álabes.
El espacio libre cercano en el carrete de álabe al rotor y en la carcasa de álabe al estator se obtiene por medio de un revestimiento en aerosol para metales. Las delgadas puntas de chillido sobre las cuchillas y los álabes entran en contacto con el material rociado. La acción abrasiva de las puntas evita un rozamiento excesivo en tanto que se obtiene un espacio libre mínimo.
El sello de la presión de descarga del compresor (CDP) sirve para establecer una carga de presión diferencial para ayudar a equilibrar las diferencias entre las cargas axiales del rotor del compresor de alta presión y el rotor de la turbina de alta presión.
ENSAMBLAJEDELESTATORDELCOMPRESORDEALTAPRESIÓN
El ensamblaje del estator del compresor de alta presión (HPCS) consta de dos medias carcasas en la parte anterior y dos medias carcasas en la parte posterior. Cada una dividida horizontalmente con todas sus cuatro piezas fijadas con pernos. Alojan los álabes variables y fijos del compresor y proporcionan una cubierta estructural entre la CFF y CRF.
El HPCS tiene un paso de IGV, 15 pasos de álabes del estator y álabes guía de salida (OGV). Los IGVs y los pasos del 0 al 6 son variables, y sus posiciones angulares cambian como una función de T2 y NGG: Esta variabilidad da al perfil aerodinámico del álabe, el ángulo óptimo de ataque para una operación eficiente sin paro del compresor.
Las posiciones de los álabes están determinadas por un control de geometría variable (VG). El control del estator variable es un sistema hidráulico que consta de una bomba hidráulica montada AGV, servo válvula VSV y actuadores VSV con transformadores diferenciales variables y lineales (LVDT) para proporcionar señales de posición de retroalimentación al control electrónico del motor en apagado. Los álabes variables son accionados por un par de flechas de momento torsional. Cada uno de los extremos frontales de la flecha de momento torsional se posiciona por medio de un actuador VSV hidráulico. Los enlaces conectan directamente desde la flecha de momento torsional con los anillos actuantes de los álabes variables.
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 34 El ensamblaje del HPCS tiene dos múltiples de aire de purga: el múltiple del paso 9 que está integrado y el múltiple del paso 13 que está soldado a la carcasa del estator. El aire de purga se extrae de los álabes del paso 9 para presurización del colector, enfriamiento y presurización del sello frontal de la PT. El aire de purga extraído en los álabes del paso 13, se usa para la tobera de enfriamiento del paso 2 de la HPT y para la presurización de la cavidad del pistón de equilibrio de la PT.
Se proporcionan puertos de baroscopio en la carcasa de todos los pasos de los álabes para permitir la inspección interna del compresor.
2.2.2.4 Cámara de combustión.
(ENSAMBLAJE POSTERIOR DEL COMPRESOR DE ALTA PRESIÓN)
La CRF consta de la carcasa externa, los puntales, el hub, y el alojamiento del colector B. Su carcasa externa soporta el combustor, (Cámara de Combustión) el (los) múltiple(s) de combustible, 30 toberas de combustible, un plug de dispositivo de encendido (existe la opción de dos dispositivos de encendido) y soporte de tobera de paso 2 de la HPT. Para proporcionar aire de descarga del compresor para purga, un múltiple interno dentro de la estructura extrae aire del área de combustión y lo en ruta a través de los puntales 3, 4, 8 y 9. La temperatura de descarga del HPC (T3) es monitoreada por dos sensores de T3 montados en la CRF. Seis puertos de borescope localizados en la estructura permiten la inspección del combustor, toberas de combustible y tobera del paso 1 de la HPT. Se proporcionan dos puertos de borescope en la porción posterior de la carcasa para inspección de las cuchillas y toberas de la HPT
El alojamiento del colector B se acopla con la CRF. El alojamiento forma la cavidad del colector y soporta los sellos del colector, anillo guía No. 4, chumacera No. 4 y lube jet. Para proporcionar el crecimiento térmico diferencial entre la tubería de servicio del colector y la estructura de los alrededores, los tubos están acoplados sólo al colector y tienen uniones de deslizamiento donde pasan a través de los extremos de los puntales exteriores. El CFR, junto con el ensamblaje del capuchón del combustor, sirve como un difusor y distribuidor de aire de descarga del compresor. El difusor proporciona aire uniforme de baja velocidad al combustor.
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 36 Ensamblaje del combustor o Cámara de Combustión.
El combustor tiene un diseño anular singular que consta de cuatro componentes principales: ensamblaje del capuchón (difusor), domo, revestimiento interno y revestimiento externo. El ensamblaje del combustor está montado en la CRF y se mantiene en su lugar a través de 10 pines de montaje espaciados a la misma distancia. Éstos proporcionan locación axial y radial y aseguran el centrado del ensamblaje del capuchón en el pasaje del difusor.
El ensamblaje del capuchón, junto con la CRF, sirve como un difusor y distribuidor para el aire de descarga del compresor. Proporciona flujo de aire uniforme al combustor a lo largo de un gran rango de operación, proporcionando combustión uniforme en la turbina. El ensamblaje del capuchón consta de un anillo tornado y entradas internas y externas del capuchón soldadas a la pared interna y externa del capuchón.
El domo aloja 30 tazas de turbulencia axial que inducen remolinos (una en cada punta de la tobera de combustible 30 en total). Las tazas de turbulencia proporcionan estabilización de la flama y la mezcla del combustible y aire. La superficie interior del domo está protegida de la temperatura alta de la combustión por medio de una película de aire de enfriamiento. Se evita la acumulación de carbono en las puntas de la tobera de combustible por medio de carretes en forma de Venturi acoplados al remolinador.
Los revestidores del combustor son una serie de anillos en traslape unidos por una resistencia soldada y juntas con soldadura con latón. Se protegen del calor de la combustión por medio enfriamiento de película en circunferencia.
La combustión primaria y el aire de enfriamiento entran a través de espacios muy cercanos entre sí en cada anillo. Estos orificios ayudan a centrar la flama y a admitir el equilibrio del aire de combustión. Se emplean orificios de dilución en los recubrimientos externos e internos para una mezcla adicional para bajar la temperatura del gas en la entrada de la turbina. Los sellos de aire de la tobera de combustión / turbina en el extremo posterior del re- vestidor evitan una fuga excesiva de aire a la vez que proporcionan el crecimiento térmico.
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 38 SISTEMADEIGNICIÓN
Durante el arranque, el sistema de ignición produce las chispas de alta energía que crean la ignición de la mezcla de combustible y aire en el combustor. El sistema consta de dos dispositivos de encendido de chispa (bujías) de alta energía en la cámara de combustión, dos excitadores de ignición de capacitor de descarga de alta energía y cables de interconexión. Dos deflagradores de chispa; Los cables de ignición se interconectan directamente entre el excitador montado en el paquete y los dispositivos de encendido, que están montados en la estructura frontal de la cámara de combustión.
Alimentación de energía 120 vca 60 Hz Tasa de chispa 2/ seg.
Energía de Intensidad máxima 100,000 vatios min. Corriente de Intensidad máxima 2000 amp. Min.
Durante la secuencia de arranque, se enciende el combustible, el cual se energiza por medio del excitador de ignición. Una vez que la combustión se vuelve auto sostenible, se desenergiza el dispositivo de encendido. El ciclo máximo de trabajo es un máximo de 30 segundos encendido y ciclos de arranque los que sean necesarios.
Sensores de flama
Un detector de flama ultravioleta indica la presencia o pérdida de la flama en el sistema de combustión del motor para su uso en la lógica del sistema de control del motor y lograr la secuencia y monitoreo.
El hardware del detector de la flama consta de dos ensamblajes de sensor ultravioleta y dos ensamblajes de ventana para ver la flama, montados en dos orificios en la estructura posterior del compresor. Los sensores de flama vienen equipados con camisas de enfriamiento y cables integrales que se conectan directamente al acondicionador de señal abastecido por el packager. (Sistema operativo)
Nota: El sistema de ignición normalmente esta energizado solo durante la secuencia de arranque. Sin embargo, el circuito debe de ser arreglado de tal manera que el sistema de ignición y las válvulas de cierre de combustible puedan ser operados independientes durante las inspecciones de mantenimiento.
2.2.2.5 TURBINADEALTAPRESIÓNENSAMBLAJE
El ensamblaje de la turbina de alta presión es un diseño de 2 pasos enfriado por aire con alta eficiencia. La sección de la turbina de alta presión consta del rotor y los ensamblajes de tobera de paso 1 y 2.
Las toberas de la turbina de alta presión dirigen el gas caliente del combustor (cámara de combustión) a los álabes del rotor de la turbina de alta presión (HPTR) al ángulo y velocidad óptimos. El HPTR extrae la energía de la corriente de gas de escape para impulsar al rotor del compresor de alta presión (HPCR) al cual está mecánicamente acoplado.
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 40 ENSAMBLAJEDELROTORDELATURBINADEALTAPRESIÓN
El rotor de la turbina de alta presión (HPTR) consta de una flecha frontal, dos discos con cuchillas enfriadas por aire y retenedores de cuchillas, un espaciador del rotor, un blindaje térmico y una flecha posterior.
La flecha frontal de la turbina de alta presión (HPT) transmite la energía al rotor del compresor de alta presión (HPCR). Se transmite el momento torsional a través de la junta acanalada en el extremo frontal de la flecha. Hay dos sellos acoplados al extremo frontal de la flecha.
El sello frontal evita que la CDP (Presión de descarga del Compresor) entre directamente al colector B. El sello posterior mantiene la CDP en el pleno formado por el rotor y combustor. El pleno es una cámara de equilibrio que proporciona una fuerza que mantiene la carga de empuje apropiada sobre el cojinete de bola No. 4.
El diámetro interno rebajado en la brida posterior de la flecha frontal, proporciona un sitio radial para el retenedor de la cuchilla del paso 1 y un sello face para el aire de enfriamiento interno del rotor. El diámetro exterior rebajado en la brida proporciona un sitio para el disco del paso 1 y estabilidad para el ensamblaje del rotor. El espaciador proporciona estabilidad
adicional y transmite el momento torsional del disco del paso 2 al disco del paso 1. El blindaje térmico ubicado entre los dos discos forma la porción exterior de la cavidad de aire de enfriamiento del rotor de la turbina y sirve como la porción giratoria del sello de trayectoria de gas inter-paso.
Se enfría el rotor de la turbina de alta presión (HPTR) por medio de un flujo continuo del aire de descarga del compresor (CDP) que pasa a través de los orificios en la flecha de la turbina frontal. El aire enfría la parte interna del rotor y al disco antes de pasar entre las colas de milano y afuera hacia las cuchillas.
ENFRIAMIENTODELACUCHILLADELATURBNADEALTAPRESIÓN
Las cuchillas de la turbina de alta presión del paso 1: Las cuchillas de la turbina del primer paso, contenidas dentro de la CRF, se enfrían internamente con el aire de descarga del
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 42 compresor axial. El aire de descarga del compresor axial (HPC) se dirige a través del disco de la turbina a las raíces de la cuchilla pasando a través de los orificios de entrada en el shank a los pasajes del serpentín dentro de la sección del perfil aerodinámico de la cuchilla. El aire finalmente sale a través de la nariz y orificios de la aleta en el borde delantero de las cuchillas, donde forma una película aislante sobre la superficie del perfil aerodinámico a través de los orificios en el cap en el extremo exterior de la cuchilla y a través de orificios del borde trasero del perfil aerodinámico.
Las cuchillas de la turbina de alta presión del paso 2: Debido a que la corriente de la trayectoria del gas caliente es más frío cuando llega a las cuchillas de la turbina del segundo paso, el enfriamiento requerido para mantener una temperatura del metal apropiada no es tan grande como con el primer paso. Las cuchillas del segundo paso son, por tanto, enfriadas únicamente por convección. El aire pasa a través de pasajes dentro de la sección de perfil aerodinámico y se descarga sólo en las puntas de las cuchillas.
ENFRIAMIENTODELATOBERADELPASO1DELATURBINADEALTAPRESIÓN. La tobera del paso 1 de la HPT: ésta dirige los gases de alta presión de la sección de combustión a las cuchillas de paso 1 de la turbina en un ángulo y velocidad óptimo.
Las toberas están recubiertas para mejorar la resistencia a la corrosión y oxidación. Hay 32 segmentos de tobera, cada segmento consta de dos álabes. Los álabes de la tobera se enfrían por convección y enfriamiento de película con aire de descarga del compresor que fluye a través de cada álabe. Internamente, se divide el álabe en las cavidades frontales. Se descarga el aire que fluye en la cavidad frontal a través de orificios en el borde delantero y a través de orificios de la aleta en cada lado cerca del borde delantero para formar una fina
película de aire frío sobre la longitud del álabe. El aire que fluye a la cavidad posterior se descarga a través de orificios adicionales de la aleta y ranuras del borde trasero.
ENFRIAMIENTODELATOBERADELPASO2DELATURBINADEALTAPRESIÓN Tobera del paso 2 de la Turbina de Alta Presión) HPT: La tobera del paso 2 dirige los gases de alta presión que salen de las cuchillas del paso 1 de la turbina hacia las cuchillas del paso 2 de la turbina en un ángulo y velocidad óptimos. El ensamblaje de la tobera de paso 2 se enfría por convección. Se enfrían el área central del álabe de la tobera y el borde delantero por medio de aire (paso 13) que entra a la tobera a través de los tubos de aire de enfriamiento. Se descarga parte del aire a través de los orificios en el borde delantero en tanto que el remanente fluye a través de la parte inferior de los álabes y se usa para el enfriamiento de los sellos inter-paso y del blindaje térmico.
Los refuerzos de la turbina forman una porción de la trayectoria de flujo aerodinámico exterior a través de la turbina. Se encuentran ubicados radialmente en línea con las cuchillas de la
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 44 turbina y forman un sello de presión para evitar una fuga excesiva de gas sobre las puntas de las cuchillas.
SELLOINTER-PASO
El ensamblaje del sello de inter-paso se acopla al segmento de la tobera. El sello controla la fuga de gas entre la tobera del paso 2 y el rotor de la turbina. La superficie de sellado tiene tres dientes para la elevación mínima de temperatura a través de los dientes. El sello inter-paso consta de una carcasa soldada con latón a una superficie de panal de abeja. Los sellos están pre-ranurados para evitar que el sello tenga rozamiento bajo condiciones de paro de emergencia cuando la contracción térmica causaría contacto de la superficie.
ENSAMBLAJEDELAESTRUCTURAMEDIADELATURBINA
El ensamblaje de la estructura media de la turbina soporta el extremo posterior de la turbina de alta presión y el extremo frontal del rotor de la PT. Se encuentra fijado con pernos entre la brida trasera de la carcasa exterior posterior y la brida frontal del estator de la PT. La estructura proporciona un pasaje de flujo de difusor suave para el aire de descarga de la turbina de alta presión a la turbina de potencia.
La tubería para lubricación de la chumacera y presurización del sello se encuentra ubicada dentro de los puntales de la estructura. La estructura contiene puertos para los termopares de entrada de la PT (T5.4) y sonda de presión (PT5.4). Estos puertos pueden usarse para proporcionar acceso a la inspección del borescope del área de entrada de la PT. El hub es una pieza fundida con bridas para soportar el alojamiento del colector, sellos estacionarios, soporte interno del revestimiento y soporte de la tobera del paso 1 de la PT.
El ensamblaje del revestimiento consta de un revestimiento interno y externo y fuselado de puntales con forma de perfil aerodinámico. Los fuselados de puntales incorporan una característica de junta de deslizamiento para dar cabida a la expansión térmica. Este
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 46 ensamblaje del revestimiento guía el flujo de gas y protege a la estructura principal de la alta temperatura. El ensamblaje de revestimiento está soportado en el extremo frontal por medio de soportes internos y externos del revestimiento. Los sellos en ambos extremos de los revestimientos existen para evitar una fuga excesiva del aire de enfriamiento proveniente de la parte trasera del ensamblaje del revestimiento.
El aire de enfriamiento para el ensamblaje proviene del aire de purga de la etapa 9 del HPC a través de cinco de los puntales de soporte.
2.1.2.6. TURBINA DE BAJA PRESIÓN Ó POTENCIA
ENSAMBLAJE
La turbina de potencia PT es una turbina aeroderivada de 6 pasos apropiada para velocidades de salida de 2850 – 3600 rpm. El ensamblaje de la PT consta de un rotor de turbina, estator, estructura posterior y una flecha de acoplamiento de alta velocidad.
El rotor de la PT es un rotor de turbina de baja presión de 6 pasos montado entre el cojinete de rodillo No 6, alojado en el colector C y los cojinetes de rodillo y bolas alojados en el colector D. Consta de seis discos, cada uno con dos espaciadores integrales, uno en cada lado (a excepción de los pasos 1 y 6). El paso 1 tiene un sello en el extremo frontal. Cada espaciador de disco está acoplado al espaciador de disco adyacente por medio de pernos de ajuste cercano.
La flecha frontal está asegurada entre el espaciador del sello del paso 2 y el disco del paso 3, y la flecha posterior entre el disco del paso 5 y el espaciador del sello giratorio del paso 6. Las cuchillas de todos los seis pasos contienen refuerzos de punta de interbloqueo para bajos niveles de vibración y se encuentran retenidos en los discos con colas de milano. Los
sellos giratorios, asegurados entre los discos, se casan con sellos estacionarios para evitar una fuga de gas excesiva entre los pasos.
El estator de la PT consta de dos medias carcasas divididas horizontalmente, toberas de turbina del paso 2 al 6 y seis pasos de refuerzos de cuchillas. Las toberas de los pasos 2 a 3 tienen segmentos soldados de seis álabes cada una.
La tobera de turbina del paso 1 de la PT consta de 14 segmentos de seis álabes cada uno. El extremo interior está acoplado al soporte de la tobera, y el extremo exterior está asegurado al anillo de soporte de la tobera exterior que está asegurado entre la brida posterior de la estructura y la brida frontal del estator de la PT.
Los refuerzos de panal de abeja montados en los canales se casan con las puntas de cuchillas reforzadas para proporcionar sellos de cercano espacio libre y para actuar como un blindaje del calor de la carcasa. Los sellos estacionarios inter-paso están acoplados a los extremos interiores de los álabes de la tobera para mantener baja fuga de aire entre los pasos. El aislamiento está instalado entre las toberas/refuerzos y la carcasa para proteger la carcasa de la alta temperatura del vapor de gas. Un revestimiento instalado para los pasos del 1 al 3, aísla a la carcasa de los gases de la trayectoria de flujo.
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 48 ENSAMBLAJEDELAESTRUCTURAPOSTERIORDELATURBINA
La estructura posterior de la turbina (TRF) consta de una carcasa posterior, ocho puntales radiales y un hub de acero fundido de una sola pieza. La TRF forma la trayectoria de flujo de escape de la turbina de potencia y soporta el extremo posterior de la carcasa del estator de la turbina de potencia. También proporciona una brida de montaje para el cono exterior del sistema de escape y proporciona puntos de acoplamiento para los soportes posteriores de la turbina a gas.
El hub soporta el alojamiento de la chumacera para el cojinete de bolas No. 7 y de rodillo No. 7. El hub y los alojamientos de la chumacera tienen bridas a las cuales los sellos de aire y aceite están acoplados para formar el colector D. Los puntales contienen varias líneas de
servicio para la alimentación de lubricación y venteo y barrido del colector. Los transductores de velocidad de la turbina de potencia también están montados en los puntales.
2.2.2.7. DUCTO DE SALIDA GASES ESCAPE
ENSAMBLAJE
El ducto de escape consta de ductos internos y externos que forman el pasaje de difusión desde la TRF de potencia. La sección de difusión recupera una porción de la energía cinética de los gases de escape, dejando la turbina de potencia antes de la vuelta de 90 grados en el ducto de escape. El ducto del difusor interior puede moverse a la parte
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 50 posterior para tener acceso a la flecha de acoplamiento. El ducto de escape está soportado de manera independiente de la estructura de la base de la turbina a gas. Se usan las juntas de expansión tipo anillo del pistón para dar cabida al crecimiento térmico entre la TRF y el ducto de escape.
FLECHADEACOPLAMIENTOFLEXIBLE
La flecha de acoplamiento de alta velocidad consta de un adaptador frontal que se casa con la turbina de potencia, dos acoplamientos flexibles, una pieza de distancia y un adaptador posterior. El adaptador posterior se casa con la carga conectada.
Los adaptadores frontales y posteriores están conectados a la pieza de distancia a través de acoplamientos flexibles. Los acoplamientos flexibles permiten deflexiones axiales y radiales entre la turbina a gas y la carga conectada durante la operación.
Dentro del adaptador posterior y el acoplamiento flexible posterior está un amortiguador axial que consta de un cilindro y un ensamble de pistón. El sistema del amortiguador evita los ciclos excesivos del acoplador flexible. Los anillos anti-deflexión restringen la deflexión radial de los acoplamientos durante cargas de choque.
2.2.3. SISTEMAS QUE COMPONEN UNA TURBINA.
2.2.3.1 Sistema Gas de Arranque.La Turbina de gas está provista de un asiento en la caja de engranajes de accesorios, para montar un arrancador. Pueden utilizarse arrancadores neumáticos de aire o gas natural,
hidráulico o eléctrico. Este caso la Turbina es accionada con arrancador neumático tipo turbina, usando gas natural para su operación. El gas natural se obtiene del PA-03 (Cempoala) de su línea de gas de arranque. El control operacional del arrancador o motor de arranque se logra a través de un panel de control y un ensamble de válvulas de control montadas en el piso del Encabinado de la turbina situada en el lado derecho del compresor axial. El flujo de escape del motor de arranque es canalizado por un tubo de 6"Ø por lado externo de la casa turbocompresor a la atmosfera. El requerimiento del sistema es un suministro de gas limpio y seco, a una presión de aproximadamente 375 psig para la operación del ensamble de válvulas de control y el arrancador neumático. La presión de entrada del gas en el arrancador será de aproximadamente 40 psi a un rango de temperatura de -40 y 200° f.
El sistema de arranque está compuesto por:
1. Motor de arranque neumático montado en la caja de accesorios. 2. Ensamble de válvulas reguladoras de control.
3. Tuberías de interconexión y cables de alimentación.
Los dispositivos montados en el panel del ensamble de las válvulas de control incluidos válvula de paro VPR-36, válvula de regulación VPR-40, válvula de control VPR-59, válvulas solenoides 20SG, 20SV-1 y 20SV-2 una unidad de filtrado y un indicador de presión.
El arrancador hace funcionar la Turbina hasta una velocidad que después del encendido le permitirá seguir acelerando hasta alcanzar la velocidad de marcha en vacio. además el arrancador se utiliza periódicamente para mover la turbina para el lavado interno con agua mezclada con algún producto de limpieza así como para el enfriamiento después de algún paró.
El arrancador es operado antes del arranque de la máquina para purgar los sistemas de admisión y escape, esto se logra manteniendo un nivel de velocidad en el generador de gases de 1200 RPM durante un tiempo especifico llamado tiempo de purga. Para el caso especifico de la estación de compresión 7 Cempoala, el valor del temporizador de purga es de 60 segundos, y está programado en la secuencia de arranque de la unidad. Esta purga permite aproximadamente 4 cambios de volumen en los sistemas de admisión y escape, logrando con esto purgar completamente la unidad.
En el arranque de la turbina de gas, la maquina es motorizada o movida por el arrancador hasta aproximadamente 1700 RPM, momento en el cual las válvulas de combustible normalmente cerradas son energizadas para abrir y se tiene un tiempo de 10 segundos para confirmar el encendido de la maquina. El arrancador neumatico se separa del giro de la turbina cuando el giro de la misma es auto sostenible, y se lleva a cabo aproximadamente a las 4500RPM.
El arrancador acciona al rotor del Compresor Axial a través de la caja de engranes y accesorios para poner en marcha la Turbina de gas. El flujo de gas para mover al arrancador
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 52 es controlado por medio de válvulas que permiten pasar la cantidad necesaria de gas a presión regulada.
Nota: En el tiempo de arranque se proveerá un entrecierre que abortara el arranque si el tiempo para alcanzar 1200 rpm excede de 30 segundos ó él tiempo para alcanzar 4500 rpm excede de 90 segundos.
Las características de diseño y los requisitos del arrancador son: Relación del engranaje reductor 16 A 1
Velocidad de desembrague 4500 rpm
Giro del eje Contrario a las manecillas del reloj Presión de gas de arranque 15 más 25 psi
Potencia de cresta 135 HP Velocidad de rueda de la turbina 75000 rpm Lubricación Salpicada de aceite del colector
El arrancador está provisto de un interruptor del tipo normalmente cerrado que se abre al alcanzar la velocidad de desembrague.
El gas debe estar seco y filtrado si se desea purgar el interior de la cámara del Compresor Axial el GG puede accionar a ˃1200 rpm Con 15 lbs. En baja velocidad y 25 lbs. En alta a ˃ 1700 rpm velocidad aproximada en total de esta secuencia 2200 rpm 40 lbs. En total de gas de arranque, a esto se le llama velocidad de crank.
Nota: Esta secuencia la efectúa la maquina colocando el selector de arranque de la unidad en modo de crank. Observe las figuras 1y2.
FIGURA 1 Grafico Gas de Arranque
Especialidad: Transporte de Gas por Ducto 54 Grafico Gas de Arranque
2.2.3.2. Motores de Arranque eléctricos y Neumáticos.
Motor Neumático Auto- lubricado A Gas 135 HP 75000 rpm (Cempoala) 2.2.3.3. Función de Motores de Arranque
Proporcionan el impulso inicial por medio de la caja de engranes de accesorios y transferencia al Compresor axial hasta que este sea sostenido e impulsado por la turbina del compresor (4500 rpm) la cual también recibe por nombre turbina de alta presión. Y la energía la recibe por medio de gas llamado de arranque el cual es suministrado de un patín de gas auxiliar.
