El rozamiento de las partes rotativas con las partes estacionarias puede resultar en un incremento en el claro y, debido a esto se incrementan las fugas de vapor. El rozamiento de los enpaquetamientos y sellos puede ser causado por alta vibración del rotor, distorsión térmica de la parte estacionaria, fractura de cojinete, inducción de agua, etc. Incremento de claros en empaquetamientos y sellos puede ser también causada por erosión de partículas sólidas.
Con el objetivo de producir movimiento en el eje, el vapor debe pasar entre las toberas y los alabes. El vapor que no pasa por ambos, este vapor no produce trabajo en el eje y puede producir disturbios al vapor que si pasa por la tobera y el alabe, en conclusión se observa una disminución de potencia por esta causa. Pérdidas por fugas ocurren con turbinas con cierres de cabeza, cierres de diafragma, fugas por empaquetamientos finales y fugas por empaquetamiento internos. En las figura 5.4.1 y 5.4.2 se ilustran las diferentes fugas de inter-etapa para un paso típico de impulso y reacción respectivamente.
Figura 5.4.1 Diagrama de construcción de un paso tipo impulso.
Figura 5.4.2. Diagrama de construcción de un paso tipo reacción.
La determinación de las perdidas de comportamiento debido al incremento de claros, los claros se necesitan ser medidos. En estas mediciones se debe recordar que los dientes de los empaquetamiento o sellos no son uniformes a lo largo de la circunferencia. Por esto las mediciones deben hacerse en varios puntos de la circunferencia por ejemplo arriba, abajo, izquierda y derecha.. De acuerdo a las mediciones tomadas se realiza un promedio el cual es representativo para ese sello o empaquetamiento.
Para realizar la evaluación de la pérdida de comportamiento térmico por incremento en claros en sellos de diafragma y sellos de cabeza, la General Electric obtuvo una relación de kW perdidos por milésima de pulgada de exceso de claro. Estos datos pueden ser usados como una estimación de las pérdidas si esta es disponible.
a) Fugas por Cabeza.
Fugas por cabeza son las fugas que no pasan por la parte rotativa. El promedio de estas fugas es dependiendo de las condiciones del vapor del paso, la caída de presión atravez de la punta del alabe (dependiendo del grado de reacción del alabe), el claro axial y radial y el tipo de diente del sello. A causa del gran numero de variables que afectan la magnitud de la fuga para esta perdida de flujo es difícil llegar a una formula generalizada para determinar las pérdidas. Para representar este tipo de perdidas se puede usar las siguientes datos típicos de los kW perdidos para turbinas de tipo impulso.
kW perdidos por milésima de pulgada de exceso de claro para sellos de cabeza, en pasos de tipo reacción.
Medida de la unidad - MW
AP Pasos PI Paso BP Pasos
100 2.5 1.0 1.5
500 7.0 3.0 6.0
Tabla 5.4.1. kW perdidos por sellos de cabeza
Los datos conseguidos en la tabla 5.4.1 son para el total de los pasos de turbina e incluye el factor de pérdida de los pasos. También asume que el claro axial es mas grande comparado con el claro radial.
b) Fugas por Sellos de Diafragma
Este es el flujo de fugas que no pasa por la tobera. Para reducir esta fuga los empaquetamientos de laberinto son instalados. Este tipo de fuga depende de las condiciones del vapor del paso, la caída de presión de la tobera estacionaria (dependiendo del grado de reacción), el claro radial, el diámetro y el número de dientes en el empaquetamiento. Para poder analizar este tipo de perdidas se toman valores típicos como la siguiente tabla para turbinas de tipo impulso.
kW perdidos por milésima de pulgada de exceso de claro de los sellos de diafragma.
Medida de la unidad -MW
AP Pasos PI Paso BP Pasos
100 4.0 1.0 2.0 500 8.0 2.0 4.0
Tabla 5.4.2. kW perdidos por sellos de diafragma
Los mismos comentarios de la tabla 5.4.1 aplican para aplican para esta tabla.
c) Fuga de Alabes de Raíz.
El orificio de equilibrio es un importante factor para conseguir el mínimo de perdidas de las fugas del alabe de raiz. Sin el orificio de equilibrio, las fugas por empaquetamiento de diafragma podrían entrar en el camino de vapor principal y producir disturbios en el flujo de vapor. Las pruebas de turbinas que muestran que entran las fugas con el paso de vapor principal resulta en una adicional pérdida de eficiencia del paso . estas pérdidas pueden ser considerablemente reducidas mediante el orificio de equilibrio (Figura 7). la medida de estos orificios de equilibrio
varia normalmente a las necesidades del flujo del empaquetamiento del diafragma cuando opera bajo condiciones normales . Cuando el empaquetamiento de diafragma tiene el claro mas grande de lo normal,, entonces el orificio de equilibrio no permite el incremento de flujo de la fuga. El exceso de fuga entra en el camino del vapor principal en la raíz del alabe , esto resulta en perdidas adicionales. La tabla II también incluye estas pérdidas para turbina de tipo impulso.
d) Empaquetamientos Finales.
Muchos de los empaquetamientos finales pueden ser medidos directamente, y también pueden ser continuamente monitoreados. Medidores de flujo como placas de orificio o tubos pitot , pueden ser usados para medir el flujo de las fugas .
Si las mediciones de flujo no son disponibles, la formula de martin, puede ser usada para calcular el flujo de fugas atravez del empaquetamiento del laberinto usando medición de claros radiales.
Q KA P v PKG =25 1 1 β (5.4.1) Donde: QPKG = El flujo de la fuga lbs/hr
K = Coeficiente del flujo depende del tipo y claro del diente del empaquetamiento.
A = Área de fuga = π(D)(cl) plg2
cl = Claro radial plg
D = Diámetro del eje plg
P1 = Presión aguas arriba psia
β = P P N e P P 2 1 2 2 1 −log N = Números de entradas
P2 = Presión aguas abajo Psia
Para poder encontrara el coeficiente K se aplica la figura 5.4.3.
Figura 5.4.3. Coeficiente de flujo para empaquetamiento de laberintos para uso en la formula de Martin.
Convirtiendo las fugas en efectos al régimen térmico se usa la figura 10 a la 13 . En esta figura HL es la entalpía de la fuga y HEXT es la entalpía del paso al cual la fuga es retornada . Esta curva
es graficada para un régimen térmico de 8500 Btu/kWh. Para corregir por el actual régimen térmico , se debe multiplicar el valor de la curva por:
(
0 666) (
)
3412 14 1
. Re _ _
.
gimen Ternico Actual
− (5.4.2)
Si es requerida una estimación de pérdidas en kW, el porcentaje de cambio de los kW de salida es obtenida de la siguiente ecuación:
e) Otras Fugas.
Existen otras posibles fugas que deben ser inspeccionadas, por que también contribuyen a empeorar el comportamiento térmico.
Distorsión de diafragmas también pueden ser causadas por otras causas. Los sintamos normalmente muestran muestra que aumenta el rozamiento en la parte baja en los empaquetamientos y como el material extraño las juntas a los anillos de salida.
Porcentaje de cambio en los kW de salida Menos el incremento en el regimen termico (K)(100+Porcentaje de incremento en el regimén térmico)