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Nuo vo Pignone 2.

DESCRIPCIÓN DE LA TURBINA DE GAS

2.1

GENERALIDADES Identificación de los componentes Esta sección del manual describe los diversos conjuntos ensamblados, sistemas y componentes que conforman la turbina de gas. Refiérase a las instrucciones mencionadas en este volumen, el volumen sobre Inspección y Mantenimiento y el volumen de Lista de Piezas y Disenos para obtener información detallada acerca de los componentes de la turbina de gas.

2.1.1

Definiciones para la orientación En todo este manual, se hace referencia a los extremos delantero y posterior y a las caras o los lados derecho e izquierdo de la turbina de gas y de sus componentes. Por definición, la admisión de aire de la turbina de gas es el extremo delantero mientras que la zona de escape es el extremo posterior. Los extremos delantero o posterior de cada componente quedan determinados de manera similar con respecto a su posición relativa en la unidad. Los lados derecho e izquierdo de la turbina o de un componente en particular se determinan parándose de frente a la unidad y mirando hacia atrás.

2.2

BASE DE LA ~

I

N

A

La base que sostiene la turbina de gas está constituída por un bastidor estructural de acero fabricado con vigas de perfil 1 y placas. El bastidor de la base, compuesto de dos vigas de acero longitudinales del ancho de la brida y de tres secciones transversales, constituye la base sobre la cual se montan los soportes verticales para la turbina. Se dispone de muñones y soportes de elevación, dos a cada lado de la base, en línea con las dos primeras secciones transversales del bastidor de la base. Tres zapatas torneadas a cada lado de la parte inferior de la base facilitan su montaje sobre los cimientos. Zapatas torneadas en la parte superior del bastidor permiten el montaje de los soportes para la turbina.

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Las vigas longitudinales derecha e izquierda de perfil 1 y las secciones transversales delantera y posterior de la base de la turbina se encuentran dispuestas a lo largo de la red de tal forma que constituyen canales de drenaje de aceite para los cojinetes de la turbina, el acoplamiento de la carga y el equipo de carga. Las cañenas de suministro de aceite para lubricación se encuentran dist~ibuídaslongitudinalmente en los canales.

2.3

SOPORTES DE LA TURBINA Dos placas soporte flexibles sostienen la turbina de gas en la base; uno, dispuesto debajo de la caja de entrada y el otro, debajo de la caja del bastidor de escape. Estos soportes cumplen la función de impedir movimientos laterales o rotaciones de la turbina de gas pero le permiten un movimiento axial que es el resultado de la expansión térmica de la turbina durante su funcionamiento. La placa soporte en la zona de admisión se encuentra soldada a la sección transversal delantera de la base de la turbina. La placa soporte del bastidor de escape está abulonada a la sección transversal posterior. Se dispone de dos soportes en el eje de simetría de la base de la turbina a fin de evitar la desalineación de los acoplamientos y la acción de cualquier tensión en las cañerías entre las bases resultante de la expansión térmica. El soporte delantero consiste en una placa de acero con un paso para una chaveta de fijación a los cimientos; esta última evita el desplazamiento lateral del eje de simetría de la base resultado de la expansión térmica. El soporte dispuesto en la parte central de la sección transversal de la base de la turbina es una placa de acero con un orificio de cuatro pulgadas de diámetro. Esta placa posee una clavija de acero que impide el movimiento de la base en cualquier dirección.

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2.4

BASE ACCESORIA Y SOPORTES La base accesoria es un conjunto ensamblado estructural fabricado en vigas de perfil 1 y placas que constituyen una plataforma de montaje para el engranaje de transimisión accesorio, el dispositivo de arranque y otros accesorios. El interior de la base accesoria conforma un tanque de aceite lubricante. Las placas de la parte inferior del tanque se hallan ubicadas en ángulos despreciables que forman una pendiente hacia dos caños de drenaje y tomas dispuestos a un lado de la base. Los intercambiadores de calor y los filtros del circuito de lubricación por aceite están contenidos en el tanque de almacenamiento de aceite lubricante. Se dispone de cuatro muñones y soportes de elevación en cada vértice de la base. A fin de facilitar el montaje de la base en los cimientos, se dispone de zapatas torneadas o simples placas en la parte superior de la misma. También se dispone de dos soportes en el eje de simetría, similares a los de la base de la turbina, para impedir la desalineación resultado de la expansión térmica.

2.4.1 Chaveta de desplazamiento y bloque guía La sección transversal central posee un bloque de desplazamiento soldado que recibe la chaveta de desplazamiento, parte integrante de la mitad inferior del bastidor de escape. Esta chaveta se encuentra aseguarada en su posición con niveladores, delanteros y posteriores, que ejercen una compresión contra el dispositivo de desplazamiento pero permitiendo una expansión vertical del bastidor de escape. La disposición de los componentes determina un punto de la turbina fijado longitudinalmente desde el cual la unidad puede experimentar una expansión térmica hacia adelante o hacia atrás.

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CONTENIDOS

Generalidades La turbina de gas de doble eje Modelo Serie 5002 es una máquina utilizada para impulsar una carga representada por un compresor centrígugo. En el extremo anterior de la turbina de gas, se encuentra acoplado un compartimiento de admisión de aire, el conducto respectivo que incluye un sistema de filtración autolimpiante de admisión que reduce las ondas sonoras de alta frecuencia y un separador inercia1 de aire que separa las partículas foráneas antes de que el aire ingrese a la turbina.

Turbina de Gas La verdadera turbina de gas en la unidad de la turbina de transmisión mecánica es la parte exclusiva de los dispositivos de control y protección en los cuales se genera la potencia a transmitirse al árbol a partir de la admisión de aire y combustible. El rotor del compresor de aire consta de 16 estadios. La turbina de gas posee dos volantes o discos mecánicamente independientes. El volante del primer estadio o de alta presión de la turbina impulsa el rotor del compresor y los accesorios impulsados por el árbol de transmisión. El volante del segundo estadio o de baja presión impulsa el compresor de carga. La razón de la existencia de dos volantes independientes uno del otro en la turbina es la de permitir que los dos roten a velocidades diferentes para cumplir con los requerimientos de carga variable en el compresor centrífugo. La turbina de gas incorpora un diseño de cuatro cojinetes compuesto por cojinetes portantes del tipo de zapatas de balanceo y de zapatas elípticas lubricadas a presión. Los cojinetes no 1 y no 2 sostienen el rotor del compresor y el volante de la turbina del primer estadio. Los cojinetes no 3 y no 4 sostienen el volante del segundo estadio y el eje de carga. El diseño de cuatro cojinetes permite que las velocidades críticas de las piezas rotativas sean mayores que la velocidad nominal de funcionamiento de la turbina. También permite rápidos arranques, cargas y detenciones.

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Nuovo Pignone Además, permite que las luces entre las paletas de la turbina y entre los álabes del rotor se mantengan dentro de los valores determinados de tal forma de ofrecer una alta eficiencia de los componentes y salidas mayores. Ambos volantes poseen paletas de colado de precisión y de largas extremidades de conexión. Esta innovación actúa como una verdadera pantalla contra las altas temperaturas del circuito de gas principal para los soportes de instalación de los volantes y las bases de las paletas. El enfriamiento de los volantes de la turbina se efectúa por medio de aire extraído del décimo estadio del compresor y por aire de fuga de las juntas del compresor de alta presión. Las temperaturas de los espacios interdiscales entre volantes se monitorea a través de las termocuplas. Las cajas de la unidad de la turbina están divididas por razones de conveniencia para el desarmado. El aire de descarga del compresor se encuentra contenido en un armazón exterior instalado en forma separada. La turbina de doble eje MS-5002 ha sido diseñada para funcionar con combustible gaseoso.

1.1.3

Características Principales del Funcionamiento de la Turbina de Gas El rotor de la turbina de alta presión/compresor se lleva inicialmente hasta el 20% de la velocidad nominal por medio de un dispositivo de arranque. El aire proveniente de la atmósfera y conducido hacia el interior del compresor, se dirige hacia las cámaras de combustión a través de cañerías ad-hoc. Es en las cámaras de combustión donde el combustible es inyectado a presión. Se efectúa el proceso de ignición de la mezcla aire-combustible a través de una bujía de ignición de alta tensión. (Una vez iniciado el proceso de combustión, el mismo permanecerá en las cámaras en forma continua). Los gases calientes provocan un aumento de la velocidad del rotor de la turbina de alta presión/compresor. Éste, a su vez, provoca un aumento de la presión de descarga del compresor. A medida que aumenta la presión, el rotor de la turbina de baja presión comienza a girar y ambos rotores de la turbina se aceleran hasta alcanzar la velocidad nominal de funcionamiento. Los gases productos de la combustión (gases a altas presiones y temperaturas) se expanden primero en la turbina de alta presión y luego en la turbina de baja presión para ser finalmente expulsados a la atmósfera exterior. Cuando los gases en expansión pasan a través de la turbina de alta presión y actúan sobre las paletas de la turbina, provocan una rotación de la turbina haciendo que el compresor gire y ejerza una cupla motora de salida sobre los a c c e s o ~ o sacoplados e impulsados en su eje. Los gases en expansión también provocan la rotación de la turbina de baja presión antes de ser expulsados a la atmósfera exterior provocando así la rotación de la carga acoplada. El rotor gira en sentido antihorario visto desde el extremo de admisión.

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DATOS DE DISEÑO GENERAL Número de serie de la turbina de gas............MS-5002C Aplicación de la turbina de gas ....................Transmisión mecánica (BCL 406LB-BCL 305lC-BCL 305D) Ciclo .............................................................Simple Rotación del eje ............................................En sentido antihorario Tipo de funcionamiento ................................Continuo Velocidad de los ejes ....................................5100 rpm alta presión y 4900 rpm baja presión Control ..........................................................Sistema de control electrónico de estado sólido Mark V SPEEDTRONIC Protecciones (tipos básicos) ......................... Por exceso de velocidad, por sobre calentamiento, detección de llama y vibraciones Mecanismo de enfriamiento ......................... Engranaje reductor con corona dentada Reducción de ondas sonoras .........................Silenciadores en admisión y escape que cumplen con los requerimientos

CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO (a O m sobre el nivel del mar) Salida ............................................................ 38000 HP - Norma ISO Temperatura de admisión ............................ .59F ., Presion de escape.......................................... 14,7 PSI

SECCIÓN DEL CONIPRESOR Número de estadjos en el compresor ............ 16 Tipo de compresor ........................................ De flujo axial, servicio pesado División de la caja ........................................ Brida horizontal Tjpo de álabes guía de entrada ..................... Variables

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Nuevo Pignone SECCIÓN DE LA TURBINA Número de estadios en la turbina .................2 (doble eje) División de la caja ........................................Horizontal .. Toberas del primer estadio ...........................Area fqa Toberas del segundo estadio .........................Variables

Tipo ..............................................................12 múltiples de combustión del tipo de flujo inverso Disposición de la cámara ..............................Concéntrica alrededor del compresor Tobera de combustible .................................Del tipo de combustible gaseoso, y por cámara Bujías de ignición ......................................... 2 del tipo de electrodo, inyección por resorte y de retracción automática Detector de llama ........................................ 4 del tipo ultravioleta

CONJUNTOS ENSAMBLADOS DE LOS COJINETES Cantidad ...................................................... . 4 Lubricación ................................................... Por presión Conj. ensamblado del cojinete no 1 .............. De empuje y portante activo e inactivo, (dentro del conj. ens. de la caja de entrada) contenidos en un conjunto ensamblado ....................................................... Portante.. Elíptico De empuje activo .......................................... De zapatas de balanceo, de ecualización automática Conj. ensamblado del cojinete no 2 .............. Portante, elíptico (dentro de la caja de descarga del comp.) Conj. ensamblado del cojinete no 3 .............. Portante, elíptico (en el bastidor de descarga)

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Nuovo Pignone CONJUNTOS ENSAMBLADOS DE LOS COJINETES (continuaciรณn) Conj. ensamblado del cojinete no 4 .............. De empuje y portante activo e inactivo, (en el bastidor de descarga) contenidos en un conjunto ensamblado Portante .........................................................De zapata de balanceo De empuje activo ..........................................De zapata de balanceo, de ecualizaciรณn automรกtica . . De empuje inactivo.......................................De zapata de balanceo, sin ecualzaciรณn

SISTEMA DE ARRANQUE Dispositivo de arranque ................................ Turbina de expansiรณn Modelo ......................................................... TUTHILL Tipo de engranaje de reducciรณn .................... Independiente con corona dentada hidrรกulica

SISTEMA DE COMBUSTIBLE Tipo ........................................................... Gas natural Seรฑal de control de combustible ................... Panel de control de la turbina,

SPEEDTRONIC" Vรกlvula de control, relaciรณn de velocidad ... A servocontrol electrohidrรกulico y detenciรณn de gas

Lubricante..................................................... A base de hidrocarburo Volumen total ............................................. 22.500 1. Presiรณn en el colector primario del ............... 25 PSI (1,72 bar) cojinete

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Nuevo Pignone SISTEMA DE LUBRICACIÓN (continuación) Bomba principal de lubricación ................... Impulsada por árbol con engranaje accesorio Bomba auxiliar de lubricación ..................... Impulsada a motor, de posición vertical, del tipo de cárter centnfugo Bomba de emergencia de lubricación ........... Impulsada a motor, de posición vertical, del tipo de cárter centrífugo Filtro (fluído para lubricación) flujo con válvula de transferenTipo ..............................................................De cia Cantidad ....................................................... Dual Tipo de cuerpo .............................................. De 25 micrones de filtración, fibra inorgánica

Bomba principal de suministro hidráulico ... Impulsada por engranaje accesorio, de pistón de desplazamiento axial variable Bomba auxiliar de suministro hidráulico ..... Impulsada a motor, del tipo de rotor a engranaje Filtro(s) del suministro hidráulico Tipo .............................................................. De flujo Cantidad ..................................................... Dual con válvula de transferencia

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CURVAS DE FUNCIONAMIENTO SOM 3864514:

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Nuovo Pignone 1.4

INSTALACI~N

Tópico:

POSICIÓN Y MONTAJE DE LOS BULONES DE FIJACIÓN Y PLACAS DE LAS BASES DE LA TURBINA DE GAS

Esta sección describe los procedimientos más importantes a llevarse a cabo para ubicar e instalar las placas y los bulones de fijación así como también los procedimientos a seguir para colocar la turbina de gas sobre su base.

1.4.1

Posición y montaje de los bulones de fijación y placas 1.4.1.1 Cuando se efectúa el montaje de los bulones de fijación en forma separada a la instalación principal, se dejan los huecos de geometna de paralelepípedo en la base y de las dimensiones correspondientes a los bulones. 1.4.1.2 Deben trazarse las marcas de nivel cero en la base de una forma perfectamente visible por medio de una placa amurada y nivelada. Este trabajo es competencia del departamento de ingeniería civil. 1.4.1.3 El responsable del departamento de ingeniería civil debe dejar indicadas las referencias para los ejes de la máquina sobre la base y para los ejes de los filtros de aspiración en forma perpendicular a los primeros (en caso de que existan tales ejes para los filtros y trazando las marcas visibles o con placas similares a las anteriores). 1.4.1.4 Deben extraerse las virutas producto del maquinado, limpiarse perfectamente y disponer las paredes y la parte inferior de los huecos de tal forma de asegurar una perfecta adherencia a la base existente. 1.4.1.5 Si no se encuentra presente ningúna placa metálica para posicionar la estructura, coloque dos alambres de acero (de 0,5 mm de grosor) en dirección paralela a los ejes de la unidad y manténgalos tensionados con la ayuda de contrapesos. Estos alambres se utilizan para alinear los bulones y para determinar su altura respecto al nivel considerado cero.

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1.4.1.6 Coloque los bulones de fijación y proceda a su alineación respetando los niveles de diseño y fije las camisas (vea el DSÑ. 2) a las barras de refuerzo de hierro que han sido dispuestas anteriormente en los huecos. 1.4.1.7 Disponga "Bu (vea el DSÑ. 3) protegiendo la camisa que se encuentra en el interior de tal forma de evitar que se introduzca cemento entre el bulón y el colector mismo. 1.4.1.8 Espere a que el cemento fragüe siguiendo los procedimientos convencionales inherentes al material y las condiciones de temperatura y humedad ambiente. Si se utilizan cementos de tiempos de fraguado diferentes o de fraguado rápido, las indicaciones a respetar son competencia del departamento de ingeniena civil. 1.4.1.9 Verifique nuevamente la alineación de los bulones y corrija los valores para los ejes de simetría doblando los bulones e introduciendo niveladores metálicos entre el bulón y la camisa si fuera necesario. 1.4.1.10 Coloque las placas fijándolas sobre el cemento fraguado con la ayuda de tomillos y disponga las planchas niveladoras agarradas con las tres tuercas que ya se encuentran presentes en las placas; ajuste luego todo el conjunto con el bulón de fijación (vea el DSÑ. 1-2) 1.4.1.11 Nivele las placas con una regla y nivel de precisión o un nivel óptico usando el punto "O" de la base como referencia. Tome debido registro del procedimiento en el formulario correspondiente (vea el DSÑ. 5). 1.4.1.12 Una vez transcurridas 72 horas (a menos que se especifique lo contrario), limpie perfectamente las placas quitando todo resto de cemento, óxido u otros materiales foráneos y retire los tomillos niveladores. 1.4.1.13 Proteja las placas con la ayuda de grasa especial. 1.4.1.14 Con la ayuda de sondas, efectúe la medición del espacio entre la placa y el cuerpo del nivelador. Si se encuentra alguna luz entre ambas, deje que la base se asiente por unos días, luego revise nuevamente y agregue niveladores en caso de ser necesario.

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Nuovo Pignone 1.4.1.15 Una vez que la base ha sido colocada correctamente, apriete las tuercas de los bulones con los pares de torsión correspondientes indicados en el diseño (normalmente a 28 kg-m). 1.4.1.16 Deje descansar en esta posición unas 24 horas y luego afloje los bulones y vuelva a ajustar los mismos con un par de torsión de 8 kg-m). Al mismo tiempo, con la ayuda de un dispositivo magnético de comparación , verifique que la base no haya descendido de su posición más de 0.10 mm; de lo contrario, efectúe la corrección correspondiente con niveladores colocados ad-hoc. 1.4.2

Equipo requerido:

1.4.2.1 1 regla calibrada de 5 m de longitud de error absoluto: mm.

+ 0,03

1.4.2.2 planímetros de 200-250 mm de longitud de lado del cuadrado y de 0,03 mm por metro de resolución 1.4.2.3 alambre de acero de 50 mm de longitud y @ 0,5 mm. 1.4.2.4 1 calibre rnicrométrico de O a 25 mm. 1.4.2.5 1 cinta métrica de acero de 20 m de longitud. 1.4.2.6 2 cuñas JONSON de 20 x 20 x 50. 1.4.2.7 indicadores de grosor L = 200 m

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Nuovo Pignone NOTAS

1.4.3

A)

El cemento debe asentarse perfectamente antes de cargar las placas con el peso estático de la turbina. A modo de indicación, el tiempo mínimo requerido para el descanso de la estructura base a partir de la fragua del material es de 10 días; sin embargo, puede ser necesario respetar instrucciones específicas dependiendo del cemento utilizado.

B)

A modo de indicación, el tiempo total requerido para ejecutar las operaciones de colocación y fijación de los bulones y placas es de 30 días como mínimo. Puede disponerse la turbina sobre el cimiento base una vez transcumdos 40 días a partir del inicio de las operaciones.

Colocación de la base en los cimientos para la turbina de gas

1.4.3.1 Preparación de los cimientos

1.4.4

1.4.3.1.1

Verifique los ejes de simetría de los bulones de fijación y tome debido registro de los valores en los formularios respectivos.

1.4.3.1.2

Con la ayuda de una regla y de un nivel de agua, verifique la posición real (altura) de las placas respecto del punto de nivel O. Tome debido registro de los valores en los formularios respectivos.

1.4.3.1.3

Prepare los niveladores requeridos para efectuar la nivelación en los cimientos (considere el grosor de la arandela esférica y las diferencias resultantes de la verificación descrita en el párrafo 1.4.1).

Colocación de la base sobre los cimientos 1.4.4.1 Una vez que la base de la turbina haya sido colocada sobre los cimientos a una altura aproximada de 300 mrn, disponga la arandela esférica y el nivelador sobre cada bulón. 1.4.4.2 Luego, baje la caja hasta que descanse sobre los niveladores.

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/Vuovo Pignone NOTAS

* DSN. 2

** DSÑ. 2

*** DSÑ. 2 **** DSÑ. 3

NO

fije el colector en el interior

La línea punteada indica el límite de la base en caso de que se hayan hecho huecos para los bulones de fijación y placas. Rellene con cemento una vez colocados los bulones de fijación. Disposición de la placa y colector con cemento no fraguado.

CERRAMIENTOS 1 A 5

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DSÑ. 1

Diseño típico de fijación con hueco trapezoidal.

DSÑ. 2

Diseño típico de cimientos.

DSÑ. 3

Disposición de la placa de fijación.

DSÑ. 4

Fijación con cemento no fraguado desde la camisa interior hacia arriba del nivel "O" de la base.

DSÑ. 5

Forma de la verificación de las dimensiones de los bulones de fijación por diagonales.

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Nuovo Pignone - CIMIENTOSBULÓN DE FIJACIÓN CAMISA SOBREPLACA DE F I J A C I ~ N ARANDELA ESFÉRICA NIVELADOR P LAN C HA ASIENTO PARA TORNILLO DE E L E V A C I ~ N BASE DE LA TURBINA ARANDELA PLACA RETÉN TORNILLO DE E L E V A C I ~ N

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MOD. ARGE 2).

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Nuovo Pígnone

SOBREPLACA P A R 4 FlJACION C O N C E M E N T O NO FRAGI!ADO Vea Nota * * * '

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REFUERZO

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IDENTIFICACI~N DE LA SOBREPLACA EN RELACIÓN AL DISENO DE LOS CIMIENTOS

Al. B1. C1. DI. El. F1. G1. H1. 11. L1. MI. NI.

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FORMNLARIO PARA VERIFICACIÓNPOR DIAGONAL DE LAS DIMENSIONES DE LOS BULONES DE F I J A C I ~ N NOTA: EL CLIENTE DETERMINARÁ EL MÓDULO DE LA EI~EVACIÓN DEL NIVEL DE LOS BULONES DE FIJACIÓN RESPECTO DEL PUNTO "O" DE REFERENCIA

Al. B1. C1. DI. El. FI. G1. H1.

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Y. X.

(y-X) Sobreplacas

sin bulones de fijación

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GENERAL Almacenamiento del equipo Desarmado del equipo

ALMACENAMIENTO DEL EQUIPO Debe almacenarse cuidadosamente el equipo dentro de un cerramiento o sala que ofrezca un ambiente limpio y protegido de las adversidades climatológicas SI no se instala el mismo en forma inmediata.

DESEMBALADO DEL EQUIPO Antes de desembalar el equipo, se aconseja alistar la protección adecuada para evitar daños mecánicos y corrosión atmosférica. Todo daño causado al equipo debe ser informado inmediatamente al transportista y al representante de nuestro Servicio. A fin de desembalar el equipo, retire la tapa superior del embalaje y prosiga con los revestimientos frontal, trasero y laterales.

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Nuovo Pignone -

1.5

p .

-

-

DIAGRAMA DE TURBINA DE DOS EJES

ESCAPE DE G A S

CÁMARADE COMBUSTIBLE

COblPRESOR

AXIAL

.,....

.::,

, .:: ;: ,,:.,,:..- :. ,... ..,:.,,.,:.. . . . . .:.:::::-.:.,:. ... ; '.'....-::'.. -

:.

.

i..

CO.JI'NTO ENSALIBLADO DEL EJE DE :\.P.

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UNA TURBINA DE GAS DE CICLO SIMPLE Y DOS EJES

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nrnn ARCF 71$

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Fig. 2.1 shows an exarnple of a gas turbine (in this specific case, it is our MS6001 gas turbine) with a sectional view of the rnachine properly said. This fiopre has the purpose to highlight the main component parts involved in the operating cycle.

AUXlLIARIES

t

JTLANGETO FLANGE

I

BASEPLATE

-

Fig. 2.1 Example of a simple cycle gas turbine (single shaft) The main component parts illustrated..in Fig. 2:1 are:

-

machine, generally called flange flange auxiliary equipment baseplate

The above systems are cornpleted by the suction, exhaust and control systems, which, like the auxiiiaryequiprnent and the baseplate, are dealt within the relevant chapters, whereas here only details about their arrangement and interface with the flange-flange assembly (Fig. 2.1) are descnbed. In fact, this chapter deals exclusively witb the operating principies of a flangeflange.

MOD. ARGĂ­

as


2.1

0PEMTIiiG PiRĂ­NClfLE A gas turbine works in the following way: it aspirates air from the surrounding environment; it compresses it to a higher pressure; it increases the energy leve1 of compressed air by the addition of fue1 gas which undergoes combustion in a combustion chamber; it directs high pressure and high temperature air to a hrbine section, which converts thermal energy into mechanical energy that makes the shaft revolve; this serves, on the one hand, to supply useful energy to the driven machine, coupled to the machine by means of a coupling and, on the other hand, to supply energy necessary for air compression, which takes place in a compressor comected directly with the turbine section itself; it expels low pressure and low ternperature gases resulting from the abovementioned converting process into the atmosphere.

Fig. 2.2 overleaf shows the behavioral pattern of pressures and temperatures, in terms of quality,inside the different rnachine sec'tions corresponding to the abovementioned operating phases.

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Fig. 2.2

MCD. ARGE Z S


Fig. 2.2 enhances the fact that combustion takes place under almost constant pressure conditions. Unlike alternative motors, compression and expansion take place on a continua1 basis, as happens for power generation. On the contrary, in an alternative motor (for ex., a four-seoke, eight cycle motor), though power is generated in ihe expansion phase, like in a turbine, tbis process takes only 114 of the complete cycle, whereas in agas turbine expansion takes place continually a l l through the cycle. The same applies to compression. For the same reason, along with the fact that there are no mases in alternate motion, the degree of regularity of the running cycle of a gas turbine is incomparably geater than that of an alternative motor (eight or Diese1 cycle).

2.2

MAIN'COMPONENT PARTS OF A GAS 'I'UWINE

LOAD --CL

Fig. 2.3 - A sectional View of a Gas Turbine

A gas turbine (Fig. 2.3) is composed of three rnairr sections, descnbed in the following paragraphs. As concems design and construction features, these are extensively dealt with in Chapter 3.


The compressor s h d be of the axial type (Fig. 2.3). The choice of this type of compressor depends on the fact that this compressor is capable to deliver high air output ratings, necessary to obtain high values of useful power in a reduced size. This concept will be resumed later, when the main thermodynamic ratios in the operating cycle of a gas turbine are described. A compressorconsistsof aseries of stages of rotating blades, which increase air speed in te- of kinetic energy, followed alternately by stages of stator blades, which convert kinetic energy into higher pressure. The number of compression stages is related to the stmcture of the gas turbine and, above all, to the compression ratio to be obtained. At the compressor inlet side, there are Met Guide Vanes (or, IGV), whose primary purpose is to direct air, deiivered by the suction system, towards the fmt stage of rotating blades. Another important function of IGVs is to ensure a correct behaviour by the compressor, in terms of fluid dynamics, under different transient operating conditions (for example, du単ng start-up and shut down) when, due to different running speeds as apposed to normal operating speed, the opening angle of IGVs is changed: this serves to vary the air delivery rate and to restore ideal speed 端iangles in transient phases. FinaUy, in combined cycles and in the co-generation process, the capabili$ to change the geometricaiposition of IGVs permits to optimise temperatures at the turbine exhaust side and, thus, to increase the efficiencyof the recovery cycle by varying the flow rate of the air entering the compressor. At the compressor output side there are a few stages of Exit Guide Vanes or EGV, necessary to obtain maximum pressure recovery before air enters the combustion chamber. The compressor serves aiso to supply a sourceof air needed to cool the walls of nozzles, buckets and turbine disks, which are reached via channels inside the gas turbine, and via extemai connecting pipings. Additionally, the compressor supplies sealing air to bearing labyrinth seals.

MOO. ARGE US

.-


2.2.2 Combinstion Section In the case of "heavy duty" gas turbines as the one shown in Fig. 2.3, the cornbustion section consists of a system of one or more tubular combustion chambers (in this specificcase there are ten combustion chambers) ananged symrnetrically and evenly in a circumference; these chambers receive and burn fuel by means of an equal number of burners (one per combustion chamber).

Air enters each chamber with a flow direction inverse to that of the hot gases inside (for this reason, this method of air dis端ibution is called "reverse flow"). This extemal flow, whichmarginally touches the various chambers, serves to c w l them. In addition, the part of air that does not take part in the combustion process is used for cooling the combustion products; in fact, it is introduced into the chambers through "diluition" holes until optirnal temperature conditions are established to allow the gas and air mUrture into the turbine section. 3 Air passage fiom the combustion section properly said to the gas turbine inlet takes place inside manifoldscalled "transitionpieces"; here, the gases flowing out of the single combustion chambers are led to forma continuous annular profde, equal to the one that leads into the fust stage nozzles ring.

Initially, the combustion process is i,snited by one or more spark plugs. Once ignited, combustion proceeds in a self-sufficient way without the help of spark plugs, as long as the delivery conditions of fuel and combustion air are fulfilled. In the case of gas turbina built for the aviation industry (LM , PGT16 and 25 range), the combustion section consists of a sihgle chamber of toroidal shape, with direct and not "reverseflow" cooling; in fact, this helped reduce extemal diametral sizes, since a smaller fiontal section was needed in order to offer as little resistance as possible to aircraft motion. For the same reason, this combustion chamber does not need any separate transition pieces. The other operating principies are the same as those described for tubular chambers.

MOO. ARGE 2JS


2.23 Turbine Section

Inthe case of "heavy duty turbines, as shown in Fig. 2.1, the turbine section "

comprises a certain number of stages (inthis specific case, three stages), each one of them consisting of one stator stage (disĂźibutornozzle); in this stage, high temperature and high pressure gases delivered by the transition piece described beforehand are accelerated and directed towards the rotor stage of buckets mounted on a disk connected with the power shaft. As mentioned before (para 2.1), the conversion of thermal energy and pressure into kinetic energy takes place in the stator stage. The rotor stage completes this conversion, as here kinetic energy is transformed into energy that drives the shaft, thus generating the power required to drive the compressor (internal compression work, cannot be used as externally useful work) and to operate the driven machine (generator, compressor, etc.) connected to the gas turbine by means of a coupling. The energy of gases supplied by the combustion system can be varied by changing the delivery rate of fuel. In this way you can regulate the useful power values needed for the technological process of which the gas turbine is the motor. 23

BRAYTON CYCLE The thermodynamic cycle according to which a gas turbine works is known as

.-

.

- -- -

-

-

the Brayton cycle. Fig. 2.4 illustrates a diagrarn of a gas turbine (in this specific case, an MS6001 - -single shaft-turbine). This diais useful to Ăœnderstand the meaning of the - thermodynamic cycle more-easily.

LOAD

Fig. 2.4 - Gas Turbine Operating Diagram Air enters the compressor at point (l),which represents ambient air conditions. These conditions are classified according to pressure, temperature and relative humidity values.

MOD. ARGE Z S

-

--


It was agreed that standard design conditions be classified as PSO Conditions, to which there correspond the following reference values:

ISO CONDrnONS Ambient temperature ("C) Ambient pressure (mbar) Relative humidity (%)

-

15 1013 60

Afterwards, air is compressed inside the compressor, and exits in the condition indicated at point (2). During the converting process from(1) to (2), no heat is released outside. However, sir temperature increases, due to polytropic compression, up to a vaiue variable depending on gas turbine model and arnbient temperature. After leaving the compressor, air enters the combustion area, practicaily under the same pressure and temperature conditions as at point (2) (except for losses undergone on the way from the compressor delivery side to the combustion chamber inlet, which arnount to about 3 to 4% of the absolute value of delivery pressure). Fue1 is injected into the combustion chamber via a burner, and combustion takes place at practically constant pressure. Conversion between points(2) and(3) represents not only combustion. Infact, the temperature of the combustion process properly said, which takes place under virtually stechiometric conditions, reaches excessively high values (around 2000 "C)locally in the combustion area next to the burner, due to the resistance of materiais downsaeam. Therefore, the conversion fmai temperature, relative to point (3), is lower, as it is the result of prinary gases mixing with cooling and dilution air as described previously. . In this regard, it is useful to give some definitions of temperature at point (3), which is the maximum cycle temperature or firing temperature (see Fig. 2.5).

MOD. ARGE 215


-

Fig. 2.5 Firing temperature

.

.-

-

MOO. AUGE ZS

- - .. -

Section A refers to the so-called "turbine inlet temperature", which is the average ternperature of gases in plane A. Section B refers to the so-called "firing temperature", which is the..-average gas - .. . . . .. . .temperature in plane B. SectionCrefers to the so-called"ISO fixing temperature",whichis the average gas temperature in plane C, calculated as a function of the air and fue1flow rates via a thermal balance of combustion according to the IS O 2314 procedure. The difference in the interpretation of temperatures in sections A and B consists in the fact that, on gas turbines like those which we are dealing with in this trainirig course, in section B we take into account the mixture of 1st stage nozzle cooling air, which was not involved in the combustion process, but mixes with bumt gases after cooling the surface of the nozzle. According to the Nuovo Pimone - General Electric standard, the temuerature that best represents uoint (3) is the one in section B. .

- ...- - ..


The following transforrnation, comprised between points (3) and (4), represents the expansion of gases through the turbine section, which, as mentioned before, converts therma energy and pressure into kinetic energy and, thanks to the revolutions of the power shaft, into work used for compression (intemal, not useable) and extemal useful work, thanks to the connection with an operating machine. Over 50%of the energy developed by expansion in the gas turbine is absorbed by the axial compressor for its compressing work. Downstream of section (4), gases are exhausted into the atmosphere. The thermodynamic representation of the events described so far is visible inFig. 2.6 (pressure diagrarns - volume P-V and temperature - entropy T-S).

Fig. 2.6

- Brayton Cycle

In the cycle illustrated in the above figure, the 4 points correspond to the same described before. In particolar, note the compression and expansion transfomations, obviously these are not isoentropic. In this respect, please remember that: the specific compression work W , from (1) to (2), is expressed with good approximation by the following ratio:

the specific expansion work W, , from (3) through (4), is expressed by:

Heat Q,, supplied to the combustion chamber fiom (2) to (3), is expressed by:

MOD. ARGC Z S


The gas turbine cycle "closes" ideally with the transfonnation from (4) to (l), which corresponds to the cooling of exhaust gases, in that heat Q2isaspirated out into the atmosphere, as though the latter were a refrigerant of infinite capability. The thermodynamic ratio that describes the cooling process of exhaust gases is the following: Q2 = c p r n r r ~ )(Tq-Tl)

Ă­KjKggas)

The various values for Cp, expressed in the preceding ratios, represent the average specific heat at constant pressure between the extreme temperature values in the interval examined. For a more rigorous evaluation, it would be necessary to proceed by means of integral calcdation. Once Q,, Q,, WCand Wt, are known, you can obtain the valuesforthe following si,Micant parameters:

Thermodynamic efficiency q = (Q, - Q,)/Q, This ratio means that, by parity of heat Q,, introduced into the combustionchamber by fuel, efficiency will increase as heat Q2decreases, "dissipated" into the atmosphere. We will see in Chap. 8 how to recover this heat partially in combined cycles and in the regenerative cycle. Usefui work N. supplied to the driven machine = G W - GsriaWE e. In the latter ratio, Gm and Gka correspond respectwely the weight of gases delivered to the turbine inlet section, and to the air aspirated by te compressor, necessary to pass from specific to global values. So far, al1 descriptions and examples refer to a single shaft turbine like MS 6001. In fact, in the diagrarnillustratedin Fig. 2.4, the entire turbine section is comected mechanically witht the axial compressor. Such types of single shaft turbines are suitablefor driving operating machines that run at constant speed, such as alternatorsand, for this reason, are used typically in the generation of elecbic energy. In applications, in which powerregulation is achieved by means of speed variation in the driven machine, two-shaft gas turbines are usually employed (see diagram in Fig. 2.7); in this case, the turbine is divided into two mechanically separate sections:

A high pressure section, which m \ a t constant speed within a wide range of powers, and drives exclusively an axial compressor. A low pressure section, comected with the operating machine via a coupling; this section can vary its running speed independent of the high pressure turbine section.

MOO.AUGE M


Tnis confi,wation, with the addition of other elements which wiil be described in Chapter4, serves to regulate the dnvenrnachme speed withoutthe need to vary the speed of the axial compressor, thus, the Iatter may continue to run at its design speed, with optimal efficiency.

EXHAUST

t

-

Fig. 2.7 Two Shaft Gas Turbine,Diagram The ratios described so far apply in general to aU machine types. The classical concepts of thennodynamics permit to @ve a correct evaluation to the Brayton cycle and to the influenceby parameters such as pressures, temperatura, specific heats, polytropic exponents, etc. A diagam in Fig. 2.8 expreses the ratios among the following parameters:

Firing temperature T, ("C) Compression ratio Themal efficiency Specific power (KW/(Kg/sec.))

MOD. ARGE 2'5


NEL

1

16

AIR

14

POWER

,

COMPRESSION RAnO

nr nriw

GENERATOR

=la

TURBlNE

COMPRESSOR

1

HIGHER TEMPERATURE = HIGHER POWER

1 '' 12

AIR

RIEL

&oM~~A I

m

w

COMPRESSION RAno

b 4*

+IUkBIM ELECiRIC 7 POWER

7

COMPRESSOR

GAS

1

.SPECIFIC P ' ~ R FĂ­IGKER TEMPERAlTJRF,= MMOR CONSUMPnON

1

wm,) .

Fig. 2.8 - Relations between significant thermodynamic quantities This diagram indicates that:

a)

b)

c)

d)

MOO. AAGE 2/S

under equal temperature T,, maximum efficiency is reached by increasing the compression ratio. The maximumefficiency value does not corresponds to the maximum specific power. The higher the increase in the compression ratio, the greater the benefit provided by increased firing temperature T, for specific power and efficiency values. However, it is not possible to exceed certain values for T,, because of limitations imposed by the resistance of the materials currently available. The increasein temperatureT,representstherefore avery importantparameter that requires vast and constant efforts in the research about materials, blade cooling technology, etc., in order to achieve reliable and efficient products capable to meet ever growing demands by the market. Specific power is important, because, to a higher specific power there corresponds a gas turbine of smalleisize, though of equal power output. Efficiency is important, because the higher the efficiency, the lower the consumption and operating costs.

--

-


~ ~ N OFCE m E I W B Z FACTOR§ ON GAS TUR3IiW PEREOKWCE

2.4

A gas turbine uses ambient air, therefore, its performance is greatly affected by al1 factors that influence the flow rate of air delivered to the compressor, in terms of weight. These factors are: Temperature Pressure Relative humidity

In this regard, we remind you that reference conditions for the three abovementioned factors are, by convention, ISO standards ( p a n 2.3). As the comoressor inlet temuerature increases, there increases the specific compression work, while the weight of the air delivered decreases (because of a decrease in specific weight y). Consequently, the turbine efficiency and useful work (and, therefore, power) dirninish as weli. If temperature decreases, the reverse occurs. This dependence of temperature on the air aspirated by the compressor and power and efficiency varies from turbine to turbine, according to cycle parameten, compression and expansion output and air delivery rate. Fig. 2.9 shows an exarnple of how power, specific consumption (heat rate) and the delivery rate of exhaust gases depend on ambient temperature.

=. HEAT RATE

m

90 80

-

-

I I

-

70 -18

.

SMOKE FLOW

.

1

N N N

15"CISO 1 t

l

I

I

1

\il

I

f

1

I

1

POWER

AMBIENT

49 TEMPERATURE(OC1

-7 4 16 n 33 Fig. 2.9 - IĂąnfjluesnceof ambient temperature on tiirbine performance

MCD. ASGE US


Specific consumption, dimensionally represented in fi,we 2.9 as HEAT RATE, is the inverse of eficiency, in that it indicates the ratio between thermal energy, resulting from the combustion process, and mechanical energy, supplied to the power shaft (orto the generator terminals, ifwe consider the performance of aload gear md generator, if present). To summarise, we cail Q, the energy resulting f2om combustion and Nu the externa1 useful work: thus, specific consumption or Heat Rate is defmed as:

and is generally expressed as KjMwh.

1f the atmos~hericoressure decrases in comparison with the ISO reference pressure, there decreases the weight of air delivered (because of a reduction in its specific weight) and, proportionally, there decreases the usefd power, which is proportional to the weight of the gas delivered. On the contrary, the other parameters of the thermodynamic cycle (HR, etc.) are left uninfiuenced. Fig. 2.10 shows the percentage pattern of the useful power of a gas turbine in relation to its installation altitude.

ATMOSPHERIC PRESSURE PSIA

CO~CTION FACTOR

Fig. 2.10

MOO. ARCE

zs


Relative humiditv influencesthe specific weight of air aspirated by the compressor. In fact, humid air is less dense than dry air, so if the relative humidity increases, there decreases h e power output and there increases specific consumption (HR) (Fig. 2.1 1). In the past, such an effect used to be neglected. Nowadays, as ever more powerful gas turbines are made and humidity is added in the f o m of water or steam by reduction of NOx,this effect must be taken into consideration. 1.01

-

I

SPECIFICHUMIDrrY

CORREtLlON

FACTOR

0.996

-

0.994 0.000

I I

1

I

I

I

0.01 0

I

1

0.920

f

0.030

SPEcIFIC RUMIDKY (P;g Water Vapor/I(g Dy Air)

Fig. 2.11 25

INFLUENCE OF INTERNALFACTORS ON GAS TURBINEPERFORM-

ANCE Next to the three "extemal" factors described in the preceding paragraph, there are other factors which notably affect the performance of a gas turbine. These may be calIed "internal" factors, because they are related to the awllliary systems of the gas turbine. They are the following: Pressure drop in the compressor inlet section Pressure drop in the turbine exhaust system Fue1 type Air extraction from the axial compressor Stearn injection Water injection Evaporative cooling 09-98-E MOD. ARGE 21s

P. 2-16


Pressure drops in the compressor inlet section Pressure drops are caused by the gas turbine suction system, composed of an aufder, a silencer,a len-oth of duct, pipe section regulators, etc., installed upstream of the compressor suction fiange. When air flows through this system, it is subjected to friction, which reduces its pressure and thus its specific weight. These drops cause a reduction in useful power and an increase in specific consumption or "heat rate", as mentioned previously in the case of the influence exerted by arnbient pressure. Pressure drops in the turbine exhaust svstem These are caused by the exhaust system of the gas h.u%ine, composed of one or more silencers, a length of duct, a recovery boiler (in the case of combined cycles or co-generation), diverters, shutters, etc., through which exhaust gases are expelled into the atmosphere. Exhaust gases flowing through this system are subjected to ííiction, which increases the value ofbackpressure as opposed to the value of external, atrnospheric pressure. Thís reduces the arnount of turbine expansion, as the latter terminates one isobar higher than the reference one, which results in reduced useful power and increased specific consumption (heat rate). Table 2.1 reports the typical values by which perfomanceis dependent on pressure drops at the compressor idet section and at the turbine exhaust section. For the reasons explained above, this dependance is proportional to the values of pressure drop. TABLE 2.1 EFFECTS OF PRESSURE DROPS Every 100 mm H20 at suction : 1.42 % power loss 0.45 % increase in Heat Rate 1 "Cincrease in exhaust temperature

Every 100 mm H20 at exhaust : 0.42 9% power loss 0.42 9% increase in Heat Rate 1 "Cincrease in exhaust temperature

Fue1 gas influence Best performance is achieved if natural gas rather than diesel oil is used. In fact, output power under base load power and under equal conditions (environmental, pressure drops , etc.) will be about 2% greater and specific consumption (Heat Rate) between 0.7 and 1% lower, depencling on gas turbine model. These differences will become a l l the more remarkable if we compare performances obtained with natural gas and with progressively "heaviernfuel types, such as residuals, Bunker C, etc. * This behavior is due to the higher heating power of products originated by the combustion of natural gas, as the latter has a higher content of water vapour, resulting from a higher ratio between hydrogen and carbon, which is typicd of methane, the main component part of natural gas.

MOD. ARGE US


Gaseous fuels with a lower calonfic value than natural gas (commonlycalled "low btu gases") can greatly influence the performance of a gas turbine. In fact, if the calorific value diminishes (Kj/Nm3), the weight of fuel delivered to the combustion charnber must increase to provide the necessary amount of energy (.Kj/h). This addition in the weight of the fluid, which is not even compressed by the compressor, provokes an increase in power (see the defurition of useful work at para. 2.3) and a reduction in specific consumption. In this case, the power absorbed by the compressor is left substantially unvaried. However, in the case of combustion of "low btu gases", the following side effects must be taken into consideration: An increase in the weight of fluid delivered to the turbine increases the compression ratio in the compressor, which must not come too near the surging b i t . An increase in the fuel delivered often requires larger diameters of tubings and control valves (and, consequently, higher costs). This effect is all the more conspicuous in the case in which also the temperature of a gas and, therefore, its specific volume, are higher (forexample, gases produced by coal gassing). Gases with a low calorific value are eequently enough saturated with water vapour upstream of the gas turbine combustion system. This provokes an increase in the coefficients of heat transrnission by combustion products, and an increase in metal temperature on hot parts of the turbine.

Air extraction from the axiai comoressor On some gas turbine applications (chemical processes, pipe blowing during the cornmissioning stage, etc.) it may become necessary to extract compressed air from the compressor delivery side. As a general rule, and unless prescribed otherwise in the case of machines originally built for the aviation industxy, it is possible to extract as rnuch as 5% of the air delivered by the compressor without the need to alter the turbine layciut at all. It is possible to achieve extraction values ranging between 6 and 20 %, depending on the rnachine and cornbustion chamber configuration, if alterations are made to casings, pipings and the control systern. Fig. 2.12 shows how percentages of air extraction influence output power and specific consumption heat rate), taking into consideration also ambient temperature.

MOD. ARGE ZJS


Fig. 2.12

Steam injection and water injection Steam or water injection may have the foliowing two purposes:

-

-

a reduction in nitrogen oxide (NOx) level. a .increase in output power.

-- .

Reducing the nitrogen oxide RJOxl level The method of steam or water injection was introduced in the early 70s to limit and control the presence of nitrosen oxides or NOX. . Injection is usually performed in the area where the combustion chamber cap is present. The injection system is built in a way to set a Limit to the arnount of injectable steam or water, in order to safeguard stability and continuity in the combustion process. Anyway, the amountof steam and water injected is sufficient to guarantee a massive reduction in the level of NOx. According to the amount of steam or water injected into the cornbustion chamber, which the turbine control system automatically monitors in relation to the NOx level desired, output power wiU increase consequently to an hcrease in the mass of fluid delivered through the gas turbine2. In the case of steam injection, the Heat Rate or specific consumption will also decrease for the same reasons that apply to fuel gases with a low calonfic value. On the contrary, the latter advantage does not exist in the case of water injection, as here a higher quantity of fuel is needed to vaporize water to the condition that dlows it to be injected into the combustion chamber.

MOO. ARGE 215


In condition of peak duty, with a maxirnum of 1250 hourslyear, it is possible to increase the water delivered through the combustion chamber cap areain order to increase the gas turbine Dower output. Obviously, this calls for shortermaintenance intervals. As concerns the maxirnum water flow rates and rnaintenance procedures, these must be evaluated case by case, depending on the machine model and its combustion system. O u t ~ uuower t increase Stearn injection for increasing the gas turbine output power has been available and warranted by over 30 years' experience. Unlike water, steamis injected into the compressor exhaustcasing, thus eliminating al1 limitations imposed in order to safeguard stability in the combustion process. For this reason, the maximum amount of injectable steam is limited to percentage values of the weight of air aspirated by the compressor. Stearn must be overheated, and there must be at least 25 OC difference with respect to the compressor delivery temperature; steam supply limit pressure must be at least 4 bar($ greater than maximum pressure in the combustion chamber. In the case of steam or water injection, the amount of steam injected in conditin of partid load must be equd to the. amount required to abate NOx. Once the load .- . base value is reached, the control system gives the OK to inject the additional steam needed to increase the turbine output power.

MOO. ARGE Z S


Fig. 2.13 shows the typical effects of steam injection on the output pow& of a gas turbine (in this case, an MS 5002 gas turbine) as a function of arnbient temperature.

Tamb (OC)

Fig. 2.13 - Effects of steam injection on output power (MS5002 Gas Turbine)

MOD. ARCE 21s


Evaporative coolin? Curves in fig. 2.9 show clearly how power and eficiency increase as the compressor inlet temperature decreases. The latter can be reduced art$cially by usinp an evaporative cooler located upstrearn of the suction fdter. Water, fractioned into drops or in the form of a liquid film, cools the air by evaporating in the cooler as it flows in contrary direction, thus originating an adiabatic-isoenthalpic exchange (see fig. 2.14).

Fig. 2.14 Evaporative cooler

In order to prevent waterfrom being drawn towards the compressor and fouling it, downstreams of the cooler there are one or more stages of drop separators (demisters), which, by inertia, separate any water drops that might be carried away downstream of the cooler by the flow of air aspirated by the turbine. Fig. 2.15 shows the effects of evaporative cooling on the gas turbine output power and specific consumption. As can be noted, benefits increase as relative humidity decreases and ambient temperature increases. Unforiunately, the above requirekents a& met in environments (for example, deserts), in which water is not always available in the amounts needed by the cooler.

MOD. A R C E YS


m

REAT RiiTE REDUCTION %

2

-

12

HEAT RATE INCREASE %

O

10

t

I

16

2i

27

I

1

1

a

43

49

AMBIENT TEMPERA~

Fig. 2.15 Eff'ects of Evaporative Cooling on Performance

-. -

MOD. ARGE 21s

Inlet chilling In environments in which a high degree of average relative humidity is present (higher than 60%) and ambient temperatures are not excessively high, it is advisable to cool air with a differe単t method, commonly calied 'inlet chilling"; accordingto this method, airis cooled during arefrigerahg cycle Pasedgenerally on absorption) canied out in a cloaed circuit. In this way, the restrictions imposed by relative humidity and by arnbient temperature, described in the preceding system, can be eliminated. The minimum temperature reached by air at the end of the coolingprocess is stnctly dependent on the capabilityof the refrigerating cycle to produce cold liquid and on the efficiency of the themal exchange that takes place in the water - air exchanger. Fi,we 2.16 shows an operating diagram of this system (in this example, steam is used for the absorption cycle), composed of a chiller, water c o ~ e c t i n pipings g and a water - air exchanger, installed downstream of the gas turbine suction fdter. Same as in evaporative cooling, also in this case it is necessary to install a coalescer/demister downsbeam of the system, in order to prevent humidity from reaching ihe compressor inlet section.


DEMZSTEWCOALESCER

AMBIENT

COOLING WATER INLET

TOWER

Fig. 2.16 AY "chilling cooling" system, based on absorption

Fi,gure 2.17 shows a comparison between the cooling powers of the two systems.

% RH

const lines

,constant moisnire content h e KPQterlKgair

,constant enthalpy iine

Fig. 2.17 Comparison psychomeitric chart

09-98-E MOD. ARGE 215

P. 2-24


Nuovo Pígnone

GENERALIDADES La sección del compresor de flujo axial consiste de un rotor y una caja que incluye los dieciseis estadios de compresión, los álabes guía de entrada variable y los dos álabes guía de salida. En el compresor, el aire se confina al espacio existente entre el conjunto de álabes del rotor y del estator donde es comprimido en estadios por una serie de álabes con forma de plano aerodinámico rotativos (rotor) y estacionarios (estator). Los álabes del rotor proveen la fuerza necesaria para comprimir el aire en cada estadio y los álabes del estator guían el aire de tal forma que ingrese al siguiente estadio del rotor en el ángulo de alinación correcto. El aire comprimido sale de la caja de descarga del compresor dirigiéndose hacia la entrada del sistema de combustión y a las cámaras de combustión. También se extrae aire del compresor para utilizarlo en el enfriamiento de la turbina y para la junta del circuito de aceite lubricante.

3.2

ROTOR DEL COMPRESOR El rotor del compresor conforma un conjunto ensamblado de dieciseis discos, un eje o árbol, bulones y álabes. Cada disco y la parte circular del eje frontal poseen ranuras en su periferia. Los álabes del rotor se hallan insertados en estas ranuras y sostenidos en una posición axial por espaciadores que a su vez se encuentran reunidos en cada extremo de las ranuras. Estos álabes tienen forma de plano aerodinámico y han sido diseñados para comprimir el aire para altas velocidades de las puntas de los álabes. Los discos y los ejes se encuentran ensamblados unos a otros por medio de topes de acoplamiento de tal forma de asegurar un control de la posición concéntrica entre los mismos y se mantienen unidos por bulones. Se efectúa un posicionamiento selectivo del disco para reducir las correcciones a efectuarse por balanceo. Una vez ensamblado, el rotor de encuentra dinámicamente balanceado. El eje delantero cumple la función de proveer las caras de empuje delantera y posterior y el portante para las juntas de aceite del cojinete no 1 y la junta se aire del compresor (vea la Fig. 3.1)

Vol. 1

MOD. ARGE 2/S

P. 3-1


Nuo vo Pignone

3.3

ESTATOR DEL COMPRESOR El estator (caja) de la sección del compresor se compone de tres partes principales: a.

la caja de entrada,

b.

la caja frontal del compresor y

c.

la caja de descarga del compresor.

Estas tres partes junto con el armazón de la turbina, conforman la estructura extema primaria de la turbina de gas. Sostienen el rotor en los puntos donde se encuentran los cojinetes y constituyen la pared externa de la geometría anular del paso de gas. La disposición para la fijación (perforaciones) de la caja se halla dentro de los límites de tolerancia respecto de las puntas de los álabes del rotor de forma tal de asegurar la máxima eficiencia.

3.4

CAJA DE ENTRADA La caja de entrada se encuentra en el extremo delantero de la turbina de gas. Su función primaria es la de dirigir el aire al compresor en forma uniforme. La caja también sostiene el conjunto ensamblado del cojinete no 1 cuyo cuerpo, en su mitad inferior, constituye una unidad separada, unida por medio de una brida y abulonada a la mitad inferior de la caja. La voluta interna se encuentra acoplada a la externa por medio de siete montantes radiales de geometría plana aerodinámica y siete vástagos axiales. Tanto los montantes como los vástagos se encuentran fijos dentro de las paredes de la voluta: álabes guía de entrada variable se hallan instalados en el extremo posterior de la caja de entrada. Los álabes guía de entrada variable permiten una aceleración veloz y pareja de la turbina sin oscilaciones en el compresor (pulsaciones). Se utiliza aceite para activar los álabes guía de entrada a través de un gran engranaje y pequeños piñones multiplicadores. Al momento del arranque, los álabes se disponen a 44" que corresponde a la posición cerrada.

03-00-S

MOD. ARGEZS

Vol. 1

P. 3-2


Nuovo Pignone

3.5

CAJA DELANTERA DEL COMPWSOR La caja delantera del compresor contiene en su interior los diez primeros estadios del estator del compresor (numerados desde el cero hasta el nueve). También cumple con la función de transferir las cargas estructurales desde la caja al soporte delantero que está abulonado y fijado con pasadores a la brida delantera de la caja. La caja delantera del compresor cuenta con dos grandes muñones fundidos que se utilizan para elevar la turbina de gas cuando se separa la misma de su base. Los álabes del estator contenidos en la caja delantera se ensamblan en aros ranurados semicirculares. Los conjuntos ensamblados de los álabes del estator y aro se instalan luego en las ranuras de las colas torneadas en la pared de la caja de entrada. Una llave retén de longitud considerable, instalada en una ranura maquinada ad-hoc en la brida de la articulación horizontal de la mitad inferior de la caja, impide que estos conjuntos ensamblados roten dentro de las ranuras del estator.

3.6

CAJA DE DESCARGA DEL COMPRESOR La caja de descarga del compresor se encuentra en la parte posterior de la sección del compresor. Es la caja más larga y está ubicada en el punto central entre los soportes delantero y posterior de la turbina. Las funciones de la caja de descarga del compresor incluyen la de mantener el equilibrio frente a las sobreonadas del compresor, la de conformar las paredes interna y externa del difusor del compresor y la de unir los estatores del compresor y de la turbina. También constituye el sostén para la tobera del primer estadio de la turbina. La caja de descarga del compresor consiste de dos cilindros; uno dispuesto a continuación de la caja del compresor y el otro constituyendo un cilindro interno que rodea el rotor del compresor. Los dos cilindros se hallan concéntricamente dispuestos con la ayuda de ocho montantes radiales que sobresalen hacia el exterior de tal forma de empalmar con el diámetro del armazón de la turbina y constituyen las piezas de carga primaria en esta parte del estator de la turbina de gas. La estructura de sostén para el cojinete no 2 se encuentra dentro del cilindro interno. En la estrecha geometría anular entre el cilindro exterior y el interior de la caja de descarga, queda conformado el difusor. El difusor cumple la función de transformar una componente de la velocidad de salida del compresor en presión adicional.

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P. 3-3


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La caja de descarga del compresor contiene las seis chavetas restantes (numeradas del diez a la quince). Las mismas se encuentran instaladas en las ranura maquinadas en las bridas de la articulación horizontal de la mitad superior de la caja. Estas chavetas retén también cumplen la función de impedir que los álabes del rotor se salgan de las ranuras cuando se invierte la mitad superior de la caja de descarga al ensamblar la turbina. (Vea la Fig. 3.2).

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FIG. 3.1 VISTA DEL CONJUNTO ENSABLADO DEL ROTOR DE LA TURBINA DE A.P./COMPRESOR

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FIG. 3.2 CONJUNTO ENSAMBLADO DE LA CAJA DEL COMPRESOR MODELO 5002 Y ROTOR DE LA TURBINA DE A.P.

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4.1

GENERALIDADES La sección de combustión de la turbina de gas está compuesta por la carcaza de combustión, doce cuerpos de combustión externa (sólo para carcaza corta), doce conjuntos ensamblados de tapa y conductor, doce conjuntos ensamblados de piezas de transición, doce toberas de combustible, dos bujías de ignición, dos transformadores de ignición, cuatro detectores de llama, doce tubos de propagación de combustión y piezas y juntas estancas varias. La carcaza de combustión es una pieza soldada que rodea la sección posterior de la caja de descarga del compresor y recibe el aire de descarga del compresor de flujo axial. (Vea la Fig. 3.3). Se utilizan carcazas de longitudes y diseños diferentes en la turbina de gas MS5002C: de ciclo simple (corto) y de ciclo regenerativo (largo). Los cuerpos de combustión se encuentran dispuestos externamente sobre los conjuntos ensamblados de la carcaza corta e internamente sobre la carcaza larga. El combustible entra a cada conductor dirigiéndose luego hacia la cámara de combustión a través de una tobera de combustible montada sobre el revestimiento de la cámara de combustión y que se extiende hacia el interior del conductor. Una bujía de ignición inicia el proceso de combustión de la mezcla de aire y combustible. Una vez iniciada la ignición en una de las dos cámaras, el flujo de gases calientes producto de la combustión circula por los tubos de propagación de tal forma de provocar la ignición de la mezcla aire-combustible en las otras cámaras.

4.2

CARCAZA DE COMBUSTIÓN La carcaza de combustión constituye el soporte para los doce cuerpos de combustión y contiene las doce piezas de transición. Consiste en un cerramiento soldado que recibe el aire de descarga desde el compresor de flujo axial y lo transfiere hacia las cámaras de combustión. Tanto la mitad superior como la inferior de la carcaza se encuentran ensambladas a la sección posterior de la caja de descarga del compresor. La placa posterior del conjunto ensamblado de la carcaza está abulonada a la brida vertical del armazón de la turbina; la placa posterior está abulonada a la brida posterior de la caja de descarga. (Vea la Fig. 3.3A).

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Las doce bridas posteriores de los cuerpos de combustión se encuentran montadas sobre las superficies verticales posteriores de la carcaza de combustión de tal forma que todos los cuerpos se encuentran interconectados pos medio de los tubos de propagación. Los conjuntos ensamblados de tapa y conductor están contenidos en cada cuerpo. Las toberas de combustible montadas sobre los recubrimientos de los cuerpos de combustión se extienden por el interior de las cámaras y suministran el combustible necesario para la combustión. Los cuerpos de combustión están numerados desde el uno al doce y peuden identificarse al mirar flujo abajo desde la admisión de la turbina y contando en sentido antihorario a partir de la posición correspondiente a las 12 horas. Durante el funcionamiento normal, el aire proveniente del compresor fluye hacia el interior de la carcaza de combustión a través del espacio anular entre las cámaras de los conductores y la pantalla para el flujo. Este aire a alta presión fluye dentro del conductor, se mezcla con el combustible y participa del proceso de ignición. Los gases calientes resultantes del proceso fluyen hacia abajo del conductor y hacia el interior de la pieza de transición que se encuentra acoplada al conjunto ensamblado de la tobera del primer estadio por medio de una abrazadera. Los detectores de llama instalados en cuatro de las cámaras envían una señal al sistema de control indicando que se ha llevado a cabo el proceso de ignición. (Vea la Fig. 3.3 y la Fig. 3.3B).

4.3.1

Bujías de ignición Las bujías de ignición inician el proceso de combustión que experimenta la mezcla de aire y combustible. Estas bujías cuentan con electrodos que pueden retraerse. Cada una de las dos cámaras de combustión cuenta con una bujía de ignición (no 9 y no 10) con tensión proveniente de los transformadores de ignición. La ignición en las cámaras restantes exentas de bujías de ignición es causada por llamas provenientes de las cámaras en las cuales la ignición ya ha ocurrido. Los tubos de propagación de combustión son los responsables de mantener el proceso de ignición correspondiente.

4.3.2

Detectores de llama ultravioleta Durante la secuencia de arranque, es esencial contar con una indicación de la presencia o ausencia de llama que debe ser recibida por el sistema de control.

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Nuevo Pignone A tal fin, el sistema de monitoreo de llama cuenta con cuatro sensores que se encuentran instalados en cuatro cámaras de combustión adyacentes y con un amplificador electrónico que se encuentra montado en el panel de control de la turbina. El sensor de llama ultravioleta consiste en un sensor de llama que cuenta con un detector que contiene gas en su interior. El gas contenido en el interior de este detector sensor de llama es sensible a la presencia de radiación ultravioleta que emite la llama Los terminales del detector suministran una tensión continua. Si existe Ilama, el gas se ioniza en el detector actuando de conductor eléctrico en el circuito que activa el sistema electrónico de tal forma de dar una salida que indica la presencia de la Ilama. Por el contrario, si no existe Ilama, se generará una salida indicadora de la ausencia de la misma. Una vez establecida la llama y si vuelve a darse tensión a los cuatro sensores que indican la pérdida (o falta) de llama, se envía una señal a un panel de relays dispuesto en el circuito de control elctrónico de la turbina. En este panel, los relays auxiliares del circuito de disparo de ignición de la turbina, los circuitos de arranque u otros causan la detención de la turbina. La FALLA POR IGNICIÓN o PÉRDIDA DE LLAMA también se advierte en el indicador. Si sólo un sensor detector de llama advierte la falta de llama, el circuito de control generará una indicación de esta condición en particular. Para obtener información detallada acerca del funcionamiento y mantenimiento de este equipo refiérase a la Descripción de los Componentes incluída a continuación de este texto.

4.3.3

Toberas de combustible Cada cámara de combustión cuenta con una tobera de combustible que transporta el caudal de combutible hacia el conductor de combustión. El combustible gaseoso es admitido en forma directa dentro de cada cámara a través de los orificios ubicados en la arista exterior de la placa de turbulencia. Cuando se utiliza combustible líquido, se efectúa primero su atomización en la cámara de torbellino de la tobera con la participación de aire a alta presión en el proceso. La mezcla atornizada de aire/combustible es inyectada luego dentro de la zona de combustión. La acción de turbulencia del torbellino genera un aire de combustión en condiciones cinéticas tales que el proceso resulta en una combustión completa y en un funcionamiento de la unidad casi exento de humos resultantes de combustiones parciales.

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Nuovo Pignone Se incluye información detallada acerca de la inspección y mantenimiento de las toberas de combustible y delos demás componentes del sistema de combustión en la Sección de Mantenimiento.

4.3.4

Tubos de propagación de combustión Las 12 cámaras de combustión se encuentran interconectadas por los tubos de propagación. Estos tubos permiten que la llama proveniente de las cámaras donde se ha producido la ignición se propage hacia las cámaras donde aún no se ha producido la misma.

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DETALLE DEL FLI!JO DE i\IRE &GAS '4 TRAVÉS D E LA PANTALIA

FLI!JO D E GAS H A C I A L..\ A D ~ I I S I Ó N D E L.4 TURBINA

FIG. 3.3 FLUJO DE AIRE & GAS A TRAVÉS DE LA SECCION DE COMBUSTION EN UNA TURBINA DE G A S DE CICLO SIMPLE

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FIG. 3.3A CUERPO DE COMBUSTIÓN, CAJA DE DESCARGA DEL COMPRlESOR & CONJUNTO ENSAMBLADO DEL COJINETE No 2

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FIG. 3.3B TÍPICO CONDUCTOR ENFRIADO POR LUMBRERAS

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5.1

GENERALIDADES La sección de la turbina es aquella parte donde los gases a alta temperatura provenientes de la sección de combustión se transforman en potencia sobre el eje. Los siguientes componentes conforman la sección de la turbina: el armazón de la turbina, la tobera del primer estadio, el volante del primer estadio de la turbina denominado turbina de alta presión, la tobera de los álabes variables del segundo estadio y el volante del segundo estadio de la turbina denominado turbina de baja presión. Además, la sección cuenta con un conjunto ensamblado de diafragmas, juntas de aire y piezas del paso de gas entre estadios. Todas las piezas del estator han sido fabricadas de manera tal que puedan separarse en mitades respecto de un plano horizontal para facilitar las tareas de mantenimiento.

5.2

ESTATOR DE LA TURBINA La caja de la turbina es un componente estructural principal del conjunto ensamblado de la turbina y se encuentra externamente abulonado en su extremo delantero a los montantes de la caja de descarga del compresor y al bastidor de escape en su parte posterior. Dentro de la caja de la turbina, se encuentran los siguientes conjuntos ensamblados que determinan el paso del flujo de gas desde la cámara de combustión hacia el bastidor de escape pasando a través de los volantes de la turbina: las particiones y protecciones de la tobera del primer estadio, los segmentos de las paredes internas y externas del paso de gas entre estadios, el diafragma y junta de aire del segundo estadio y las particiones y protecciones de la tobera del segundo estadio. El aro de control que pone en funcionamiento las particiones de la tobera de ángulo variable del segundo estadio se encuentra dispuesto sobre rodamientos montados en la pared externa de la caja de la turbina. La pared interna de la turbina de encuentra aislada de las piezas que componen el paso de gas caliente a excepción de las superficies de fijación de las protecciones y la tobera. La fuga de aire de descarga del compresor que pasaentre los segmentos de la tobera del primer estadio en dirección al espacio entre la pared aislada de la caja de la turbina y la pared externa del paso de gas entre estadios ayuda a eliminar el calor transmitido por radiación desde la pared externa del paso de gas. Los orificios de eyección en las bridas de la caja coinciden con los orificios en la brida de la articulación vertical delantera del bastidor de escape. A través de estos orificios, ingresa aire proveniente del medio ambiente utilizado para el enfriamiento del extremo posterior de la caja de la turbina y los montantes del bastidor de escape dispuestos en el paso de escape. (Vea la Fig. 3.4).

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5.3

TOBERA DEL PRIMER ESTADIO El conjunto ensamblado de la tobera del primer estadio consiste en segmentos de tobera que se encuentran ensamblados en un aro retén que a su vez está sostenido en el paso de gas por una disposición especial de abrazaderas en la caja de la turbina. El diseño del conjunto ensamblado de la tobera y la disposición del mismo para su sostén influyen contrarestando los efectos de aumento de temperatura debido a los gases en el paso y mantienen el conjunto ensamblado en el paso de gas correctamente alineado. Otra característica de diseño único con el que cuenta la tobera del primer estadio permite la extracción de la mitad inferior del conjunto ensamblado de la tobera sin retirar el rotor. El aro retén de la tobera está dividido en dos mitades respecto del plano horizontal; ambas mitades se mantienen unidas por bulones. Los segmentos de la tobera poseen particiones de geometría plana aerodinámica que se disponen entre las paredes laterales interna y externa. Las particiones de la tobera están conformadas por cavidades huecas con orificios de descarga hechos en la pared de la partición cerca de la arista conducida a fin de permitir el paso de aire para enfriamiento de las toberas. Aire de descarga del compresor proveniente desde el cuerpo de combustión fluye alrededor del aro retén hacia el interior de las particiones vacías de la tobera y atraviesa los orificios de descarga para entrar al paso de gas de escape. Este flujo de aire cumple una función de enfriamiento de los planos aerodinámicos de la tobera. (Vea la Fig. 3.5).

5.4

TOBERA DEL SEGUNDO ESTADIO La tobera del segundo estadio se compone de partjciones (álabes rotativos) que forman una tobera de ángulo variable en la zona anular del paso de gas justo frente al segundo estadio de la turbina. Es posible hacer girar estas particiones al mismo tiempo por medio de ejes que sobresalen por los bujes en la caja de la turbina. Las levas, fijadas por medio de clavijas a los extremos de los ejes, se encuentran conectadas a los puntos en el aro de control por medio de articulaciones. Este aro de control se hace girar por medio de un cilindro hidráulico. Las protecciones de las toberas están diseñadas de tal forma que las luces correctas se mantengan invariables cuando las particiones giren. Los ejes de las particiones se encuentran instalados en la caja de la turbina de tal modo que las luces entre las particiones y las protecciones se mantengan invariables cuando la turbina alcanze la temperatura de funcionamiento. (vea la Fig. 3.6)

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5.5

CONJUNTO ENSAMBLADO DEL DIAFRAGMA El diafragma está sostenido por seis clavijas soporte entre los volantes del primer y segundo estadio de la turbina. La hilera de clavijas se extiende en forma radial en la caja de la turbina y las clavijas calzan en perforaciones hechas ad-hoc en la pared del diafragma. El conjunto ensamblado del diafragma semeja una cuba dividida en dos mitades por el plano horizontal. Se ensambla una junta de aire en una ranura del conjunto ensamblado del diafragma para separar los dos estadios de la turbina y determinar el espacio interdiscal posterior del primer estadio de la turbina y el espacio interdiscal delantero del segundo estadio de la misma. Se suministra aire frío a los espacios interdiscales de tal forma de enfriarlos volantes de la turbina y sellar el paso de gas. Las caras extremas del conjunto ensamblado del diafragma poseen juntas para los volantes que impiden que el flujo de gas caliente penetre en los espacios interdiscales. El conjunto ensamblado también provee el sostén a la pared interna del paso de gas entre estadios. Se dispone de una ranura maquinada en forma de circunferencia detrás del extremo posterior de la pared exterior del diafragma con el fin de fijar las protecciones internas del conjunto ensamblado de la tobera del segundo estadio y minimizar las fugas de gas alrededor de la tobera. El aire para enfriamiento es conducido a través de las clavijas soporte que calzan en las perforaciones y a través de la perforación central del volante del primer estadio hacia el interior del diafragma del segundo estadio. Orificios perforados ad-hoc y en ángulo en la pared del diafragma justo detrás de la ranura del deflector de aire intersectan los orificios soporte para las clavijas y permiten que el aire para enfriamiento sea conducido al interior del espacio interdiscal delantero del segundo estadio a través de las clavijas soporte. El texto titulado "Sistemas de Aire para Enfriamiento y Junta" da información precisa sobre la fuente de suministro de aire para enfriamiento al diafragma del segundo estadio. Se dispone de termocuplas en las caras extremas del diafragma a fin de efectuar la medición de la temperatura interdiscal para la parte posterior del primer estadio y la parte delantera del segundo. Los conductores eléctricos de las termocuplas salen de la turbina a través de una de las perforaciones para las clavijas soporte.

5.6

ROTORES Y VOLANTES DE LA TURBINA La turbina de gas cuenta con dos rotores separados: el del primer estadio o rotor de la turbina de alta presión que impulsa el compresor de flujo axial y los accesorios conducidos por su árbol o eje de transimisión y el rotor del segundo estadio o de la turbina de baja presión que impulsa la carga acoplada. (Vea la Fig. 3.7).

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Los dos rotores de la turbina se encuentran en línea en la sección de la turbina pero son mecánicamente independientes uno del otro. De este modo, permiten que las dos turbinas funcionen a velocidades diferentes.

El volante del primer estadio de la turbina está abulonado directamente al eje posterior del rotor del compresor conformando así el conjunto ensamblado del rotor de alta presión. El volante del segundo estadio se encuentra abulonado al eje del volante conformando así el rotor de la turbina de baja presiónlcarga. Este rotor de carga está sostenido por dos cojinetes: el cojinete portante no 3 ubicado en el extremo posterior del bastidor de escape y el cojinete de empuje o portante no 4 ensamblados en un cuerpo que se encuentra abulonado al extremo posterior del bastidor de escape. El árbol de transmisión para la carga de la turbina cuenta con un conjunto ensamblado de bulones especiales que disparan mecánicamente el sistema de control de la turbina de gas ante un exceso de velocidad. Este conjunto ensamblado de rotores ha sido balanceado con el conjunto ensamblado de bulones especiales para el sistema de control por velocidad excesiva instalado en el árbol antes del ensamblado final y por lo tanto requiere de una corrección mínima. (Vea la Fig. 3.8)

5.6.1

Paletas de la turbina Las paletas de la turbina se encuentran ensambladas en los volantes por las colas axiales y de geometría cónica con planchas de revestimiento instaladas por sobre las extremidades de unión de las paletas. Cada revestimiento adicional constituye un revestimiento retén. Las paletas se mantienen en su posición por una traba retén de torsión cuya cabeza encaja en una posición particular.

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DISPOSICI~N DE LA TOBERA VARIABLE DEL 2" ESTADIO

. DEL

DEL

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CLAL71JA EXCÉNTRICA Y B A RR A RETÉN

M O NT ANTE P A R A C A JA D E

D E L 1" ESTADIO

CAJA DEL ROTO DE LA TURBINA

CLAVIJA EXCENTRICA Y BA RRA RETEN

FIG. 3.5 TOBERA DEL PRIMER ESTADIO - CORTE TRANSVERSAL VERTICAL

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FIG. 3.6 CONJUNTO ENSAMBLADO DE LA TOBERA DEL 2" ESTADIO

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FIG. 3.7 VISTAS DEL CONJUNTO ENSAMBLADO DEL ROTOR DE LA TURBINA DE BAJA PRESIÓN (CARGA)

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FIG. 3.8 DISPOSICIÓN DEL BASTIDOR DE ESCAPE Y COJINETES

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6.

COJINETES

6.1

GENERALIDADES La unidad de la turbina de gas cuenta con cuatro cojinetes que proveen el soporte para el compresor y los rotores de la turbina. Los cojinetes están numerados 1,2, 3 y 4. El cojinete No 1 se encuentra colocado en la caja de admisión del compresor; el cojinete No 2, en la caja de descarga del compresor; los cojinetes No 3 y No 4 se encuentran contenidos en un cuerpo separado que está abulonado al extremo posterior de la cuba interna del bastidor de escape. La ubicación de los cojinetes se muestra en el diseño titulado Disposición de la Turbina de Gas. Los cojinetes No 1 y No 2 cumplen la función de sostén del rotor de la turbina de alta presión/cornpresor; los cojinetes No 3 y No 4 sostienen el rotor de carga de la turbinalbaja presión. La lista dada a continuación indica los tipos de cojinete usados en las diferentes posiciones en la turbina de gas. Los boletines de instrucciones a los que la lista hace referencia dan información detailada de los cojinetes y se incluyen en la sección titulada "Cojinetes" de las Publicaciones sobre el Equipo.

1 Cojinete No. 1

1

1 2

3 4

Clasificación Portante Empuje (activo) Empuje (inactivo) Portante Portante Portante Empuje Empuje

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Tipo Elíptico 1 Zapatas de balanceo (seis zapatas) Ecualización automática Cónico

Publicación GEI-4 1020C (GEI-41018B

Elíptico Zapatas de balanceo (cinco zapatas) Zapatas de balanceo (cinco zapatas) Zapatas de balanceo (ocho zapatas) Ecualización automática Zapatas de balanceo (cuatro zapatas) Sin ecualización

GEI-4 1020C GEK-28100 GEK-28100 GEI-4101 8B

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GEI-41018B

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Todos los cojinetes principales de la turbina de gas se lubrican a presión con aceite suministrado desde el colector primario del sistema de lubricación por aceite. El colector primario se encuentra dentro del tanque de aceite lubricante que a su vez se halla dispuesto en la base accesoria. Este colector primario se encuentra conectado a un colector secundario dentro de la base de la turbina. Este colector secundario se extiende posteriormente dentro del canal de drenaje de aceite lubricante que se encuentra en la red de las vigas de perfil 1 dispuestas del lado izquierdo de la turbina. De esta forma, la cañena de suministro de aceite lubricante permanece completamente encerrada dentro del recinto y el sistema queda constituído, en efecto, por dos cañerías. La cañena de suministro derivado de aceite y de drenaje conecta el colector primario y el canal de drenaje a cada cuerpo de cojinete que contiene a su vez las piezas de los cojinetes de empuje y portan te. Las juntas y deflectores de aceite cumplen la función de dirigir el flujo de aceite lubricante desde los cojinetes hacia el interior de los drenajes de los cojinetes y por lo tanto, conducirlo nuevamente al tanque de aceite. Las juntas de aceite constituyen conjuntos laberínticos que se encuentran instalados en los cuerpos de los cojinetes por fuera de los cojuntos ensamblados de los cojinetes de empuje y portante donde se requiere del control de las filtarciones que puedan ocumr en toda la longitud del árbol del rotor. Las juntas de aceite se encuentran dispuestas en los cuerpos de los cojinetes de tal forma que quede una pequeña luz entre los dientes y el árbol del rotor. Las juntas de aceite están diseñadas en una geometría de doble fila de dientes con espacios anulares entre los mismos. El aire de junta a presión se suministra al interior del espacio anular para evitar que el aceite lubricante escape por el cuerpo de los cojinetes y se extienda por todo el árbol del rotor. Una parte de este aire de junta vuelve junto con el aceite lubricante al tanque de aceite y escapa a la atmósfera a través de la respiración para purga del tanque de aceite. Todo aceite lubricante que se dirige a los cojinetes es filtrado y suministrado bajo condiciones de temperatura y presión controladas. Las cañerías de drenaje provenientes de caja cojinete cuentan con visores de flujo y termocuplas. Los visores de flujo permiten efectuar una insección visual del aceite que fluye por los cojinetes. Las termocuplas dan la temperatura del aceite en los indicadores correspondientes que se encuentran en el panel de control de la turbina. El sistema de lubricación por aceite se muestra en el Diagrama Esquemático de Cañerías en los Diseños de Referencia del Vol. UA.

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6.3

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PUBLICACIONES SOBRE COJINETES DE G.E.

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GEI-41020 C Supersedes GEI-41020B

COJINETES PORTANTES PARA LAS TURBINAS DE GAS TIPOS ELIPTICO Y DE TRES LÓBULOS

Introducción Los cojinetes elípticos y de tres lóbulos son dos tipos de cojinetes portantes utilizados en las turbinas de gas. Estos cojinetes se caractnzan por sus perforaciones no cilíndricas y están diseñados para mejorar la estabilidad de los ejes cuando rotan a altas velocidades. El diseño de estos cojinetes contempla zonas de luces convergentes inclusive en una posición concéntrica del eje y la convergencia aumenta con el crecimiento de la excentncadad del eje. Esta convergencia crea zonas de alta presión que, en efecto, suman una carga adicional al cojinete que representa un factor tendiente a mejorar la estabilidad del eje. El espacio de luz adicional, que puede ser comparado con un cojinete cilíndrico de diámetro igual a la circunferencia inscnpta en estos cojinetes, provoca un aumento del caudal de aceite y también reduce las pérdidas de potencia, lo que a su vez da como resultado menores incrementos de la temperatura de los cojinetes. Las Figuras 1 y 2 muestran los cojinetes portantes elípticos y de tres lóbulos instalados en los conjuntos ensamblados típicos de los cojinetes tal como los que se encuentran las unidades de las turbinas de gas de General Electnc. Los cojinetes de empuje, deflectores de aceite de las juntas de aceite y otros componentes del conjunto ensamblado de los cojinetes que se muestran en esta vistas, son puntos tratados en otras publicaciones. Refiérase al Manual de Instrucciones para la Turbina de Gas para obtener información más detallada.

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Descripción El cojinete elíptico consta de dos mitades cilíndricas que se mantienen unidades de tal forma que sus centros se desplazen algunas millas del centro del cojinete. Se fabrica colocando niveladores a la división horizontal y torneando luego una perforación cilíndrica. Luego se retiran los niveladores y se unen las dos mitades formando un cojinete elíptico como se muestra en las Fig. 3 y 5. El cojinete de tres Ióbulos posee una geometría axonométrica ya que los Ióbulos se encuentran dispuestos en arcos a 120" uno respecto del otro. Se fabrica colocando niveladores de igual grosor entre los segmentos de los tres lóbulos y torneando luego una perforación cilíndrica. Luego se retiran los niveladores y se unen los Ióbulos formando un cojinete de tres Ióbulos como se muestra en las Fig. 4 y 6. La superficie exterior de ambos cojinetes se tornea sin niveladores de tal forma que la superficie exterior resulta cilíndrica. Una vez que se ha hecho la perforción al cojinete, la superficie interior de cada lóbulo se recubre con metal antifricción y el cojinete vuelve a ser torneado con los niveladores en la posición adecuada para darle al mismo las dimensiones deseadas. En algunos diseños, el cojinete se tornea de un modo tal que el centro de la circunferencia inscripta queda por encima del centro definido por el diámetro exterior del conductor. Ésto es así para permitir que el rotor gire en forma concéntrica respecto de los componentes del estator. El cuerpo del cojinete porvee el soporte que sostiene los Ióbulos del cojinete. Este cuerpo a su vez, se encuentra asegurado a uno de los conjuntos ensamblados soporte principales de la unidad de la turbina de gas (Fig. 7). Además de contener el cojinete portante, el cuerpo puede contener los dos cojinetes de empuje, las juntas de aceite y otras piezas asociadas. El cuerpo constituye los pasos de admisión de aceite lubricante en dirección hacia el cojinete y hace que la disposición de los lóbulos del cojinete sea axial y radial respecto del eje. Tanto los Ióbulos como el cuerpo se encuentran fijdos por medio de llaves para impedir su rotación. El cuepo del cojinete está dividido en dos partes respecto del plano horizontal a fin de facilitar el desarmado de la piezas.

Lubricación Los cojinetes se lubrican a presión. La admisión de aceite lubricante se efectúa a través de los terminales con los que cuenta el cuerpo del cojinete y el flujo de aceite se dirije hacia el espacio anular alrededor de la parte exterior de los Ióbulos del cojinete. El aceite pasa a través de las ranuras maquinadas entre las aristas de acoplamiento de los segmentos de los Ióbulos hacia el interior de la superficie del cojinete donde se forma una película de aceite en forma de cuña entre el portante y el lóbulo asegurando así la lubricación hidrodinámica del cojinete.

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Mantenimieizto Generalidades Los cojinetes portantes requieren de un mínimo de mantenimiento. Al momento del desarmado de la unidad completa efectuada bajo la programación regular, deben limpiarse perfectamente y revisarse los cojinetes en forma exhaustiva. Debe prestarse particular atención a la presencia de rayones profundos, pérdida de metal antifricción y puntos y marcas de diferentes alturas sobre las superficies del cojinete. Cuando efectúe la limpieza del cojinete, asegúrese de que las superficies del cojinete no entren en contacto con objetos duros que puedan rayarlas o abollarlas. Debe limpiarse el cojinete con kerosene y trapos de limpieza. No utilize algodón ya que dejará rastros sobre las superficies de los cojinetes. Una vez efectuada la limpieza del cojinete y la revisión del mismo, las piezas que lo componen deben recubrirse con aceite inhibidor de corrosión y envolverse para evitar deños mecánicos a las mismas. Si fuera necesario almacenar por un cierto tiempo las piezas del cojinete, las mismas deben recubrirse con una grasa inhibidora de corrosión de buena calidad y envolverse en un material a prueba de vapor y humedad como ser papel de aluminio especial recubierto en cloruro de vinilo.

Desarmado No se especifican los procedimientos de desarmado en esta publicación ya que cada tipo de conjunto ensamblado de cojinete requiere de un procedimiento diferente. Refiérase al Manual de Instrucciones de la Turbina que ha adquirido para obtener información precisa acerca del desarmado del conjunto ensamblado de los cojinetes.

Reparaciones y Sewice Todo pedido de piezas de recambio y service debe hacerse a General Electric Company, Departamento de Turbinas de Gas, Schenectady, Nueva York.


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1. Deflector de aceite 5. Cojinete de empuje 2. Cojinete portante plano 3. Cojinete de empuje 6. Junta de aceite d e zapata de balanceo 4. Cuerpo del cojinete

1. Cojinete de empuje de 4. Cojinete de empuje zapata de balanceo plano 2. Cuerpo del cojinete 5. Junta d e aceite 3. Cojinete portante 6. Deflector de aceite

Fig. 1

Fig. 2

R,: R,: d:

radio de cada Ióbulo radio del círculo inscripto distancia del desplazamiento entre el punto central del arco de cada Ióbulo y el centro del círculo inscripto

Fig. 3

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Conjunto ensamblado típico de cojinete con lóbulo inferior del cojinete portante elíptico y mitades inferiores de los cojinetes de empuje instalados

Diagrama esquemático de un cojinete portante elíptico

R,: R,: d:

Conjunto ensamblado típico de cojinete con un Ióbulo del cojinete portante de tres lóbulos y mitades inferiores de los cojinetes de empuje instalados

radio de cada lóbulo radio del círculo inscripto distancia del desplazamiento entre el punto central del arco de cada Ióbulo y el centro del círculo inscripto

Fig. 4

Diagrama esquemático portante de tres lóbulos

de

un

cojinete


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Fig. 5

Lóbulos típicos de un cojinete portante elíptico

Fig. 6

1. Cojinete de empuje de zapata de balanceo 3. 2. Cojinete de empuje plano 4.

Fig. 7

MOD. ARGE 2%

Cojinete portante de tres lóbulos colocado en la mitad inferior del cuerpo del cojinete

Cojinete portante Cuerpo del cojinete

Conjunto ensamblado típico de cojinete compuesto por un cojinete portante elíptico y dos cojinetes de empuje instalados en un único cuerpo


Nuovo Pignone GEI-41018 B

INSTRUCCIONES

COJINETES DE EMPUJE PARA LAS TURBINAS DE GAS

TIPOS DE ZAPATAS DE BALANCEO CON Y SIN ECUALIZACI~NDE CARGA

Introducción Una unidad de cojinete de empuje se compone de un eje llamado "vástago de empujeMyde una pieza estacionaria llamada "cojinete". Los cojinetes de empuje cumplen la función de sostén de las cargas desarrolladas sobre las superficies del rotor en la unidad de la turbina de gas. La carga de empuje acoplada al cojinete mencionado es la suma algebraica de las fuerzas de reacción que actúan sobre el conjunto ensamblado del rotor en la dirección de su eje. Por ejemplo, las fuerzas de reacción de empuje de un compresor del tipo de flujo axial tal como el utilizado en las turbinas de gas de General Electric, son sólo en parte compensadas por las fuerzas de acción de sentido contrario al de las fuerzas de empuje de la turbina que lo impulsa y la resultante de las cargas tenderá a mover el conjunto ensamblado del rotor en una dirección opuesta a la del flujo que atraviesa el compresor. Durante el funcionamiento normal de una turbina de gas, la carga de empuje sobre un conjunto ensamblado de rotores es unidireccioneal; sin embargo, al momento del arranque y detención de la unidad, el sentido de la carga de empuje se invierte. De este modo, se ensamblan dos cojinetes de empuje al árbol del conjunto ensamblado de rotores para dar sostén a las cargas de empuje en ambas direcciones. El cojinete que toma la carga de empuje durante el funcionamiento normal se llama cojinete de empuje "activo" o "con carga" mientras que el que toma la carga de empuje en el transitorio de arranque o detención de la unidad se llama cojinete de empuje "inactivo" o "sin carga". Los cojinetes de empuje del tipo de zapatas de balanceo con ecualización son normalmente empleados como cojinetes de empuje "con carga" en las turbinas de gas de General Electric. Este tipo de cojinete puede soportar grandes cargas y puede funcionar inclusive ante la presencia de un árbol o cuerpo desalineados. La Fig. 1 muestra un típico cojinete de empuje del tipo de zapatas de balanceo con ecualización. La Fig. 11 muestra un corte y distribución típicos en este tipo de cojinetes. Los cojinetes de empuje del tipo de zapata de balanceo sin ecualización se emplean para aplicaciones donde se necesitan cojinetes "inactivos" o "activos". Este tipo de cojinete puede soportar grandes valores de carga pero no funciona aceptablemente ante la presencia de una desalineación. La Fig. 2 muestra un cojinete típico de este tipo.

M 0 0 ARGE Z/S


Nuevo Pignone

Descripción Generalidades Las piezas principales de un cojinete de empuje de zapatas de balanceo con ecualización incluyen un "cuello" rotativo o "vástago de empuje" que es parte integrante del árbol del rotor, segmentos estacionarios con pivotes llamados "zapatas", dos filas de levas ecualizadoras de acero templado llamadas "placas niveladoras" y la pieza que provee el soporte llamada "aro de base". Las Figs. 3 , 4 , 5 y 6 muestran las zapatas, placas niveladoras y aro de base típicos. El cojinete de empuje de zapata de balanceo sin ecualización típico es similar en todos sus aspectos al del tipo de zapatas con ecualización de carga aexcepción de las "placas niveladoras" que no están contempladas en su diseño. Las zapatas y las placas niveladoras se encuentran ensambladas en el aro base y el conjunto ensamblado completo se halla sostenido dentro del cuerpo del cojinete que a su vez, se encuentra fijado a la estructura principal de la turbina. Tanto el cojinete como su cuerpo se encuentran fijados en su posición por medio de una llave para impedir su rotación. La Fig. 7 muestra un típico conjunto ensamblado de cojinete de empuje con zapata de balanceo. El cojinete portante, los deflectores de aceite. Las juntas de aceite y los demás componentes del conjunto ensamblado del cojinete que se muestran en esta vista son tratados en otras publicaciones. Refiérase al Manual de Instrucciones para la Turbina de Gas para obtener información más detallada. Zapatas La zapata del cojinete es geométricamente similar al sector de un aro. Su superficie se encuentra recubierta por metal antifricción y cada zapata cuenta con un botón de acero templado llamado "soporte de la zapata" instalado en su parte posterior que permite que la zapata tenga un ligero movimiento de balanceo en cualquier dirección sobre la placa niveladora. Placas niveladoras Las placas niveladoras son en realidad levas de corta longitud con pivotes centrales. Cumplen la función de alinear las zapatas de los cojinetes con el vástago de empuje y de ecualizar o distribuír uniformemente la carga entre las zapatas a pesar de una posible ligera desalineación del eje central respecto de su posición normal, condición que puede ser el resultado de pequeñas desviaciones sufridas por la estructura de la turbina durante su funcionamiento. Las placas niveladoras se hallan dispuestas en el aro base fijadas por pasadores o tomillos de tal forma que se encuentran libres para balancearse sobre sus pivotes. La disposición de las placas niveladoras respecto de las zapatas y del aro base se muestra en la Fig. 8. Puede deducirse de la Fig. 8 que la carga transmitida por el vástago de empuje a cualquiera de las zapatas hace que la zapata ejerza una fuerza de compresión contra la placa niveladora superior

MOD. ARGE 26


Nuovo Pignone que se encuentra inmediatamente detrás de ella. Una arista de cada una de las dos las placas niveladoras inferiores adyacentes a otra actúan de sostén para esta última cuyas otras aristas a su vez sostienen las placas niveladoras superiores siguientes. Como resultado de esta disposición, cualquier mínimo exceso de acción de empuje se reparte inmediatamente gracias a la interacción de las placas niveladoras a las zapatas adyacentes y toda esta interacción y repartición de carga se distribuye alrededor del círculo de tal forma que las zapatas reciben automáticamente igual carga. El cojinete de zapatas de balanceo sin ecualización no cuenta con las placas niveladoras y de este modo sus dimensiones axiales son mucho más finas.

Aro de base El aro de base constituye el sostén para todas las piezas del conjunto ensamblado del cojinete y matiene las piezas en su posición correcta. En algunas aplicaciones de los cojinetes, el aro base está especialmente diseñado para contener el flujo de aceite que recorre la zona alrededor de las zapatas y del vástago de empuje e impide que el aceite desborde hacia los compartimientos adyacentes. La Fig. 9 muestra un aro de base de este tipo. Este aro de base cuenta con un diente que rodea el vástago de empuje sobre el árbol y contribuye a contener el flujo de aceite dentro del cojinete. Este tipo de aro de base se muestra en el conjunto ensamblado de la Fig. 10. En otras aplicaciones, se emplea un aro de base como el mostrado en la Fig. 5. Un cojinete de empuje con este tipo de aro de base debe hallarse instalado en un cuerpo que pueda además contener los deflectores de aceite necesarios u otros dispositivos para asegurar un adecuado flujo de aceite alrededor del cojinete y evitar así una excesiva pérdida por desborde en toda la longitud del árbol donde tal condición es desaconsejable. Vea la Fig. 7.

Placa para control de aceite Las placas para control de aceite (vea las Figs. 6 & 9) se emplean en algunos cojinetes de empuje de zapatas de balanceo para dirigir el flujo de aceite lubricante hacia las zapatas e impedir así un desborde excesivo de aceite hacia el exterior de las zapatas mismas. Las placas para control de aceite son en realidad segmentos de bronce o acero que se encuentran dispuestos entre las zapatas y fijados a ambos extremos del aro de base.

Lubricación El cojinete de empuje de zapatas de balanceo se clasifica como un cojinete lubricado hidrodinámicamente lo que implica que las superficies del cojinete se encuentran separadas del vástago de empuje por una fina película de aceite lubricante que se forma y se mantiene gracias al movimiento relativo entre las superficies del cojinete. La película de aceite soporta la carga de empuje y evita el contacto entre metales de las superficies del cojinete. Además de actuar como medio de sostén de la carga, el aceite también cumple la función de conductor del calor generado por la acción entre las superficies. Las zapatas de un cojinete de empuje de zapatas de balanceo se encuentran libres para adquirir aquella posición que implique una óptima película de aceite lubricante con geometría en forma de cuña requerida por las diferentes combinaciones de carga, velocidad, viscosidad del aceite y temperatura a la que se ve expuesto el cojinete.


Nuevo Pignone El cojinete de empuje de zapatas de balanceo se lubrica por aceite cuya admisión al circuito de lubricación se efectúa a presión a través de los terminales dispuestos en el cuerpo del mismo cojinete y en dirección hacia el aro de base. Luego, el aceite lubricante fluye a través de los terminales en el aro base dirigiéndose a la cavidad del cojinete de empuje donde el vástago de empuje rotativo lo recoge y distribuye por toda la superficie del cojinete. La acción de bombeo natural del cuello de empuje rotativo contribuye a la circulación de aceite en el cojinete de empuje de zapatas de balanceo. El aceite deja el cojinete en la periferia exterior de las zapatas y del cuello de empuje donde se recoge en una gran cavidad anular para luego ser drenado. La zona anular de drenaje y los terminales de salida se encuentran fundidos o maquinados dentro del cuerpo del cojinete. En algunos cojinetes de zapatas de balanceo se realiza un orificio pasante en el aro de base en dirección hacia las zapatas de tal forma que el aceite lubricante pueda dirigirse hacia una línea de drenaje que cuenta con un visor a través del cual puede efectuarse una revisión visual para verificar el caudal de aceite lubricante que fluye a través del cojinete. Mantenimiento

Generalidades Los cojinetes de empuje requieren de un mínimo de mantenimiento. Al momento del desarmado de la unidad completa efectuada bajo la programación regular, deben limpiarse perfectamente y revisarse los cojinetes en forma exhaustiva. Debe prestarse particular atención a la presencia de rayones profundos, pérdida de metal antifricción y puntos y marcas de diferentes alturas sobre las superficies del cojinete. Cuando efectúe la limpieza del cojinete, asegúrese de que las superficies del cojinete no entren en contacto con objetos duros que puedan rayarlas o abollarlas. Debe limpiarse el cojinete con kerosene y trapos de limpieza. No utilize algodón ya que dejará rastros sobre las superficies de los cojinetes. Una vez efectuada la limpieza del cojinete y la revisión del mismo, las piezas que lo componen deben recubrirse con aceite inhibidor de corrosión de buena calidad y envolverse para evitar daños mecánicos a las mismas. Si fuera necesario almacenar por un cierto tiempo las piezas del cojinete, las mismas deben recubnrse con una grasa inhibidora de corrosión de buena calidad y envolverse en un material a prueba de vapor y humedad como ser papel de aluminio especial recubierto en cloruro de vinilo.

Desarmado No se especifican los procedimientos de desarmado en esta publicación ya que cada tipo de conjunto ensamblado de cojinete requiere de un procedimiento diferente. Refiérase al manual de Instrucciones de la Turbina que ha adquirido para obtener información precisa acerca del desarmado del conjunto ensamblado de los cojinetes.

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MOD. ARGE 21.5


~Vuo vo Pignone

Reparaciones y sewice No deberĂ­an efectuarse reparaciones a los cojinetes de zapatas de balanceo sin primero consultar a un representante de General Electric Company. Todo pedido de piezas de recambio y service debe hacerse a General Electric Company, Departamento de Turbinas de Gas, Schenectady, Nueva York.

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MOD ARGE2/S

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IVuovo Pignone

Fig. 1 Típico cojinete de empuje de zapatas de balanceo con ecualización

1. Zapata 4. Asiento para 2. Placa para control soporte de zapata de aceite 5. Soporte de zapata 3. Aro d e base Fig. 2

1. Superficie de cojinete recubierta

con metal antifricción 2. Soporte de zapata

Típico cojinete de empuje de zapatas de balanceo sin ecualización (524-60)

1. Orificio para pasador d e la placa niveladora inferior 2. Orificio para pasador d e la placa niveladora superior

Fig. 3 Zapatas Fig. 4

MOD ARGE 21s

Placas niveladoras


Nuovo Pignone

l . Orificios para fijación de las placas de control de aceite 2. Espacio para zapata del cojinete 3. Pasos de aceite lubricante 4. Orificio para tornillo de fijación de la placa niveladora superior 5. Chaveta para aro base 6. Pasador para placa niveladora inferior

Fig. 5 Típico aro de base

1. Zapata 6. Soporte d e zapata 2. Placa para control de aceite 7. Tornillo para placa 3. Aro de base niveladora superior 4. Placa niveladora superior 8. Chaveta para aro 5. Placa niveladora inferior de base 6. Soporte de zapata 7. Tornillo para placa niveladora superior 8. Chaveta para aro de base Fig. 6 Aro de base con algunas zapatas extraídas para mostrar las placas niveladoras y las placas para control de aceite (524-62)

1. Conjunto ensamblado de junta de 4. Cojinete de empuje plano (sin carga) aceite y deflector de aceite 2. Cojinete portante 5. Conjunto ensamblado de aceite 3. Cojinete de empuje con zapatas d e balanceo con ecualización (con carga) Fig. 7

MOD. ARGE 26

Típico conjunto ensamblado de cojinete de empuje con zapatas de balanceo con ecualización de carga


Nuovo Pignone

CUELLO

PLACAS NlVELADORAS

ZAPATA

ARO DE BASE

Fig. 8 Diagrama esquemático de la disposición de las piezas de ecualización de carga

1. Placa niveladora 6. inferior 2. Aro de base 7. 3. Diente 8. 4. Superficie de zapata recubierta en metal antifricción 5 . Placa para control de aceite

Placa niveladora superior Zapata Soporte de zapata

Fig. 9 Mitad de cojinete de empuje de zapatas de balanceo con ecualización de carga y placas para control de aceite (una zapata extraída)

i r n n Annz 7 / ~

1. Cojinete d e empuje de zapatas de balanceo con ecualización de carga 2. Cojinete de empuje plano 3. Cojinete portante 4. Cuerpo del cojinete

Pig. 10 Aro de base con algunas zapatas extraídas para mostrar las placas niveladoras y las placas para control de aceite (524-62)


MOD. ARGE 21.9


Nuevo Pignone

Fig. 11 Disposición de un típico cojinete de empuje de zapatas de balanceo con ecualización de carga

GE141019 B Supersedes GEI-41019A

INSTRUCCIONES

COJINETES DE EMPUJE PARA LAS TURBINAS DE GAS TIPOS CÓNICO Y PLANO

Introducción Una unidad de cojinete de empuje se compone de un eje llamado "cuello de empujeWo"vástago de empujeUyde una pieza estacionaria llamada "cojinete". Los cojinetes de empuje cumplen la función de sostén de las cargas acopladas al compresor de aire y a las turbinas en la unidad de la turbina de gas. La carga de empuje acoplada al cojinete mencionado es la suma algebraica de las fuerzas de reacción que actúan sobre el conjunto ensamblado del rotor en la dirección de su eje. Por ejemplo, las fuerzas de reacción de empuje de un compresor del tipo de flujo axial tal como el utilizado en las turbinas de gas de General Electric, son sólo en parte compensadas por las fuerzas de acción de sentido contrario al de las fuerzas de empuje de la turbina que lo impulsa y la resultante de las cargas tenderá a mover el conjunto ensamblado del rotor en una dirección opuesta a la del flujo que atraviesa el compresor. Durante el funcionamiento normal de una turbina de gas, la carga de empuje sobre un conjunto ensamblado de rotores es unidireccioneal; sin embargo, al momento del arranque y detención de la unidad, el sentido de la carga de empuje se invierte. De este modo, se ensamblan dos cojinetes de empuje al árbol del conjunto ensamblado de rotores para dar sostén a las cargas de empuje en ambas direcciones. El cojinete que toma la carga de empuje durante el funcionamiento normal se llama cojinete de empuje "activo" o "con carga" mientras que el que toma la carga de empuje en el transitorio de arranque o detención de la unidad se llama cojinete de empuje "inactivo" o "sin carga". Los cojinetes de empuje cónicos o planos acerca de los cuales trata esta publicación constituyen dos tipos de cojinete de empuje empleados en las turbinas de gas de General Electric. Puede emplearse el cojinete de empuje cónico tanto como cojinete de empuje con carga como sin carga; el cojinete de empuje plano, por el contrario, se emplea sólo como cojinete de empuje sin carga. Estos cojinetes se encuentran dentro de la clasificación de cojinetes hidrodinámicamente lubricados ya que las superficies se encuentran separadas del

MOD. ARGE 2/57


~VuovoPignone cuello de empuje por una película de aceite lubricante relativamente fina que se forma y se mantiene gracias al movimiento relativo de las superficies del cojinete. La película de aceite soporta la carga de empuje y evita el contacto entre metales de las superficies del cojinete. Además de actuar como medio sostén de la carga, el aceite también cumple la función de conductor del calor generado por la acción entre las superficies.

Las Figuras 1 y 2 muestran los cojinetes de empuje cónicos y planos instalados en los conjuntos ensamblados de los cojinetes de empuje y portantes típicos como los que se encuentran en las unidades de las turbinas de gas de General Electric. Los cojinetes portantes, deflectores de aceite, las juntas de aceite y otros componentes del conjunto ensamblado de los cojinetes que se muestran en esta vistas, son puntos tratados en otras publicaciones. Refiérase al Manual de Instrucciones para la Turbina de Gas para obtener información más detallada.

Descripción Generalidades

Los cojinetes de empuje se encuentran sostenidos en un cuerpo que a su vez se halla soportado por la estructura principal de la turbina. Las figuras 1 y 2 muestran cómo el cuerpo puede sostener vanos componentes del conjunto ensamblado del cojinete. El cuerpo del cojinete se encuentra dividido respecto del plano horizontal para facilitar las inspecciones, las tareas de mantenimiento, el ensamblado y desarmado de la unidad del cojinete. El cojinete de empuje se halla dividido en forma similar y cada mitad está abulonada a la otra mitad del cuerpo. El cuerpo cuenta con los pasos para la circulación de aceite lubricante que se dirige hacia los componentes del conjunto ensamblado del cojinete y puede también contar con pasos para la circulación de aire en aquellos puntos donde se requiera aire de junta para las juntas de aceite. El cuerpo del cojinete se mantiene fijo en su posición por medio de una chaveta para impedir que el conjunto ensamblado gire junto con el árbol del rotor. Los cuerpos normalmente utilizados en los cojinetes de empuje planos y cónicos generalmente cuentan con algún dispositivo de alineación entre el cojinete de empuje y el cuello de empuje del conjunto ensamblado como ser un asiento a rodamiento (vea la Fig. 3).

Cojinete de empuje cónico

El cojinete de empuje cónico consiste en un aro de acero recubierto con metal antifricción. El cojinete debe su nombre al hecho de que su superficie está dividida por ranuras radiales para la circulación de aceite dispuestas en el interior de cierto número de zapatas; cada ranura se encuentra dispuesta de tal forma que la geometría resultante semeja un cono truncado plano tal como puede apreciarse en la Fig. 4. Se deja en general una suprficie libre de estas ranuras cerca de la arista conducida de la zapata (vea la Fig. 5). Las ranuras radiales para la circulación de aceite no se extienden por toda la periferia exterior del cojinete sino que, por el contrario, configuran una geometría de contención para evitar que el cojinete reciba una cantidad

MOD. ARGE Z S


Nuevo Pignone excesiva de aceite favorecida por acción de las fuerzas centrífugas generadas por el árbol del conjunto ensamblado del rotor de la turbina de gas que gira a gran velocidad.

La lubricación del cojinete de empuje cónico se efectúa por medio de aceite lubricante cuya admisión al circuito de realiza a presión y que circula por los pasos del cuerpo del cojinete en dirección hacia el diámetro interno del mismo. El aceite lubricante fluye a lo largo del árbol en dirección hacia las ranuras desde donde pasa por sobre las superficies planas entre las ranuras que conforman la geometría de cono truncado gracias a la acción del cuello de empuje rotativo. Se forma así una película de aceite entre el cuello y el cojinete que asegura una lubricación de tipo hidrodinámico.

Cojinete de empuje plano

El cojinete de empuje plano es similar al cojinete de empuje cónico por el hecho de que también consiste en un aro de acero recubierto con metal antifricción y dividido de la misma manera. El cojinete debe su nombre al hecho de que las superficies están divididas por las ranuras radiales para la circulación de aceite en un número par de zapatas cuyas superficies de empuje son planas y paralelas al cuello de empuje sobre el árbol del rotor. La Fig. 6 muestra un cojinete representativo del tipo de cojinetes de empuje planos empleados como cojinetes de empuje sin carga por General Electric para sus turbinas. En este tipo de cojinete, las ranuras radiales para la circulación de aceite son cóncavas y se disponen en una geometría de contención tanto en la periferia externa como en la interna del cojinete. La admisión de aceite se realiza a presión a través de los pasos para aceite lubricante dispuestos en el cuerpo del cojinete y en dirección hacia la zona anular de la parte posterior de la placa del cojinete. Desde la zona anular, el aceite se dirige a las ranuras para la circulación de lubricante atravesando los orificios pasantes de la placa. La cara de la ranura para aceite que se encuentra en la dirección de la rotación del árbol (es decir, la arista conductora de la zona plana) cuenta con un gran ángulo de curvatura que asegura un entrada pareja y uniforme del aceite dentro de la zona plana. La película de aceite que se forma entre las zonas planas y el cuello de empuje asegura una lubricación de tipo hidrodinárnico.

Mantenimiento Generalidades

Los cojinetes de empuje requieren de un mínimo de mantenimiento. Al momento del desarmado de la unidad completa efectuada bajo la programación regular, deben limpiarse perfectamente y revisarse los cojinetes en forma exhaustiva. Debe prestarse particular atención a la presencia de rayones profundos, pérdida de metal antifricción y puntos y marcas de diferentes alturas sobre las superficies del cojinete.

MOD. ARGE 2 6


Nuovo Pignone

Cuando efectúe la limpieza del cojinete, asegúrese de que las superficies del cojinete no entren en contacto con objetos duros que puedan rayarlas o abollarlas. Debe limpiarse el cojinete con kerosene y trapos de limpieza. No utilize algodón ya que dejará rastros sobre las superficies de los cojinetes.

Grosor: Con la ayuda de un rnicrómetro, verifique el grosor del cojinete de empuje en su zona plana y tome debido registro de las mediciones efectuadas. Debe prestarse particular atención para no incluír la zona de ranuras en geometría de cono truncado. Debería efectuarse la medición para la verificación del grosor en cuatro zonas planas dispuestas a 90" entre sí. Cono: Coloque el cojinete de empuje con su cara hacia arriba sobre una placa. Con la ayuda de un indicacor analógico cuya referencia sea la placa y cuyo cero sea uno de los vértices de la zona plana, efectúe las mediciones moviendo el mismo hacia los otros tres vértices de la zona plana. Efectúe esta verificación en cuatro posiciones de perforaciones a 90" entre sí la zona plana (vea la Fig. 7). Las zonas planas del cojinete de empuje plano deben revisarse de forma similar a la descrita para el cojinete cónico a fin de verificar su grosor y su condición plana. Debe informarse de los datos tomados en las verificaciones al representante de General Electric Company para poder así comparar el desgaste sufrido por la turbina con los datos en los registros para las turbinas y sugerir en base a ésto posibles correcciones si fuera necesario. Una vez efectuada la limpieza del cojinete y la revisión del mismo, las piezas que lo componen deben recubrirse con aceite inhibidor de corrosión de buena calidad y envolverse para evitar daños mecánicos a las mismas. Si fuera necesario almacenar por un cierto tiempo las piezas del cojinete, las mismas deben recubrirse con una grasa inhibidora de corrosión de buena calidad y envolverse en un material a prueba de vapor y humedad como ser papel de aluminio especial recubierto en clomro de vinilo.

Desarmado No se especifican los procedimientos de desarmado en esta publicación ya que cada tipo de conjunto ensamblado de cojinete requiere de un procedimiento diferente. Refiérase al Manual de Instrucciones de la Turbina que ha adquirido para obtener información precisa acerca del desarmado del conjunto ensamblado de los cojinetes.

Reparaciones y service

MOD ARGEWS


Nuovo Pignone Todo pedido de piezas de recambio y service debe hacerse a General Electric Company, Departamento de Turbinas de Gas, Schenectady, Nueva York.


Nuo vo Pignone

1. Cojinete de empuje

4. Cojinete de empuje de zapatas de balanceo cónico 2. Cuerpo del cojinete 5. Junta de aceite 3. Cojinete portante 6. Deflector de aceite

1. Junta de aceite 2. Cuerpo del cojinete 3. Cojinete de empuje plano

Fig. 1 Conjunto ensamblado típico con cojinete de empuje cónico

Fig. 2

Fig. 3 Cojinete de empuje cónico instaldo en su suerpo

Fig. 4

4. Junta de aceite 5. Deflector de aceite

Típico cojinete de empuje de zapatas de balanceo sin ecualización (524-60)

Corte de los conos truncados del cojinete de empuje cónico


Nuovo Pignone

PLANO CONTO TRUNCADO

Fig.5

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Cojinete de empuje cónico típico

Fig. 6

Típico cojinete de empuje plano mostrando la suerficie del cojinete (superior) y el lado opuesto (inferior)

DOS BARRAS PARALELAS DISPUESTAS SOBRE LA PLACA DEL COJINETE A UNA AL'IZTRA CONVENIENTE PARA VERlFICAR LA ZONA PLANA DEL C O-

INDICADOR ANAI.ÓGICO ITIADO CON ABRAZADERA Al. INDICAWR DE AI.TIIRA VRNIER

Fig. 7 Verificación del cono tmncado en el coiinete de empuie cónico

MOD. A R G E m


Nuovo Pignone INSTRUCCIONES

EK-28100

COJINETES DE ENZPUJE PARA LAS TURBINAS DE GAS TIPO DE ZAPATAS DE BALANCEO

Se utilizan generalmente cojinetes de zapatas de balanceo en aquellas turbinas de gas expuestas a condiciones de alta velocidad de rotación del árbol o desalineaciones. Estos cojinetes se distinguen por sus segmentos móviles o zapatas las que le confieren propiedades dinámicas muy estables. Los cojinetes de zapatas de balanceo funcionan desde el punto de vista hidrodinamico de una manera muy similar a la de los cojinetes del tipo elíptico y de tres lóbulos, más comúnmente utilizados en las turbinas de gas. Las zapatas se encuentran ensambladas de tal forma que se crean pasos convergentes entre cada zapata y la superficie portante. Estos pasos convergentes son los responsables de la formación de una película de aceite a alta presión debajo de cada zapata lo que resulta en una carga simétrica o efecto de "abrazadera" sobre el portante. Ésto provoca una acción de estabilidad que resulta muy efectiva como resistencia a la cantidad de movimiento del árbol en particular en aquellos cojinetes que funcionan con muy poca carga y altas velocidades. Debido a que las zapatas se disponen sobre pivotes puntuales, pueden moverse libremente en dos dimensiones lo que les permite aceptar una desalineación angular o por compensación entre los ejes de los árboles. Otra característica importante de este tipo de cojinetes es la posibilidad de funcionar fnos ante la presencia de grandes cargas. Deben esta caractenstica a la longitud de arco relativamente corta de cada una de sus zapatas. La Fig. 1 muestra un cojinete portante de zapatas de balanceo típico empleado en las turbinas de Gas de General Electric. Este cojinete en particular cuenta con un diseño común de cinco zapatas.


Nuovo Pignone

Descripción Un cojinete portante de zapatas de balanceo se compone de dos piezas principales, a saber: las zapatas y un aro retén. Las zapatas constituyen un armazón cilíndrico de acero dividido en sectores, recubierto de metal antifricción y con la perforación realizada en la etapa de terminación del maquinado. Al momento de efectuar su ensamblado final, las zapatas se disponen en la parte interior dirigidas hacia el centro del cojinete para crear las luces convergentes cuando sea ensamblado alrededor del portante. El círculo inscripto de luz que queda formado entre las zapatas queda a un nivel alto respecto del diámetro exterior del aro retén. Ésto es así para permitir que el rotor gire en forma concéntrica respecto del estator bajo condiciones de funcionamiento a gran velocidad. La Fig. 2 muestra la geometría de las luces en un cojinete de zapatas de balanceo. En mucho diseños, los pivotes de las zapatas se encuentran compensados ad-hoc hacia las aristas conducidas de las zapatas de tal forma de mejorar el funcionamiento hidrodinámico del cojinete. El aro retén cumple la función de ubicar y sostener las zapatas. Se trata de una pieza dividida en forma horizontal que contiene las clavijas soporte para las zapatas, los niveladores de ajuste, los orificios para suministro de aceite y las juntas de descarga de aceite. El diámetro exterior del aro retén se tornea cuidadosamente para que luego calze perfectamente dentro del cuerpo del cojinete. Las juntas de descarga de aceite se tomean en forma concéntrica al diámetro exterior del aro y poseen superficies recubiertas en metal antifricción. Las clavija soporte y los niveladores transmiten las cargas generadas en las superficies de las zapatas y se utilizan para determinar las luces del cojinete. Una clavija antirotación de extiende hacia afuera desde una arista de la mitad del aro retén. Esta clavija cumple la función de ubicar el cojinete en su cuerpo y de impedir que el cojinete gire junto con el portante. Las Figs. 1 y 4 muestran algunas de las piezas componentes de un cojinete de zapatas de balanceo.

Lubricación Los cojinetes de zapatas de balanceo se lubrican a presión. La admisión de aceite se realiza por la mitad inferior del cuerpo del cojinete y se dirige hacia la superficie anular que rodea el aro retén. Los orificios se encuentran dispuestos en forma radial a través del aro y en dirección hacia los huecos que existen entre cada zapata. La función de estos orificios es la de controlar el caudal de aceite que entra al cojinete. El aceite es luego barrido sobre las superficies de las zapatas de donde sale en dirección axial a través de las juntas recubiertas en metal antifricción dispuestas en el diámetro interior del aro retén. Estas juntas restringen el flujo de aceite que sale manteniendo de este modo un caudal de aceite lubricante adecuado dentro de la zona de las zapatas. Una vez que el aceite sale de las juntas, se junta en los drenajes ubicados a cada lado del cojinete para retornar al tanque de aceite.

MOD. ARGEZIS


Nuo vo Pignone

1. Clavija antirotación 5. Mitad inferior del 2. Clavija pivote aro retén de la 3. Orificio para admisión zapata de aceite 6. Zapata 4. Mitad superior del aro 7. Clavija retén de retén de la zapata zapata 8. Superficie d e junta de aceite Fig. 1 Típico cojinete portante de zapatas de balanceo (542-65)

MITAD SUPEFCIOR

MOD. ARGEZS

Fig. 2

Diagrama esquemático de un cojinete portante de zapatas de balanceo

1

p

Fig. 3

Rp: radio de curvatura de cada zapata Rc: radio del círculo inscripto correspondiente a la luz d: distancia de carga previa de la zapata

MITAD INFEFUOR

Vista del desarmado que muestra las mitades superior e inferior de un cojinete portante de zapatas de balanceo típico (542-66)

7

6

1. Tornillo retén de zapata 2. Zapata 3. Tapa del pivote Fig. 4

5

4

4. 5. 6. 7.

Tornillo de f?jación Clavija de pivote Nivelador Aro retén

Corte que muestra un conjunto ensamblado típico de nivelador y clavija soporte para un cojinete portante de zapatas de balanceo


Nuo vo Pignone

Mantenimiento Generalidades Los cojinetes portantes de zapatas de balanceo requieren de un mínimo de mantenimiento. Al momento del desarmado de la unidad completa efectuada bajo la programación regular, deben limpiarse perfectamente y revisarse los cojinetes en forma exhaustiva. Debe prestarse particular atención a las clavijas soporte de las zapatas para asegurar que no se está ante la presencia de inestabilización del material o desgaste excesivo. Debe verificarse además que las zapatas no presenten rayones , partículas sueltas o puntos y marcas de diferentes alturas sobre su superficie. Deben efectuarse las reparaciones necesarias de acuerdo a los procedimientos seguidos en las tareas de mantenimiento efectuadas a las superficies recubiertas de metal antifricción. Las luces del cojinete deben ser controladas también si las clavijas para las zapatas muestran claros signos de desgaste. Puede efectuarse la verificación de esta luz con la ayuda de un micrómetro de 3 puntos o con un mandril. Si la luz se encuentra fuera de los valores límite admitidos en los diseños, deben corregirse ajustando los niveladores. Cuando efectúe la limpieza del cojinete, asegúrese de que las superficies del cojinete no entren en contacto con objetos duros que puedan rayarlas o abollarlas. Debe limpiarse el cojinete con kerosene y trapos de limpieza. No utilize algodón ya que dejará rastros sobre las superficies de los cojinetes. Una vez efectuada la limpieza del cojinete y la revisión del mismo, las piezas que lo componen deben recubnrse con aceite inhibidor de corrosión de buena calidad y envolverse para evitar daños mecánicos a las mismas. Si fuera necesario almacenar por un cierto tiempo las piezas del cojinete, las mismas deben recubrirse con una grasa inhibidora de corrosión de buena calidad y envolverse en un material a prueba de vapor y humedad como ser papel de aluminio especial recubierto en cloruro de vinilo.

Desarmado No se especifican los procedimientos de desarmado en esta publicación ya que cada tipo de conjunto ensamblado de cojinete requiere de un procedimiento diferente. Refiérase al Manual de Instrucciones de la Turbina que ha adquirido para obtener información precisa acerca del desarmado del conjunto ensamblado de los cojinetes.

Reparaciones y sewice Todo pedido de piezas de recambio y service debe hacerse a General Electric Company, Departamento de Turbinas de Gas, Schenectady, Nueva York.

MOD. ARGE 2 6


Nuo vo Pignone 7.

ENGRANAJES

7.1

CONJUNTO ENSAMBLADO DE LOS ENGRANAJES ACCESORIOS El conjunto ensamblado de los engranajes accesorios constituye en sí una caja de engranajes directamente acoplada al rotor de la turbina y que se utiliza para impulsar los dispositivos accesorios impulsados por la turbina. El engranaje accesorio, ubicado en la base accesoria, cuenta con el tren de engranajes apropiado para generar las reduciones necesarias de forma tal de impulsar el dispositivo accesorio a la velocidad requerida. Instalado en la parte exterior de la caja, se encuentra el disparador ante excesiva velocidad de la turbina de alta presión que puede dirigir mecánicamente el aceite hacia el circuito de disparo y detener la unidad de la turbina de gas cuando el primer estadio de la turbina supera los valores límite especificados en las Especificaciones de Control (G.E.). El bulón respectivo que acciona el disparador por exceso de velocidad se encuentra montado en el árbol principal. Los accesorios impulsados por el conjunto ensamblado de engranajes accesorios incluyen la bomba principal de suministro hidráulico y la bomba principal de aceite lubricante. Mientras dura el transitorio de arranque, el engranaje accesorio transmite una cupla motora generada en la turbina de expansión de gas hacia la turbina de gas. La lubricación del engranaje accesorio proviene del suministro presurizado del colector primario del cojinete y drena-por efecto gravitatorio hacia el cárter de aceite lubricante. El cuerpo del engranaje está dividido respecto del plano horizontal en una sección superior y en una sección inferior para facilitar las tareas de mantenimiento e inspección. Se disponen los árboles interconectados en un eje paralelo dentro del cuerpo inferior; a excepción del eje de la bomba de aceite lubricante, todos los puntos medios de los segmentos lineales se disponen sobre la articulación horizontal del cuerpo (vea las Figs. AD-1-2). El conjunto ensamblado del embrague de arranque se ubica en el extremo exterior (delantero) del árbol principal del tren de engranajes accesorios. El mismo se encuentra sobre la articulación horizontal del cuerpo y se utiliza para conectar la turbina de expansión y el rotor de la turbina de gas. El sistema desembraga automáticamente ante la detención la turbina de expansión cuando la turbina de gas alcanza la velocidad de autonomía. Esta sección inluye información descriptiva adicional acerca del embrague en la parte titulada "Sistema de Arranque".

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MOD. ARGE 2 6

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La bomba principal de lubricación por aceite se encuentra ubicada sobre la pared interna de la mitad inferior de la caja. La bomba es impulsada por medio un eje extruído ranurado acoplado al engranaje de transmisión inferior. La bomba constituye un conjunto de engranajes de acero que funcionan dentro de una cavidad de geometría espacial diseñada dentro de la pared de la caja de engranajes de transmisión accesorios. La aspiración de la bomba y los pasos de descarga se hallan nucleados en la superficie inferior de la caja. Los engranajes de la bomba cuentan con bujes de hierro fundido recubiertos en metal antifricción que se encuentran dispuestos en los extremos de la cavidad para la bomba.

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Vol. 1

P. 7-2


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~ u o v oPígnone

TORUEKA D E ACEITE ÁKBOL EXTERIOK NO3 INTERNO No 3

CUERPO DEL CONJINETE

ENGRANAJES D E L ENGRANA.JES DE

PRINCIPAL C O N J U N T O ENSEM E N G R ANAJ E Y ÁKB

FIG. AD-1

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MOD. ARGE 35'

VISTA DE LOS ENGRANAJES ACCESORIOS DE TRANSMISIÓN CON EL ÁRBOL NO4 Y BOMBA PRINCIPAL DE LUBRICACI~N

Vol. 1


Nuovo Pignone

CAJA SUPEMOR

TEMOR) DE ENGRANAJE

JA INFERIOR

CONJUNTO ENSEMBLADO DE LO DEL EMUKAG LIE ANTE EXCESIVA EMBRAGUE PARA ARRANQ l!E

FIG. AD-2

03-00-S

MOD. ARGEZLS

VISTA DEL ENGRANAJE ACCESORIO DE TRANSMISIÓN CON EL ÁRBOL N" 1 (Y EMBRAGUE)

Vol. 1

P. 7-4


Nuovo Pignone 8.

ACOPLAMIENTOS

8.1

GENERALIDADES Los acoplamientos entre engranajes de tipo flexible empleados en esta turbina cumplen las siguientes funciones:

(a)

conectar los árboles y ejes rotativos de tal forma de transmitir las cuplas motoras de uno a otro,

(b)

compensar los tres tipos de desalineación característicos (paralela, angular y combinada),

(c)

compensar cualquier movimiento axial de los árboles o ejes de tal forma que no ejerzan un empuje excesivo sobre el siguiente.

Una desalineación paralela ocurre cuando los dos ejes o árboles acoplados se encuentran paralelos pero no en la misma línea recta. Una desalineación angular ocurre cuando dos ejes o árboles están en la misma línea recta pero sus ejes geométricos de simetría no lo están. El movimiento axial se refiere a uno o ambos ejes o árboles desplazados en forma longitudinal a su(s) eje(s) geométrico(s) de simetría.

Los acoplamientos utilizados en esta turbina en particular cumplen la función de:

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MOD. ARGEZ/S

(a)

acoplar el engranaje accesorio de transmisión al árbol de la turbina

(b)

acoplar la carga al árbol de la turbina.

Vol. 1

P. 8-1


Nuevo Pignone

8.2

ACOPLAMIENTO DE ENGRANAJES ACCESORIOS CONTINUAMENTE LUBRICADOS Se trata en este caso de un acoplamiento lubricado en forma continua del tipo flexible. Consta de un punto central con dientes dispuestos en cada extremo de una pieza distante. Estos dientes macho combinan con los hembra de una camisa que se encuentra en cada extremo a fin de transmitir la cupla motora. Los dientes macho se disponen en corona y pueden desplazarse hacia adelante y atrás dentro de la pieza extruída ranurada hembra. Este diseño toma en consideracón los tres tipos de deslineación. La camisa en el extremo de los engranajes accesorios está abulonada a la brida (punto central) que ha sido calzada y fijada con chavetas al árbol de engranajes accesorios. La camisa en el extremo de la turbina se encuentra abulonada directamente al rotor de la turbina.

8.3

ACOPLAMIENTO DE CARGA SIN LLIBRICACIÓN El acoplamiento sin lubricación consiste en diafragmas flexibles, ejes adaptadores y un árbol central. El eje adaptador, acoplado a los extremos del árbol central, cuenta con bridas que enfrentan el compresor de carga y el árbol del rotor de la turbina de carga y además provee el sostén para los diafragmas flexibles. Las secciones de los diafragmas proporcionan la flexibilidad necesaria para compensar la desalineación nominal del compresor de carga y del rotor de la turbina de carga y permiten el movimiento axial de la turbina respecto del compresor de carga.

Cualquiera sea el tipo de acoplamiento de tipo flexible entre engranajes, la lubricación contribuye en gran medida a la larga vida útil de los mismos. En el caso de los acoplamientos de lubricación continua, el aceite lubricante proveniente del colector primario del cojinete de la turbina se descarga dentro de los dientes del acoplamiento a través de las toberas respectivas. El aceite luego se recoge en los revestimientos de protección de los acoplamientos y se devuelve al tanque de aceite lubricante que se encuentra en la base de la turbina. Los acoplamientos pueden desarmarse, limpiarse y revisarse. Si los cuerpos de los filtros no se cambian a intervalos regulares de tiempo, pueden formarse depósitos de suciedad sobre los dientes de los acoplamientos que limitan en definitiva el funcionamiento del acoplamiento mismo. Esta condición resulta de partículas que aparecen debido a la fuerza centnfuga que actúa sobre el aceite en el circuito de lubricación y que hace que las pertículas terminen depositándose sobre los dientes de los acoplamientos.

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Vol. 1

P. 8-2


Nuo vo Pígnone 8.5

DESGASTE DE LOS DIENTES Durante el funcionamiento inicial de los acoplamientos del tipo de engranaje, puede emparejarse toda imperfección de pequeña magnitud y las superficies tendrán una apariencia de lustre. Bajo condiciones de funcionamiento normal, el desgaste es de poca magnitud.

El patrón de desgaste en los dientes puede ser útil para relevar información durante las tareas de mantenimiento en caso de necesidad de correcciones. Un patrón de desgaste que presente un ancho anormal en la dirección axial indica una desalineación excesiva. Cuanto mayor sea la magnitud de la desalineación, mayor será el desgaste ya que el número de dientes en contacto disminuye con el aumento de la desviación entre ángulos. La presencia de líneas o marcas similares a rayones cortos sobre la superficie de los dientes indica un desgaste abrasivo debido a que el circuito de lubricación no está limpio y el aceite es portador de partículas que dañan los dientes del acoplamiento. Un desgaste del tipo corrosivo indica una contaminación del aceite lubricante o la presencia de aditivos altamente activos. La fatiga de los materiales de las superficies, caracterizada por la falta de material y la formación de cavidades, puede ser un indicador de oscilaciones a la torsión en el sistema acoplado.

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MOD. ARGE 2l.5

Vol. 1

P. 8-3

Gt section 1  
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