2.3.2 detalles de construccion deturbina de gas. mayk

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2.3.2. Detalles de Operacin y Construccin de la Turbina de Gas


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2.3.2. Detalles de Operacin y Construccin de la Turbina de Gas

El arreglo fsico del rotor del compresor de baja presin, y de alta presin esta mostrado arriba. El compresor L.P tiene 5etapas y el de H.P tiene 14 etapas. El compresor de L.P. esta conectado a la turbina L.P. mediante un eje que pasa porel centro del compresor-turbina de H.P. los dos ejes operan a diferente velocidades.

El arranque de la turbina es realizado energizando el arrancador hidrulico. Durante el arranque normal ignicin ycombustible de arranque son introducidas dentro de la cmara de combustin. Cuando la velocidad del rotor de H.P.

alcanza 1700 R.P.M. Los gases caliente resultantes de la combustin viajan a travs de la turbina de H.P.y de L.P.haciendo que los rotores del H.P. y del L.P. inicien su aceleracin a una mayor velocidad. Despus de iniciarse laignicin, el combustible fluye dentro de la cmara de combustin para continuar con el proceso de aceleracin.

Cuando la velocidad del rotor de H.P. alcanza 4.600 R.P.M. el arrancador hidrulico y los ignitores son desergenizados ylos rotores de H.P.y L.P. continan acelerando debido al flujo de combustible suministrado programadamente. Elarrancador es el mayor contribuidor al proceso de aceleracin de la turbina entre el encendido de llama en la cmara decombustin hasta que esta alcanza 4.600 R.P.M en el rotor de H.P.


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2.3.2. Detalles de Operacin y Construccin de la Turbina de Gas (Cont)

La ilustracin de arriba muestra el funcionamiento bsico del gobernador de combustible de la turbina de gas L.M.6.000.El encendido inicial que ocurre a una velocidad de 1.700 R.P.M del H.P. (XN25) es realizado por medio de laenergizacion de las dos vlvulas de corte de combustible (Shut Off). En este momento la vlvula principal de combustiblese posiciona a permitir la salida de una pequea cantidad de combustible y luego este se dirigir a pasar a travs de la30 boquilla y este es quemado en la cmara de combustin. Un encendido exitoso es detectado por la termocupla T48,localizando en el camino de los gases calientes entre la turbina de H.P.y L.P. En caso de que la temperatura en T48 no

excede de los 400.f. 10 segundos despus que el rotor de H.P alcanza los 1.700 R.P.M. la unidad se disparara. Si elencendido es verificado el sistema de control de manejo de combustible empezara abrir la vlvula principal decombustible introduciendo flujo de combustible dentro de la cmara de combustin, lo cual causa que los rotores de H.P& L.P. incremente su velocidad hasta 6.500 R.P.M. En este momento el sistema de control verifica que la velocidad derotor del L.P sea mayor que 1.250 R.P.M y luego continua suministrando combustible a un mayor flujo hasta que lavelocidad del rotor de L.P (XNSD) alcance 3.600 R.P.M.

Cuando el rotor de L.P. alcanza la velocidad de sincronizacin 3.600 R.P.M, el sistema de control de combustible (El

Governador) funciona como un controlador de la velocidad del rotor de L.P.(X.N.S.D control). Como ejemplo el sistemade combustible incrementa automticamente el flujo de combustible si por cualquier razn la velocidad de L.P. llegara abajar por debajo de la velocidad del punto de seteo de vaco de sincronizacin.


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La turbina de gas operara a una velocidad vaco de sincronizacin por aproximadamente 2 minutos paraprecalentamiento de la turbina. Al final de este periodo de precalentamiento, el sistema de control manipula el sistemade manejo de combustible para alcanzar la sincronizacin del generador elctrico con el sistema de distribucin. Elinterruptor del generador es automticamente cerrado. El operador podra incrementar la carga ajustando el punto deseteo de la carga desde la pantalla de control del operador.

NOTA: La sincronizacin podra se realizada manualmente por el operador usando los elementos de control ubicados enlos cubculos de control de la turbina y el generador.


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El sistema de control del combustible (Governador) monitorea y calcula la correccin de velocidad de XN25 mediante laprediccin de la presin de descarga del compresor de HP (CDP) para poder proteger la turbina contra flujo reverso(stall) que puede ser causado por un suministro de combustible ms alto de lo requerido durante el proceso deaceleracin. La velocidad corregida XN25 (es calculada usando el sensor T25) esta compara la seal de demanda decombustible y reduce la seal de control a la vlvula principal de alimentacin de combustible si la demanda de flujo decombustible disturbara la relacion entre CDP y la presin en la cmara de combustin. La velocidad del rotor de H.P esmedida mediante 2 sensores magnticos de velocidad (Magnetic Pick Ups) (XN25), los cuales se encuentran montadosen la caja reductora de accesorios.

La velocidad del rotor L.P (XNDS) es medido por dos sensores magnticos de velocidad (Magnetic Pick Ups) (XNDS).Los XNSD, esta montado en el TRF ( frame trasero turbina ) y miden la velocidad mediante a travs de la relacin que seobtiene en una rueda dentada montada en el eje.


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Los rotores del compresor de baja H.P. y L.P. se encuentran soportados por rodamiento antifriccin y rodamientos debola los cuales son hechos de acero templado. Por diseo, los rodamiento no generan mucho calor debido a la friccin ypor ello no requiere aceite para el propsito de reducir calor causado por la friccin. Los rodamientos como sea absorbenmucho calor que es transmitido por los gases calientes por lo que el aceite es suministrado hacia rodamientos con elpropsito de enfriamiento.

La rea del sumidero A se encuentran los rodamientos 1B,2R y 3R. El final del compresor del L.P. es soportado por elrodamiento 1B, el cual es de tipo de bola y esta diseado para absorber cargas radiales y de empuje del rotor completodel L.P. El rodamiento 2R es de tipo rodillo y esta diseado para absorber carga radiales y soporta el AFT end delcompresor LP. El rodamiento 3R soporta el forward end del compresor del HP.

El sumidero B-C contienen 3 rodamientos. El 4R y el 5 R son rodamiento rodillos y soportan cargas radiales del rotor dealta presin, AFT del compresor de alta (4R) y forward de la turbina de presin de (5R). El rodamiento 4B es de tipo debolas y sirve como el rodamiento que soporta el empuje para el rotor de presin de alta. Ya que este es de tipo de bola

tambin soporta cargas axiales del rotor de H.P.

El sumidero D-E contiene los rodamientos de rodillos 6R y 7R. Estos soportan la carga radial del rotor de baja presin,AFT de la turbina de baja presin.


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La ilustracin de arriba muestra una vista en explosin de los detalles de la turbina de gas LM6000 y se muestran suscomponentes mayores, cada unos de esos componentes es descrito con ms detalles en las pginas siguientes de estaseccin.

Cubierta del estator de baja presin . Rotor del compresor de baja presin. Frame frontal del compresor. Cubierta del estator del compresor de alta presin. Rotor de compresor de alta presin. Frame trasero del compresor. Cmara de Combustin Toberas de la turbina de alta presin. Rotor de la turbina de alta presin. Estator de la turbina de baja presin.

Rotor de la turbina de baja presin. Frame trasero de la turbina. Caja reductora de accesorios. Acople de carga.


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SISTEMA DE ENFRIAMIENTO DE ENTRADA DE AIRE SPRINT

No se encuentra implementado en la planta.


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COMPRESOR DE BAJA PRESION

En la cubierta del estator de baja presin se encuentran los alabes del estator. La cubierta esta horizontalmente partidapara facilitar las reparaciones, si esto fuera necesario.

En la ilustracin arriba se muestra una vista de explosin del rotor del compresor de baja y su estator. El rotor estacompuesto de 5 etapas de alabes rotativos. La primera etapa de alabes es instalado con suficiente juego los alabes sonasegurados con canales tipo dovetail y luego son fijados en su posicin por medio de clips. Las etapas 2 a la 5 estnmontadas con suficiente juego en un canal circunferencial. Los 5 discos estn atornillados juntos para formar unaestructura rgida cuando el compresor gira, los alabes reciben una carga centrifuga y se ajustan fuertemente enmovimiento.

ENSAMBLE DEL FRAME FRONTAL DEL COMPRESOR

El frame frontal proporciona las siguientes funciones:

Sirve como camino del flujo de aire primario entregado desde el compresor de L.P hasta el de H.P. Soporte la carcasa del estator del compresor de alta y del compresor de baja. Soporte del rodamiento del forward y rear end del rotor del compresor de baja y soporte del cojinete frontal

del rotor del compresor de alta (sumidero A ). Montura de la caja del gearbox. Montura del sopote frontal de la turbina.

Montura de las 12 puertas de sangrado de aire del compresor de baja.

Una combinacin de elementos de temperatura de entrada (T 25), y la presin (P25) se encuentran montados en elframe frontal. Esto se extiende en el camino del flujo de aire de la turbina. Estos elementos proporcionan informacin alsistema de control de manejo de combustible.


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COLECTOR DE AIRE DE SANGRADO DEL COMPRESOR DE BAJA PRESION

El colector de aire de sangrado del compresor de baja soporta la carcasa del estator del compresor de baja y el flanjedelantero y el flanje trasero de la carcasa del estator de alto presin.

El colector toma el aire de sangrado de compresor de baja. El aire es venteado hacia la atmsfera cuando las 12 puertasde aire de sangrado estn abiertas lo cual ocurre durante el arranque y a bajas velocidades del compresor de H.P.

Placas de acceso se encuentran instaladas en el colector de aire de sangrado para permitir la inspeccin interna delcolector y los puertas de aire desangrado.


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ENSAMBLAJE DEL ESTATOR DEL COMPRESOR DE ALTA

El ensamblaje del estator del compresor de alta presin consiste de dos elementos, la carcasa superior y la carcasainferior del estator. Estos contienen alabes variables de entrada (IGV), cinco etapas de alabes de geometra variable delestator (VSV), y nueve etapas de alabes del estator de geometra fija. Estas carcasas estn atornilladas horizontalmente.

La posicin de la alabes del estator es de vital importancia para la estabilidad y la operacin eficiente de la turbina.

Aunque el compresor de H.P. esta diseado para eficiencia aerodinmica a plena carga y velocidad, este puede operar avelocidades menores a estas. A estas velocidades bajas, las etapas posteriores del compresor no pueden consumir todoel aire entregado por las etapas anteriores. Los alabes variables del estator acomodan esta situacin limitando la relacinde compresin de las primera 5 etapas al compresor realizndolo a baja velocidad, mientras se posiciona a una posicinoptima divergente a la velocidades altas. Estos se obtienen con 2 actuadores hidrulicos los cuales se encuentran a cadalado de la turbina, los cuales estan conectados al VSV (alabes del estator variables). Cada actuador es suministrado conun L.V.D.T. (transformador diferencial de variable linear), el cual es como un informador de retroalimentacin del sistemade control.

El posicionamiento del VSV es una funcin primordial de la velocidad (XN25), aunque la temperatura de entrada T25 esusada para encontrar ajuste final a la posicin correcta.

En general los VSV estarn en la mnimo posicin divergente desde 0 hasta aproximadamente los 7000 R.P.M del HP.Desde esta velocidad la cual cambia con la entrada de temperatura de aire T25, los alabes del estator variablegradualmente se mover hasta que los ejes estn completamente divergentes o a mxima presin de flujo de aire a

plena velocidad.


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ROTOR DEL COMPRESOR DE ALTA PRESION

El rotor del compresor de alta es un compresor de flujo axial de 14 etapas, y cuenta con cinco 5 ensambles deestructurales y 3 uniones atornilladas:

Los discos de la etapa 1 y 2 y de la etapa 3 hasta la 9 estn atornilladas juntas en la etapa 2. El disco de la etapa 10 suministra una fuerza adicional al rotor como tambin suministra los puntos para

atornillar el segmento de la etapa 3-9 y el segmento de la 11-14 . los alabes de la etapa de 1 y 2 estn retenidos en el disco mediante canales axiales tipo dovetail (Cola de

Caballo). Los alabes de todas las otras etapas se encuentran retenidos en cavidades tipo dovetail (Cola deCaballo) alrededor de un cono interno circunferencial.

Para reducir vibraciones en las punta, la primera etapa de alabes estn fabricados de una plataforma integral, la cualtoca cada alabe adyacente para formar un dispositivo de cierre.


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ENSAMBLAJE DEL FRAME TRASERO DEL COMPRESOR

El ensamblaje del frame trasero del compresor (CRF) conecta el flange de la carcasa del compresor al ensamble de lastobera de la turbinas de alta presin y contiene.

Rodamientos 4R, 4B y 5R ( Sumidero B-C ). Ensamblaje de la cmara de combustin

Montura del flange del fin AFT de la carcasa del compresor de alta presin. Montura para las 30 boquillas de combustin. 2 ignitores. 2 detectores de flama ptica. Soporte de la montura del ensamblaje de los alabes de alto presin de la turbina. Puerta de inspeccin para el boroscopio, para inspeccin de la cmara de combustin y el ensamblaje de la

turbina de alta presin.

La carga de los rodamientos de los sumideros B-C es transmitida a la carcasa de la turbina mediante 10 soporteshuecos radiales en el frame trasero del compresor. A travs de estos soportes estructuras el aire de sangrado essuministrado como tambin pasan tubera de lubricacin de los rodamientos, tubera de aceite del barrido de lossumideros y tubera del venteo de los sumideros.

Las boquillas de combustibles estn atornilladas al CRF y se extiende hacia dentro de la cmara de combustin. Lacmara de combustin esta unido al CRF, el cual soporte el la parte final delantera de la cmara de combustin.


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ENSAMBLAJE DE LA CAMARA DE COMBUSTION

El ensamblaje de la cmara de combustin esta unido al frame trasero del compresor (CRF). La cmara de combustines de tipo anular compuesto de un difusor, una camisa interna y una camisa externa y 30 boquillas de combustible tiposwirl cap.

Las carcasas internas y externa del ensamble de la cmara de combustin son una serie anillo los cuales se encuentran

sobrepuestos para proporcionar un refuerzo en la estructura. La carcasa exterior y interior posee agujeros, por donde seadmite el aire de enfriamiento a la cmara de combustin .La pelcula de aire de enfriamiento suministra enfriamiento alliner(revestimiento), y ayuda a la cmara de combustin para el centrado de la llama y finalmente reduce la temperaturade los gases de combustin antes de entrar a la seccin a la turbina de alta presin.


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ENSAMBLE DE LA TURBINA DE ALTA PRESION

La potencia para dar movimiento al rotor del compresor de H.P. proviene del ensamble de la turbina de H.P. el cualconvierte energa de los gases calientes en energa mecnica. El ensamble de la turbina de alto presin consiste de 2ensamble de alabes para en el estator y de 2 etapas para el rotor de la turbina.

El ensamble de alabes de alta presin del estator dirige los gases calientes de combustin a un ngulo y una velocidad

optima a los alabes del rotor de la turbina.

El rotor de alta presin del compresor y el rotor de alta presin de la turbina estn conectados mediante acople y estaasegurado mediante tornillos y tuercas. El eje es hueco para permitir el paso del eje de la turbina y del compresor debaja.


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ENSAMBLE DE LA TURBINA DE ALTA PRESION (CONT)

Los discos y los alabes de la turbina de alta presin son internamente enfriados con aire de descarga del compresor dealta. El aire fluye hacia el centro del rotor, luego cruza los discos y descarga aire de enfriamiento a travs del eje hueco ylos pasajes localizados en los alabes de la turbina


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A pesar que los gases calientes resultantes de la combustin son enfriados a aproximadamente 2.100.f en la Cmara deCombustin, esta temperatura causa un esfuerzo trmico (distress) a los componentes en el camino de los gasescalientes si tuvieran que operar a esta temperatura. Por esta razn, la primera etapa de alabes y la segunda de alabesdel estator se encuentran enfriadas con aire de sangrado de descarga del compresor de alta proveniente de la 11th etapaesta tubera se encuentra conectada externamente. Mediante este medio la temperatura de los metales es reducida para

extender la vida de los componentes.

La primera etapa de alabes del estator, las cuales se encuentran en el frame trasero del compresor (CRF) es enfriadopor aire de descarga del compresor de alta el cual entra en la parte superior e inferior del alabe. El aire enfra los alabesinternamente y luego es descargado a travs de varios agujeros pequeos los cuales se encuentran localizadosestratgicamente formado una pelcula aisladora sobre toda la superficie del alabe. Las plataforma de los alabes esenfriado y aislado de la misma manera.

La segunda etapa de alabes del estator, la cual esta contenida dentro de la carcasa de la segunda etapa, se encuentranenfriados por un sangrado de la etapa 11th del compresor de alta. El cual entra a los alabes y sale por la parte finalexterior de estos. Parte del aire es descargado a travs de unos pequeos agujeros en el trailing edge (bordes) de losalabes , mientras el remanente es descargado a travs de la parte inferior del alabe y sirve para enfriar el sello interior yel shank del alabe de la turbina.


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La primera etapa de alabes de la turbina del rotor, contenido dentro del frame trasero del compresor, es enfriado de lamisma manera que los alabes de la primera etapa del estator. El aire de descarga del compresor de H.P. es dirigido a laraz de los alabes mediante los discos de la turbina, pasando por los agujeros internos en el shank a los pasajes tiposerpentina dentro de la seccin airfoil del alabe. Este aire finalmente sale a travs de los leading edge del alabe, dondese forma una capa aisladora sobre el perfil del alabe a travs de agujeros en el trailing edge (bordes) del airfoil.

Debido a que los gases caliente son enfriados gradualmente en la primera etapa antes de alcanzar la segunda etapa, elenfriamiento requerido para mantener una temperatura adecuada en esta etapa no esta severo como en la etapaprimera. La segunda etapa de alabes, la cual se encuentra en la carcasa de la segunda etapa de la turbina de altapresin, es solamente enfriada por convencin. El aire pasa a travs del los pasajes en la seccin del airfoil y esdescargada en la punta del alabe.


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ENSAMBLE DE LA TURBINA DE BAJA PRESION

El ensamble de la turbina de baja presin consiste de un rotor de 5 etapas de tipo impulso reaccin, la cual estacontenida en la estructura de la carcasa. La parte final delantera del rotor esta soportado por el eje de conexin delcompresor de baja y los cojinetes 1B y 2R en el sumidero A. La parte trasera de la turbina de baja presin esta soportadapor los cojinetes 6R y 7R.en el sumidero D-E.

Cada una de las cinco etapas del rotor de la turbina consiste de un sub - ensamblaje de un disco de alabes compuestode alabes de la turbina, retenedores de los alabes, sellos de aire de las etapas internas, pesas de balance y tornillos. Losalabes se encuentran ensamblados dentro de un disco el con pasajes tipo de cola de caballo (dovetail). Debido a que latemperatura de los gases es reducida gradualmente al momento de entrada en la turbina de baja presin, los alabes dela turbina y de las toberas de la etapa 2 a 5, no se encuentran enfriadas por aire. La primera etapa de toberas sonhuecas y esta enfriada con aire de la 8th etapa del compresor de alta. Ellas tambin sirven como pasajes de aire dedescarga de recuperacin del compresor de alta, lo cual es aplicado para el balance de empuje del rotor de alta presin,con el propsito de extender la vida del cojinete 4 B en el sumidero B-C.

Prximo al flange delantero de la carcasa externa de la turbina de baja presin se encuentran montados 8 termocuplasT48, y un sensor de presin P48. Estos se extienden dentro del camino de gases caliente a travs del ensamble de laprimera etapa de las toberas.

Las cinco etapas de los alabes de la turbina de L.P son anilladas en la punta superiores formando un soporte aseguradoen la parte exterior circunferencia de cada etapa. Sellos de doble cuchillo encima de los shroud cortan el sello tipo honey-comb de cada etapa, con el propsito de optimizar la eficiencia trmica de la turbina L.P.


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ENSAMBLE DEL FRAME TRASERO DE LA TURBINA

El frame trasero de la turbina (TRF) es una pieza fundida, la cual proporciona el camino del flujo de salida de la turbina yel soporte de el sumidero D-E , mediante 10 soportes radiales huecos, los cuales funcionan tambin como de alabesguas de salida . Las soportes huecos funcionan como pasajes de la carcasa exterior del TRF al sumidero D E. Lneas detubera de aceite de lubricacin y barrido, dos sensores magnticos de velocidad (XNSD/A y XNSD/B) y 11 etapa de airede sangrado del compresor de alto tambin utiliza son soportadas en estos soportes.

El aire de sangrado del la 11 etapa del compresor del alta presin es suministrado a la parte trasera del pistn debalance de empuje, el cual es parte del eje de la turbina de baja presin. El empuje es monitoreado por el sensor depresin total P48 y de presin esttica PS55. La presin de balance de empuje es controlada mediante la vlvula decontrol de presin y el sistema de control.


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ACCESORIO DE CONDUCCION

Arranque de la turbina , lubricacin y monitoreo de la velocidad del rotor de H.P es realizado por los accesorios montadoen una caja de engranaje de accesorios.

La caja de accesorios esta montada en el frame frontal del compresor de la turbina. Montada en el lado AFT de la cajareductora se encuentra el motor del arrancador hidrulico, el cual conduce a travs de la caja reductora de transferencia

el eje radial conductor , y la caja reductora interna en el sumidero A inicia la rotacin del rotor del compresor de altapresin.

Los siguientes accesorios se encuentran montados en la caja de engranaje de accesorios.

El motor hidrulico arranque La unidad de control de la geometra variable La bomba de aceite de lubricacin y bomba de barrido.

2 sensores magnticos de velocidad (XN25/A y XN25/B)


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ACOPLE DE CARGA

El flange delantero del rotor de compresor de baja presin esta conectado al generador elctrico mediante unacoplamiento flexible. Los elementos flexibles consisten de un paquete de discos asegurados en cada lado del espaciadotubular. Un adaptador conecta el paquete de disco al eje de baja presin y otro adaptador conecta el paquete de discotrasero al eje del generador.

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