Mantenimiento de turbinas de vapor: álabes, cojinetes y gobernación es el cuidado disciplinado del recorrido de vapor móvil y estacionario, del sistema de cojinetes y aceite lubricante, de los sellos del eje y de los sistemas de gobernación y protección que mantienen una turbina de vapor eficiente, estable y segura.
Este artículo cubre los modos de fallo que importan, las inspecciones que los detectan y el monitoreo que convierte un disparo catastrófico en una parada planificada.
Los álabes y las toberas fijas convierten la energía térmica en trabajo de eje, y se degradan de formas previsibles. En las etapas sobrecalentadas de alta presión el enemigo es la deposición y la erosión por partículas sólidas.
El arrastre de la caldera de sílice, sales de sodio y cobre se deposita sobre las superficies de los álabes, rugiendo el perfil y obstruyendo el área de paso, lo que eleva las presiones de etapa y reduce la eficiencia.
La erosión por partículas sólidas procede de óxidos de hierro duros exfoliados de los tubos del sobrecalentador y recalentador, que golpean los bordes de ataque de las primeras etapas de alta presión y de recalentamiento.
En las etapas húmedas de baja presión el mecanismo cambia. A medida que la expansión entra en la región bifásica el vapor nuclea en finas gotas que se condensan sobre las superficies estacionarias y son lanzadas contra los álabes en movimiento.
Esta erosión por humedad ataca los bordes de ataque de las últimas hileras de baja presión, por lo que esos álabes llevan protecciones de Stellite soldadas o bordes endurecidos por llama y por eso importan el drenaje de humedad y las toberas huecas.
Durante las paradas, inspeccione el adelgazamiento de bordes, el color y espesor de los depósitos, grietas en el borde de fuga y cualquier indicio de fisuración por corrosión bajo tensión en las raíces de los álabes y las chavetas del disco.
El rotor se apoya sobre cojinetes hidrodinámicos de bancada, normalmente de paletas basculantes o diseños elípticos revestidos con babbitt (metal blanco), y su posición axial la fija un cojinete de empuje que absorbe la carga neta del vapor.
La salud de los cojinetes se lee de forma continua por la temperatura de la película de aceite y la vibración del eje. Una temperatura creciente del metal blanco, un desplazamiento en la órbita de vibración o restos de babbitt en el tapón magnético señalan problemas.
Los cojinetes de empuje merecen atención especial porque una pérdida de la posición de empuje permite que el rotor se desplace axialmente hacia las palas estacionarias, una vía rápida a un recorrido de vapor destrozado. Trendee tanto las temperaturas de las paletas activas e inactivas como la sonda de posición axial conjuntamente.
La alineación y las holguras son la base de la vida útil del cojinete. La desalineación del acoplamiento se manifiesta como una vibración fuerte a 2x de la velocidad de giro, mientras que el desbalance aparece a 1x. Confirme la severidad frente a las zonas de gravedad de vibración ISO 10816-3 antes de decidir si seguir en funcionamiento, vigilar o apagar.
Las turbinas de vapor sellan el eje donde atraviesa la carcasa con tiras de sellos laberínticos no contactantes. Estos dientes de filo restringen las fugas a través de una serie de pequeñas rendijas en lugar de rozar el eje.
Los rozamientos por dilataciones diferenciales transitorias abren las holguras, por lo que aumenta la fuga de la empaquetadura, crece la carga en el condensador de vapor de la empaquetadura y cae la eficiencia de las etapas.
Durante la revisión general, mida las holguras radiales y axiales según el diagrama del fabricante, busque dientes rozados o curvados y vuelva a calafatear o reemplace las tiras gastadas. Las empaquetaduras interetapas se comportan igual, y los sellos interetapas gastados roban silenciosamente caída de entalpía a múltiples etapas.
El gobernador y las válvulas de admisión de vapor controlan la velocidad y la carga y constituyen la primera línea de defensa contra la sobrevelocidad.
Las válvulas principales de cierre y de control, y en unidades con recalentamiento las válvulas de paro y de interceptación de recalentamiento, deben recorrer completamente y cerrar rápido ante un disparo.
Dado que un disparo a plena carga puede empujar a una turbina grande hacia una sobrevelocidad destructiva, estas válvulas se ejercitan en parcial de carrera en línea y a carrera completa en paradas.
Pruebe el disparo por sobrevelocidad electrónico o mecánico, las válvulas de paro de emergencia y la respuesta del servo en cada parada mayor, y verifique la realimentación de la posición de la válvula frente a la demanda.
Aceite limpio, frío y correctamente condicionado es la palanca más importante sobre la vida de cojinetes y del gobernador. La contaminación y la entrada de agua destruyen la película de aceite y corroen el babbitt, mientras que el barniz derivado de la oxidación pega los carreteles de válvulas y obstruye orificios. Mantenga el depósito, los enfriadores, los filtros y las bombas de aceite auxiliares y de emergencia, y confirme que la bomba de emergencia arranca automáticamente con baja presión en el colector. Controle el estado del aceite frente a un objetivo y actúe antes de alcanzar los límites.
| Parámetro | Objetivo típico | Por qué importa |
|---|---|---|
| Temperatura de suministro del aceite | 40 a 50 °C | Determina la viscosidad de la película y la temperatura de las paletas |
| Contenido de agua | Por debajo de 200 ppm | Evita el colapso de la película y la corrosión del babbitt |
| Limpieza (ISO 4406) | Alrededor de 18/16/13 | Limita el desgaste abrasivo y el agarrotamiento de servos |
| Temperatura del metal del rodamiento | Alarma y disparo fijados por el OEM, suelen estar cerca de 110 y 120 °C | Advertencia temprana de pérdida de película |
Las turbinas grandes llevan sondas de proximidad en cada cojinete además de sensores keyphasor y de posición axial, alimentando un sistema continuo de protección y diagnóstico.
El contenido en frecuencia localiza la falla: 1x para desbalance, 2x para desalineación o eje agrietado, subsincrónica para oil whirl y whip (inestabilidades de aceite), y la frecuencia de paso de palas para problemas del recorrido de vapor.
Observe los diagramas de Bode durante el arranque y la desaceleración para ver la máquina atravesar sus velocidades críticas, y mantenga la respuesta de balanceo repetible.
La misma disciplina se aplica a las máquinas de combustión, y la comparación en mantenimiento de turbinas de gas es una referencia cruzada útil para el pensamiento sobre dinámica de rotor y la sección caliente.
| Componente | Modo dominante de fallo | Comprobación principal |
|---|---|---|
| Palas y toberas de alta presión (HP) | Erosión por partículas sólidas, depósitos | Borescopio, tendencia de la presión de etapa |
| Palas de la última etapa de baja presión (LP) | Erosión por humedad, fisuración en la raíz | Inspección de bordes, END de raíces |
| Cojinetes de bancada | Desgaste del babbitt, oil whirl | Espectro de vibración, temperatura del metal |
| Cojinete de empuje | Sobrecarga, desplazamiento axial | Temperatura de las almohadillas, sonda de posición axial |
| Sellos laberínticos | Rozamiento, apertura de holguras | Medición de holguras en la revisión general |
| Válvulas de control y paro | Agarrotamiento, cierre lento | Prueba de carrera, prueba del disparo por sobrevelocidad |
Los depósitos y las holguras abiertas rara vez se anuncian como una avería. Aparecen primero como una degradación lenta y cara en el rendimiento térmico. Una plataforma de mantenimiento como Fabrico puede programar estas inspecciones, mantener los registros de holguras y trendar los datos de cojinetes y aceite para que la degradación se detecte temprano.
Reserve una demo de Fabrico para ver cómo se integra la historia de inspección y monitoreo.
Siga el intervalo del fabricante y los datos de condición en lugar de un calendario fijo. Inspecciones menores son comunes anualmente, con una revisión general del recorrido de vapor típicamente cada cuatro a seis años o según horas de operación acumuladas, adelantándola si las tendencias de vibración, eficiencia o cojinetes lo exigen. Las unidades con un buen monitoreo de condición suelen ampliar ese intervalo.
Principalmente depósitos en el recorrido de vapor, erosión de los bordes de las palas y holguras abiertas en empaquetaduras y sellos interetapas. Cada uno aumenta las fugas o rugosiza el perfil, de modo que las etapas realizan menos trabajo. El aumento de las presiones de etapa y una tasa de consumo de combustible en ascenso son las señales iniciales.
El cojinete de empuje fija la posición axial del rotor frente a la carga de vapor. Si falla o se sobrecarga, el rotor se desplaza axialmente y las palas giratorias pueden contactar piezas estacionarias, causando daños rápidos y severos en el recorrido de vapor. El monitoreo continuo de la temperatura de las paletas y de la posición axial ofrece la advertencia más temprana.
En las etapas húmedas de baja presión, gotas de agua condensada son lanzadas contra las palas en movimiento y erosionan sus bordes de ataque. Se concentra en las últimas hileras de baja presión, por eso esos álabes usan bordes endurecidos o protecciones de Stellite soldadas además de un drenaje de humedad eficaz.
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