Reparación de turbina de vapor

Reparación de turbina de vapor

1. Reparación de turbinas de vapor conceptos básico.

Descripción de las partes que constituyen la turbina de vapor; cilindro de turbina interior y exterior, cargadores de diafragmas y sellos, sellos terminales e interpasos, bloques de toberas, diafragmas y cajas de sellos, guías de conducción de cilindros, pedestales, chumaceras de apoyos  y de empujes,  deflectores de aceite y de vapor, girador, rotores y acoplamientos.

Las turbinas de  vapor están constituidas por dos partes principales; la parte giratoria- el rotor y la parte estacionaria- el estator. El estator (cilindro), está constituido por pedestales, cargadores, bloques de toberas, diafragmas y sellos y en ocasiones por el sistema de distribución de vapor y por el condensador.

Los pedestales de la turbina sirven como apoyo del cilindro y de los rotores. Los cilindros de las turbinas normalmente se fabrican en dos mitades unidas entre sí por la unión horizontal y apretadas mediante tornillos y espárragos. Para garantizar la coincidencia plena de ambas mitades, en la unión horizontal

Se practican orificios guías con espárragos especialmente construidos para ello.

Las turbinas que se construyen con parámetros de vapor vivo, que superan las 90 atm. y los 500° C y que poseen cilindros de alta y  media presión con recalentamiento intermedio, normalmente están construidos con cilindros interiores. Los  cilindros interiores también son unidos por la unión horizontal. Las turbinas que se construyen con cilindros interiores tienen la ventaja de disminuir las tensiones térmicas e hidráulicas que sufre el metal del cilindro y como consecuencia  el espesor de las bridas de la unión horizontal y, además, facilitar la aceleración del arranque con un calentamiento más uniforme.

Dentro del cilindro están maquinados los encajes de los cargadores, diafragmas y sellos. Algunos cilindros como los de las máquinas de reacción tienen ranuras para insertar los alabes estacionarios y otros cilindros por razones tecnológicas tienen  cargadores  que agrupan sellos y diafragmas, esto facilita conformar el espacio y ubicar las extracciones de forma más compacta, también disminuye considerablemente la cantidad de tornillos lo que agiliza el mantenimiento.

Para impedir la fuga del vapor hacia el ambiente o las pérdidas entre los pasos y para evitar la penetración del aire en el cilindro sometido al vacío se construyen sistemas de empaquetadura o de sellaje. Las cajas de sellos ubicadas en el exterior del cilindro se llaman estufas

2. Sistema de sellaje.

El sistema de sellaje de las turbinas puede ser de diferentes  formas:

·        Cuando el rotor posee las láminas empotradas en forma de anillos; en estos casos las cajas correspondientes pueden tener los  laberintos fijos torneados o encajes para los segmentos elásticos con la misma configuración.

·        Cuando el rotor posee las ranuras laberínticas; en estos casos las cajas de sellos estarán conformadas por segmentos con las láminas conformadas y empotrados.

Existen otros tipos de sistemas de sellaje, entre los que se destacan los sellos hidráulicos, esto se usa sobre todo en la estufa trasera de los  cilindros de baja presión y forman junto con el rotor un sistema de anillo hidráulico evitando la salida del vapor y la penetración del aire.

La mitad inferior de los cilindros de las turbinas pequeñas se apoyan directamente en el fundamento de hormigón armado o en pedestales construidos para ello. Las grandes turbinas se apoyan en los pedestales y su cilindro de baja presión se apoyan en placas bases fundidas en el hormigón armado.

Sí tenemos en cuenta que al poner en funcionamiento una turbina de 100 MW, la misma se calienta desde la temperatura ambiente hasta una temperatura de 535° C. en la parte de alta y media presión.  Podemos apreciar en el instrumento de expansión total que la turbina se dilata 32mm. hacia el pedestal de regulación, queremos señalar con esto, que si no se toman ciertas medidas, la turbina puede cambiar su alineamiento y su centramiento entre partes fijas y móviles provocando una avería de graves consecuencia. Para evitar que esto ocurra se toman un conjunto de medidas, las cuales permiten que la turbina se dilate libremente, sin perder su geometría.

3. Dilatación y bloque de toberas y diafragma, pedestales.

Todas las turbinas tienen su punto fijo en el centro del cilindro de baja presión, esto permite la dilatación en dos direcciones, hacia la  excitatriz y hacia la parte delantera. Para mantener la dilatación lineal y no perder la alineación de los cilindros, los pedestales se apoyan en una placa de acero con una chaveta central que permite la dilatación de la turbina a todo lo largo de su eje.

Bloque de toberas y diafragma, pedestales

Dentro del cilindro como parte importante de la turbina se encuentran los bloques de toberas y  diafragmas. El bloque de tobera es el elemento que dirige el vapor hacia el primer paso del rotor de la turbina y los diafragmas dividen el interior en pasos, cada uno de ello es portador de las paletas estacionarias que forman los canales donde se produce la expansión del vapor.  Los bloques de toberas se fabrican formando segmentos fijados en su posición por medio de tornillos o por canales construidos para este fin. Los diafragmas se fabrican en dos mitades, unidos entre sí por la unión horizontal.

Cada diafragma está encajado en un encaje maquinado en el cilindro o en el cargador. Los diafragmas se apoyan en sus chavetas laterales   y en su parte inferior posee una chaveta radial, que impide el giro del diafragma durante la explotación de la máquina, este conjunto de piezas posibilita que el diafragma se mantenga centrado durante el

trabajo de la turbina, a pesar de los cambios del flujo de vapor y del estado térmico de la turbina.

La posición axial del diafragma, está determinada por los pines axiales que a su vez, evitan que los diafragmas se tranquen en su alojamiento. Algunas turbinas de bajos parámetros no utilizan estos pines y la posición del diafragma queda definida por su espesor.

Los pedestales, están diseñados para sostener los cilindros y la línea de ejes de las turbinas Las turbinas de un solo cilindro y de potencia relativamente baja, hasta 5MW, pueden fabricarse con pedestales fundidos con el cilindro, como una solo pieza, y las turbinas grandes, de mas de un cilindro y de potencias elevadas  tienen    pedestales de apoyos separados de los cilindros.

4. Chumaceras

Dentro de los pedestales se encuentra una estructura, servida como apoyo del rotor, esta se llama chumacera. La chumacera es una pieza de acero o de hierro fundido formada por dos mitades unidas entre sí con tornillos guías. La chumacera en su superficie cilíndrica interior, posee un revestimiento de metal  antifricción (Babbit), para disminuir la fuerza de fricción entre el eje y la chumacera.

La mitad inferior de la chumacera está provista de tres tacones, dos laterales y uno inferior para realizar el centrado de la chumacera durante el alineamiento.

Por su forma exterior las chumaceras se diseñan de dos formas, cilíndricas o esférica, este último diseño permite un auto ajuste pequeño a la línea de flexión del rotor.

Para contrarrestar los grandes esfuerzos axiales provocados por el flujo del vapor, se construyen las chumaceras de empuje. Ellas son diseñadas de varias formas, las de uso más generalizados, es la de disco insertado o forjado en el rotor que están en contacto con los tacones de empuje. Estos tacones de empuje son segmentos distribuidos radialmente y recubiertos  con metal  Babbit. Las chumaceras de empuje pueden ser combinadas o simplemente de empuje, las combinadas realizan la doble función de apoyo y de empuje, las simples realizan solamente la función de empuje.

Sí al referirnos que en los cilindros el punto cero de dilatación se encontraba en el centro del cilindro de baja presión, el punto cero de dilatación del rotor está precisamente en los tacones de empuje lado trabajo y los dos hacen que las dilataciones sean de direcciones opuestas.

Dentro de los pedestales se encuentran instalados también, los dispositivos ejecutores de  distintas funciones, tales como; protección, regulación, tuberías de suministros de aceites, dispositivos de control de desplazamientos y de temperaturas.

En el pedestal delantero o frontal generalmente se ubican los dispositivos de regulación y la bomba principal de aceite.

5. Deflectores de aceite.

Para impedir el escape  del aceite desde la chumacera o la entrada del vapor al pedestal se diseñan los deflectores de aceite y de vapor, los cuales se instalan a  la salida del pedestal y en la salida del rotor del cilindro.

El girador, es un reductor especial accionado por un motor con escalones de trasmisión, con el propósito de mantener a bajas revoluciones el giro del rotor, durante el calentamiento o enfriamiento uniforme en los procesos de arranque y parada de la turbina.                      

La línea de ejes de las turbinas está constituida por varios elementos tales como rotores, acoplamientos y  chumaceras. 

Los rotores de turbinas son los encargados de transformar la energía cinética del vapor en energía mecánica a través del movimiento giratorio de los mismos. Los rotores son  ejes de acero especial forjado, que también se construyen con unos cuantos discos soldados y que pueden ser forjados juntos con el rotor o ensamblados  en el eje.           

La cantidad de rotores, de una turbina, está en dependencia de los parámetros,  potencia, temperatura y presión de vapor vivo. Algunas turbinas pueden tener ocho o más rotores, contando con los rotores del generador y de la excitatriz. Todos los rotores, acoplados entre si, tienen que presentar una línea continua, es por ello que durante los montajes y mantenimientos el alineamiento es la operación de montaje que requiere mayor atención, es imprescindible el correcto alineamiento y  acoplamiento de los rotores, una sola y pequeña imperfección provocan serias  vibraciones y hasta la posibilidad de una avería.

En los discos del rotor están montados los alabes o paletas, estos elementos son los más caros del costo de la turbina, debido a los materiales empleados y a la forma compleja de construcción y por supuesto al ajuste y montaje de las mismas.Un solo disco tiene mas de 100 paletas y los pasos de la turbina  a veces están entre lo 20 y 30, y hasta más.  Algunos fabricantes diseñan las turbinas hasta con 10000 paletas.

Los rotores se unen entre sí por acoplamientos, rígidos, semirígidos y flexibles. Estos últimos de uso más frecuente en las turbinas de pequeñas potencia.

Cuando los rotores están acoplados entre sí tienen que girar libremente sin roce entre las partes fijas y móviles, los roces son inadmisibles en las turbinas.

El rotor gira, apoyado en las chumaceras y forma un rozamiento líquido con disipación de calor del eje a través del aceite. El sistema de lubricación de aceite de las turbinas es forzado para mantener la sustentación hidrostática del eje. 

Reparación de deflectores de aceite y de vapor; Normalmente requieren el relaminado del sello, para restablecer el ajuste de las holguras entre el rotor y las láminas.

La reparación se ejecuta de la siguiente forma:

1.     Se desmontan las láminas utilizando para ello  una pinza de presión, también se utilizan como medios auxiliares un buril con una punta estrecha para no dañar la ranura del sello y martillo.

2.     Sé escrepa una de las mitades contra el mármol manteniendo su perpendicularidad y la otra mitad contra la primera.

3.     Se eliminan las rebabas de las ranuras y se introducen las nuevas láminas conformadas y posteriormente se recalcan contra la base del sello.

4.     Se ensamblan ambas mitades por medio de sus tornillos o mediante el inserto de una chapa soldada a ambas mitades, en estas condiciones se montan en un torno y se maquina el diámetro, teniendo en cuenta su centramiento en la turbina.

5.     Después en el sitio de montaje se verifican las holguras y si es necesario sé escrepa o recalca a los valores nominales. Es fundamental restablecer el filo de las láminas, afín de evitar un calentamiento local en los procesos de arranque.

6. Planificación y programación de los trabajos de mantenimiento.

Procedimientos Instrucciones y Formularios.

Las turbinas generadoras de electricidad de las Centrales Eléctricas trabajan durante largos períodos de tiempo, con poco períodos de interrupción. Para asegurar una explotación segura del equipo se realizan diferentes tipos de mantenimientos. Los mantenimientos prolongan la vida útil de la turbina y la  eficiencia del Sistema  Electroenergético.

Las turbinas durante su tiempo de trabajo, como cualquier mecanismo, sufre desgastes de sus elementos y estos a su vez pueden provocar averías, por desajuste o por fatiga  de los metales.

Los mantenimientos se dividen según el volumen de trabajo a ejecutar en Mantenimiento General. Estos  se realizan cada 4 ó 5 años según las recomendaciones del fabricante o el organismo superior en Cuba que es la Unión Eléctrica, en ello se tiene en cuenta los avances tecnológicos sobre nuevos metales, que prolongan los tiempos de explotación, dispositivos automáticos para el monitoreo seguro y eficiente, nuevos tipos de control de temperatura y presiones con registradores que guardan en memoria lo acontecido durante el tiempo de explotación o modernizaciones dentro de la turbina que mejora su eficiencia e incluso su repotenciación. El periodo de mantenimiento depende principalmente de los parámetros iniciales del vapor y como consecuencia de la potencia. Durante la temporada de explotación a que está sometida la turbina, se le ejecutan dos Mantenimientos parciales o un parcial se puede sustituir por dos ligeros, esto es una forma general cuando no existen normas.

Los adelantos en el campo de la electrónica permitieron la creación de nuevos equipos más sofisticados para la detección de defectos en las turbinas que permiten diagnosticar con antelación a su reparación el comportamiento de las mismas, esto ha permitido con grandes resultados económicos pasar del mantenimiento preventivo al mantenimiento

por diagnóstico. A pesar de todo el adelanto en el campo del monitoreo de las turbinas todavía se ejecutan los Mantenimientos Generales de forma preventiva.

El mantenimiento se planifica a partir de los volúmenes de trabajo aprobados, ello implica que a partir de ese momento los técnicos encargados de la reparación comienzan los trabajos de Planificación del mantenimiento.

El trabajo de Planificación del mantenimiento se programa de la siguiente manera:

·        Se preparan los listados de insumos.·        Se relaciona y revisa todas las piezas de repuestos necesarias para la ejecución del mantenimiento.·        Se prepara los listados de herramientas necesarias.·        Se planifica la plantilla necesaria para la ejecución de los trabajos preparatorios y de mantenimiento.·        Se elabora el plan de interrelación entre las tareas de mantenimiento y la ejecución de los trabajos de talleres.·        Como una etapa de preparación necesaria se debe instruir el personal en los métodos de trabajos que se pondrán en practica durante el mantenimiento.

7. Programa de trabajos preparatorios

1. de vapor conceptos básico. 2. Sistema de sellaje. 3. Dilatación y bloque de toberas y diafragma, pedestales. 4. Chumaceras 5. Deflectores de aceite. 6. Planificación y programación de los trabajos de mantenimiento. 7. Programa de trabajos preparatorios 8. Programa de mantenimiento 9. Reparación de los elementos de regulación 10. Reguladores hidrodinámicos 11. Válvulas de regulación y de cuello 12. Sistema de protección 13. Protección por sobre velocidad 14. Protección por bajo vacío 15. Disparo por baja presión de aceite 16. Disparo por desplazamiento axial 17. Reparación de los elementos del cilindro 18. Reparación de sellos interpasos y terminales 19. Preparación para defectoscopía de los metales 20. Reparación de la línea de ejes. Reparación de rotores de turbinas. 21. Reparación de chumaceras de apoyos y de empuje 22. Ajuste del metal Babbit 23. El reajuste de las holguras contra el eje

Programa de trabajos Preparatorios; En ello se establecen de forma ordenada y contra un tiempo de ejecución las actividades de preparación que incluyen: inspección y acondicionamiento de las áreas de trabajos, inspección e inventario de las herramientas de trabajo, preparación y acondicionamiento de las  mesas con sus tornillos de bancos,

preparación de los dispositivos especiales que serán necesarios  utilizar durante la reparación, comprobación y certificación del estado técnico de la grúa, revisión y comprobación del estado técnico de los winches, diferenciales y patecas, comprobación y revisión de  todas las barras de izajes con sus estrobos, revisión y comprobación del estado de los estrobos y la identificación de sus chapillas, comprobación del estado técnico de las líneas y válvulas de suministro de aire con sus cabezales, inspección y montaje si es necesario de las líneas de suministro de energía para la utilización de las extensiones y máquinas eléctricas, instalación de corriente de bajo voltaje para la iluminación, verificar Y reponer la iluminación en las áreas de trabajos, preparar la instalación para trabajos de alturas en el lugar que lo requiera, revisión e inspección de todas las barandas de seguridad y la reposición de las que estén en mal estado.

8. Programa de mantenimiento

Programa de mantenimiento: Es elaborado por el técnico o por un grupo de técnicos encargados de ejecutar y controlar el proceso de reparación, en este programa, se ordena en secuencia de trabajo todas las actividades de pruebas, desmontaje de la instrumentación y dispositivos de control de la turbina, desmontaje de los guardapolvos, desmontaje de la insulación y todos los  trabajos sucesivos de manera de organizar contra un tiempo de ejecución todas las actividades del mantenimiento.

Procedimientos e instrucciones: Los procedimientos e instrucciones se preparan antes de la ejecución del mantenimiento para garantizar la calidad  de los trabajos de reparación.

Generalmente dentro de la documentación técnica de la máquina el fabricante entrega los procedimientos de ajuste y montaje de las turbinas y los formularios con los  valores de montaje, estos por supuesto no vienen completo, por lo que nos vemos en la necesidad de traducirlos y adaptarlos a las condiciones de mantenimientos.

El procedimiento: Es una descripción generalizada de todas las actividades que intervienen en determinado proceso tecnológico y la instrucción es una descripción detalla de una parte específica del procedimiento. Así, por ejemplo, podemos describir el procedimiento tecnológico de desarme de un cilindro y referirnos a la hora de aflojar los espárragos a una instrucción que describa los cuidados y medidas que garanticen la conservación del estado técnico de los espárragos.

Formularios: Es la constancia gráfica que muestra los valores, que por su importancia, garantiza la calidad y seguridad del funcionamiento de la turbina.

El cuidado y la conservación de estos formularios son imprescindibles para la evaluación permanente del comportamiento desde el montaje hasta el término de su vida útil.

Los formularios se llenan con los  detalles, antes del mantenimiento y después del mantenimiento y son controlados y certificados por los técnicos ejecutores de la reparación.

9. Reparación de los elementos de regulación

Reparación de los elementos de regulación; Bombas de aceite de impelentes y de engranes; reguladores de velocidad; sincronizador; válvulas de regulación y de cuello; sistema de protección.

Como señalamos anteriormente el sistema de regulación esta constituidos por varios elementos entre los cuales están las bombas de aceite principales.

Las bombas se construyen principalmente de dos tipos; centrífugas y de engrane. Las bombas de impelentes o centrífugas se reparan como las demás bombas centrífugas, es importante consolar la flexión del rotor, holguras de sellos y de las chumaceras, la calidad de las superficies de las camisas y estado del acoplamiento, todas las holguras tienen que corresponder a los valores de formularios. También debe ser controlada la unión horizontal de la bomba, en caso necesario se escrepa hasta eliminar la deformación.

El alineamiento de la bomba con el rotor de la turbina se realiza por medio de una placa de acero rectificado que se encuentra debajo del cuerpo de la bomba, en la mayoría de los diseños de estos equipos se requiere una diferencia entre el rotor de la bomba y el de la turbina, dejando en frío el rotor de la bomba 0.20 mm por encima del rotor de la turbina.

En las bombas de engrane se controla las holguras entre las tapas y los piñones y el centramiento de los bujes medido entre los dientes y el cuerpo de la bomba, también se controla la calidad del contacto entre los dientes, es imprescindible el control de las holguras entre el buje y los muñones de los ejes.

Los reguladores de velocidad que encontramos con más frecuencia son los reguladores de tipo centrífugos o de Watts y los reguladores hidrodinámicos por ello centraremos nuestras reparaciones a estos tipos de mecanismos.

Reguladores centrífugos (Watts); Se usan como  censores de velocidad y su función está muy vinculado a su calidad de ajuste, son mecanismos desde el punto de vista constructivo muy sencillos, generalmente están constituidos por un eje central con dos brazos articulados en su extremo superior y fuertemente tensados por un muelle a tracción que se opone a la separación de los brazos sometidos a la fuerza centrífuga, en los extremos de los brazos están colocados un peso que puede tener una forma cilíndrica o esférica, la separación de estas masas están relacionadas con la velocidad de rotación del regulador que envía una señal a través de un eje central a una válvula piloto amplificadora y de ahí se trasmite su señal a través de sus cadenas de amplificación. Estos elementos están integrados por rodamientos, bujes, ejes, muelles, tornillos, pistón y camisa construidos con gran precisión, de ahí la importancia que tiene para su reparación el orden de desmontaje precedido de un correcto marcaje. Las herramientas usadas para el desarme deben tener la mejor calidad, evitando, usar materiales duros para trasmitir los impactos producidos por los martillos. La manipulación de los muelles durante los desarmes debe ser sumamente cuidadosa evitando por todo los medios el uso de herramientas que puedan deformar estos muelles con características especiales y que generalmente no existen en los repuestos de las máquinas: Los pasadores de  las articulaciones deben ser desmontados con cuidado usando para ello botadores con las dimensiones adecuadas, los pasapuntas de los mismos deben ser cambiados por nuevos.

Generalmente los fabricantes de estos tipos de reguladores establecen normas de reparación que incluyen los cambios de rodamientos y bujes cada cierto tiempo de explotación, hay que destacar que durante su reparación se debe poner especial atención a todos sus mecanismos de transmisión eliminando todos los juegos libres innecesarios y perjudiciales que aumentan la insensibilidad del mecanismo.

Con el desarrollo tecnológico estos reguladores han ido cambiando su forma  pero siempre basados en el mismo principio.

10. Reguladores hidrodinámicos

Está basado en una bomba de tipo impeler que se utiliza como elemento censor directamente acoplada al eje de la turbina y que transmite su señal de impulso a través de un pistón que amplifica y convierte su señal. En este caso una señal de velocidad del eje de la turbina es convertida en aumento de presión del impeler y está presión varía la posición del pistón aumentando la señal del primer impulso a través de una cadena de amplificación. Los elementos de los reguladores hidrodinámicos son mucho más sencillos pero su mantenimiento también debe realizarse con mucho cuidado. Antes de comenzar el desmontaje los especialistas deben marcar bien las posiciones de cada elemento en lugares visibles y que no dañen las piezas que lo integran, para este tipo de trabajo generalmente se emplean contrapunzones o marcadores de letras o números pequeños. Es necesario comprobar antes de realizar algún marcaje si los mismos ya han sido marcados anteriormente durante otros procesos de desmontaje para evitar dañar innecesariamente los mecanismos. Generalmente está integrado por el cuerpo de la bomba cuya unión horizontal debe ser comprobada y escrepada de ser necesario. Los sellos interpasos deben tener la holgura establecida por el fabricante y un centrado correcto, para evitar el roce entre el impeler y el sello. El sello debe tener un ajuste de posición, evitando con ello el movimiento del mismo dentro de la bomba, en algunos tipos de bombas cumplen la doble función de ser sello y a su vez limitadores axiales de la misma, teniendo para ello en una de sus caras una superficie revestida con material Babbit que debe ser ajustada contra la superficie del impeler hasta marcar tres manchas por cm2. y  limitar el valor de  juego axial. El impeler debe ser cuidadosamente revisado a fin de descubrir cualquier tipo de grieta o arrastres de su superficie de sellaje, los impeler deben ser montados con apriete en su eje a fin de evitar movimientos que provoquen oscilación de la presión de impulso. Su escurrimiento radial no debe ser mayor de 0,02 mm y su desviación axial tampoco debe ser mayor de 0,02mm. Los muñones de apoyos del eje deben ser medidos y controladas sus superficies a fin de evitar o eliminar en caso necesario las ralladuras producidas durante la explotación de la bomba. También deben de revisarse las chumaceras y comprobarse los valores de holguras que deben corresponder a los valores establecidos en los formularios de montajes.

Antes de desmontar el pistón del regulador deben tomarse las referencias establecidas en los formularios, valor de pretensión del muelle, altura de la camisa del sincronizador y posición de los mecanismos. El marcaje de las piezas y el desarme debe realizarse con sumo cuidado evitando darles golpes innecesarios a los mecanismos.

El pistón del regulador se soporta a través de un rodamiento axial colocado en la tapa del regulador, el equilibrio del pistón queda compensado por la fuerza de presión del aceite de un lado y la pretensión de un muelle por el otro. En estos casos se deben

revisar: él estado de los rodamientos, la holgura entre el pistón y camisa, el estado de fijación de los muelles, los solapas entre pistón y camisa, el estado de las ventanas de alimentación del aceite evitando que las mismas tengan redondeados los filos etc.

Al igual que los reguladores centrífugos, existen muchas variaciones de los reguladores hidrodinámicos y se usan fundamentalmente en turbinas de gran potencia, los reguladores centrífugos en sus múltiples variantes se utilizan indistintamente en turbinas de menor y de gran potencia.

Sincronizador; tienen la función de llevar la turbina a la velocidad nominal, efectuar la sincronización y  completar la carga. Son accionados manualmente desde un volante o eléctricamente desde el control de unidad. En los reguladores de tipo centrífugo accionan directamente sobre los contrapesos del regulador y en los del tipo hidrodinámicos actúan directamente sobre el pistón del regulador variando los flujos de la cadena de amplificación.

Su reparación en el primer caso está asociada a rodamientos, engranes, pasadores, barras de trasmisión y ajuste de los bujes y en el segundo caso a holguras entre pistón y camisa engranes sin fin, bujes cloches y volantes.

11. Válvulas de regulación y de cuello

Las válvulas de regulación tienen como objetivo regular el flujo de vapor en las turbinas, existen diferentes diseños, que van desde las que son de asiento simple hasta las de doble asiento, utilizadas normalmente en turbinas de pequeñas potencias. De acuerdo con su sistema de gobierno son diseñadas con barra levadiza, arbol de levas y pistón hidráulico independiente.

·        El sistema de barra levadiza, es accionado a través de un servomotor encargado de subir o bajar un balancín el cual sustenta a través de dos vástagos un sistema de válvulas colocadas sobre la barra levadiza. Generalmente este sistema de válvulas es utilizado en turbinas de pequeñas potencias.

·        Arbol de levas, son accionadas a través de un servomotor principal y de un sistema de trasmisión que hace girar un arbol sobre sus apoyos, este arbol tienen montadas las levas que son las que regulan el orden de apertura de las válvulas, estos sistemas son muy difundidos en el mundo por su alta seguridad.

·        Pistones hidráulicos independientes, son de acción unilateral, por un lado actúa la presión del aceite y por el otro se opone la presión del muelle o los muelles, son accionadas generalmente por la presión de aceite lo que la hacen sumamente peligrosas por los riesgos que implican los incendios por salideros de aceite, no obstante se emplean en turbinas de grandes potencias y también de pequeñas y medianas potencias, hoy en día con el mejoramiento de la calidad de los líquidos hidráulicos y los materiales de sellajes, estos peligros han sido reducidos a la mínima posibilidad.

La defectación y trabajos de mantenimiento se realizaran de acuerdo a los formularios de montajes y los procedimientos específicos de cada sistema, sólo nos limitaremos a señalar los aspectos más relevantes:

·        Válvulas de regulación accionadas por mecanismos de Barras Levadizas; su mantenimiento consiste en realizar el formulario de posición, después se procede a su desarme sustituyendo la empaquetadura de los vástagos. Se revisa el estado de los vástagos de las barras levadizas. Se revisa el estado de las válvulas independientes, haciendo hincapié en las tuercas de fijación, por la tendencia que tienen al desgaste durante la explotación. Se revisa el estado de fijación de los asientos fijos y la superficie de asentamiento de las válvulas, Se detecta mediante defectoscopía  los radios de transición de  la caja de vapor. Se esmerilar todos los asientos de las válvulas y se comienza ha restablecer cuidadosamente el montaje del sistema. Es muy importante señalar que debe tenerse muy claro cómo se realizará el ajuste de cada válvula en la barra levadiza para ello deberá consultar al técnico encargado de la reparación.

La defectación y trabajos de mantenimiento en las válvulas de regulación que emplean para su accionamiento arbol de levas se realizaran de acuerdo a los formularios de montajes y los procedimientos específicos de cada sistema, sólo nos limitaremos a señalar los aspectos más relevantes:

·        Se realizara el desmontaje después de haber realizado el formulario de posición. Se desarmarán y revisarán todas las articulaciones poniendo énfasis en el estado de sus rodamientos, su sistema de lubricación, lugares donde se están produciendo roces de los mecanismos y la sustitución de sellos y cubre polvos si es necesario. Un aspecto importante ha tener en cuenta en estos sistemas, es el correcto centrado de los elementos para evitar roces que provocan el trabajo resistente de los mecanismos. Durante el proceso de desarme de las Válvulas de regulación tendremos en cuenta marcar y ordenar correctamente todas las piezas a fin de evitar el intercambio de sus partes, es importante señalar que se debe tener cuidado con las arandelas que regulan la pretensión de los muelles de las válvulas. Se comprobaran el estado de su asiento esférico o mecanismo de sujeción del vástago. Se eliminarán las incrustaciones de sales y de carboncillo que se incrustan en los mismos y de ser posible en el sistema de sellaje del vástago. Se revisará la fijación del asiento móvil y fijo y se esmerilarán ambos entre sí hasta garantizar la hermeticidad del conjunto. Se prepararán las superficies de los cuerpos de válvulas en los radios de transición para la realización de la defectoscopía con líquidos penetrantes y los espárragos y tuercas necesarios para el control de dureza de los mismos a fin de evitar que se partan durante el proceso de explotación. Terminados todos estos trabajos y con la revisión y aceptación del técnico encargado de los trabajos se procederá al montaje y ajuste de las válvulas de regulación.

La defectación y trabajos de mantenimiento en las válvulas de regulación que emplean para su accionamiento servomotores independientes se realizaran de acuerdo a los formularios de montajes y los procedimientos específicos de cada sistema, sólo nos limitaremos a señalar los aspectos más relevantes:

·        Estos sistemas son accionados generalmente a través de un distribuidor de presiones que regula el accionamiento de cada pistón hidráulico independiente. Su diferencia fundamental estriba precisamente en la forma de accionamiento Estos servomotores van acoplados sobre las válvulas y son de accionamiento unilateral, es decir, la presión hidráulica actúa contra un muelle o sistema de muelles que la obliga a mantenerse cerrada, este tipo de construcción garantiza la velocidad de respuesta ante un disparo por emergencia de la máquina. Durante el proceso de desarme se debe tener mucho cuidado porque los muelles suelen tener una gran pretensión y puede ocurrir un

accidente lamentable, si no se toman las medidas de seguridad correspondientes. Generalmente se desarman con ayuda de espárragos especiales que por su longitud eliminan totalmente la pretensión. Debe ponerse especial atención durante su mantenimiento al ajuste de su sistema de sellaje, al ajuste de los aros termoelásticos entre pistón y camisa, al paralelismo de los muelles a fin de evitar el roce del pistón durante la operación y al sistema de mando del servomotor. Como expresamos anteriormente los requisitos de mantenimientos de la válvula son idénticos que los anteriores por lo tanto no emplearemos tiempo en su explicación. Después de revisado y reparado todo el sistema se procederá al montaje y ajuste de la válvula bajo la supervisión del técnico encargado de la reparación.

La defectación y trabajos de mantenimiento en la válvula de cuello se realizaran de acuerdo a los formularios de montajes y los procedimientos específicos de cada sistema, la válvula de  cuello es el órgano de seguridad más importante de la máquina porque es la encagada de interrumpir el paso del vapor a la turbina en caso de parada normal o avería,  de ahí el grado de responsabilidad de su reparación, aquí nos limitaremos a estudiar los aspectos más relevantes de su reparación:

·        Las Válvulas de cuello se dividen en dos partes, la válvula de cuello propiamente dicha ubicado en el cuerpo o en la línea principal de la turbina y el servomotor hidráulico acoplado al vástago de la válvula de cuello, también son de uso frecuente en las turbinas de media y pequeñas potencias encontrar válvulas gobernadas por mecanismos de tracción mecánica, en nuestro caso trataremos los de servomotores hidráulicos que son los más difundidos en nuestra industria. En el cuerpo de la válvula de cuello se encuentra ubicada la tapa de la válvula que puede ser roscada y asegurada por una contratuerca o puede ser acoplada por una brida y asegurada por espárragos. En ambos casos los espárragos deben ser preparados para la realización de pruebas de control de dureza, en el caso del cuerpo se limpiarán los radios de transición y se les realizarán pruebas de defectoscopía capilar o por medio del magneflux según de convenga. Después de desmontada la tapa encontrará en la unión, una junta metálica que impide el paso del vapor hacia la parte exterior del cuerpo, esta  junta debe ser cambiada por una nueva y rectificada la superficie de asentamiento. También dentro del cuerpo encontraremos un colador resistente que será encargado de evitar el paso de partículas sólidas hacia la turbina, estos coladores tienen tendencia a tener partículas sólidas en los orificios por lo que durante las tareas de mantenimiento deben ser eliminadas, también es frecuente encontrar rajaduras en el colador por lo que debe determinarse bien que tipo de acero lo constituye para aplicar la tecnología de soldadura adecuada. El vástago con su válvula compensadora (preliff), se encuentra acoplado y con pretensión al muelle del servomotor por lo que para desacoplarlo hay que utilizar espárragos especiales para evitar daños al acoplamiento y un lamentable accidente. Al vástago de la válvula de cuello se le desmontará el preliff y el asiento móvil y se eliminarán todas las incrustaciones producidas por las sales y el carboncillo en el vástago y en los asientos, se controlará los elementos de unión mediante defectoscopía y se esmerilará, primero el preliff y después el asiento móvil contra el fijo. En el asiento fijo y antes del proceso de esmerilado se revisará su sujeción al cuerpo y también se le eliminará la cascarilla. Después de culminado todos estos trabajos se procederán a la limpieza cuidadosa de toda la parte  interior de la válvula y bajo la supervisón del técnico se comenzará el  montaje. El servomotor de las válvulas de cuello también es unilateral, se abrirá bajo la presión del aceite y se cerrará por la pretensión de los muelles, las válvulas de cuello no regulan flujo de  vapor a la máquina aun que existen

válvulas que sí lo realizan durante la marcha en vacío, pero no con carga. La reparación de estos servomotores cumple los mismos requisitos que los explicados para las válvulas de  regulación gobernadas por servomotores.

12. Sistema de protección

Como su nombre lo indica es el sistema encargado de proteger la turbina. Está generalmente integrado por varios dispositivos que actúan independientemente y que hacen cerrar la válvula de cuello bajo límites establecidos de funcionamiento. Generalmente se encuentran según el fabricante distribuidos de diferentes formas y algunos son comunes en todas las turbinas independientemente de su potencia, son ejemplo de  ellos:

·        El disparo por sobrevelocidad.·        El disparo por bajo vacío.·        El disparo por baja presión de aceite.·        El disparo por desplazamiento axial

Existen otros tipos de accionamiento manual que accionan sobre la válvul de cuello como son los accionamientos mecánicos  e hidráulicos desde el mismo pedestal frontal, existen otras protecciones de carácter eléctrico que actúan también sobre el sistema de protección pero que no son objetivos de este curso.

Como toda reparación de elementos de regulación debe realizarse en lugares limpios y acondicionado para ello, también deben limpiarse con trapos que no suelten hilachas de hilo ni usar estopa para estos fines.

Nos limitaremos a relacionar algunos aspectos importantes de la reparación del sistema de protección de las turbinas.

13. Protección por sobre velocidad

Con frecuencia se encuentran dos tipos de dispositivos; el primero del tipo de anillas excéntricas que son equilibradas por la tensión de un muelle a compresión sobre un pasador central de fijación en la anilla o comprimido directamente sobre un tornillo de regulación en la anilla. Estas anillas son reguladas para que su accionamiento se produzca entre el 10 y el 11% de la velocidad nominal de la turbina y en el momento de su accionamiento, golpean con fuerza un mecanismo hidráulico o mecánico que acciona la válvula de cuello y las válvulas de regulación deteniendo la marcha de la turbina, hay turbinas que solo poseen una anilla, existen otras que son accionadas por dos. También es muy difundido el sistema de percusión por pasador central, en este caso se utiliza un perno como percutor, el perno es regulado por la  acción de un tornillo contra la tensión del muelle, de esta manera queda regulado para su accionamiento en caso de sobrevelocidad, otra variante del mismo sistema es adicionarles lainers o arandelas que fijan la regulación del percutor.

La reparación de cualquiera de estos dos elementos, consiste en su limpieza y el control de su desgaste, se debe tener cuidado con las holguras entre el pasador y los bujes, bajo ningún concepto debe haber roces entre estos elementos.

14. Protección por bajo vacío

Son mecanismos formados generalmente por fuelles de bronce y articulaciones mecánicas e hidráulicas que accionan sobre mecanismos amplificadores que accionan directamente sobre la válvula de cuello y las válvulas de regulación. Los fuelles son absorbidos por la acción del vacío y en la medida que disminuya el vacío aumenta la contracción del fuelle hasta alcanzar los valores límites de disparos.

Estos mecanismos son muy delicados y precisos  por lo que  el mantenimiento se realiza con sumo cuidado. Se revisa el estado del  silphon, el sistema de tranques, el ajuste de los pasadores etc. Generalmente no presentan dificultades y tienen pocas piezas de repuesto, por lo que es recomendable si no tiene problema y opera bien evitar su desarme.

15. Disparo por baja presión de aceite

Existen diferentes tipos de protecciones por baja presión de aceite, de accionamiento eléctrico a través de una válvula solenoide, con mecanismos de silphon similar a los de bajo vacío, con diafragmas que accionan pistones hidráulicos que drenan las líneas de protección cerrando las válvulas de regulación y de cuello etc.

La reparación de estos mecanismos, es similar a la reparación de los dispositivos de disparo por bajo vacío, en todos los casos debemos de marcar cuidadosamente las piezas, evitar por todos los medios el uso de herramientas inadecuadas, restablecer todos los valores de ajuste según las instrucciones del fabricante. En los casos que los mecanismos posean diafragmas o silphones deben de comprobar antes de desarmar la existencia de los repuestos para aumentar más aún las medidas de seguridad del trabajo.

16. Disparo por desplazamiento axial

Son diseños muy variados, existen los de acción mecánicas por contacto entre el rotor y el perfil del dispositivo, también los hidráulicos que accionan por la caída de presión provocada por la separación del rotor y una tobera, diseñada para este propósito, que generalmente se instala en los tacones de empuje de la turbina y los de uso más moderno a través de censores electromagnéticos.

La reparación de estos dispositivos se realiza con sumo cuidado y precisión con la misma importancia que tienen los demás mecanismos de protección.

El sistema de protección de las turbinas de vapor se fabrican en forma de cascadas y en algunos casos todos sus mecanismos forman parte de un verdadero ingenio mecánico compacto y reducido,

Debemos de caracterizar bien que los operarios que realizan sus reparaciones son sumamente cuidadosos y responsables, además de poseer conocimiento y habilidades manuales, ser un excelente mecánico ajustador y ejecutor  de  mediciones.

17. Reparación de los elementos del cilindro

En la reparación de las turbinas es el trabajo de ejecución que implica mayor volumen es la reparación de los cilindros exterior e interior, esto es debido a que durante la explotación los mismos sufren grandes tensiones térmicas que provocan deformaciones y el surgimiento de grietas. Durante las tareas de mantenimiento deben eliminarse las deformaciones y  grietas surgidas durante la explotación.

El trabajo de reparación comienza con la preparación de las superficies en los radios de transición interior y exterior hasta el brillo metálico, estas zonas son seleccionadas por los especialistas del laboratorio de metales, una vez terminado se procederá a las pruebas de defectoscopía por medios capilares o magneflux para determinar la ubicación de las grietas. Posteriormente se procederá al desbaste hasta la eliminación total de las grietas y a la selección de la tecnología de soldadura para restablecer la superficie trabajada. Estas actividades generalmente se realizan en periodos de trabajos no críticos, por lo que es muy importante su ejecución en el tiempo programado, a fin de no interrumpir la línea critica de reparación.

Durante los trabajos de revisión  se realiza el formulario de deformación de la unión horizontal del cilindro y se determina su volumen real de trabajo, generalmente existen tres opciones de reparación:

1.     Que la deformación existente puede ser absorbida por él apriete en frió de la unión horizontal o adicionando un apriete en caliente de la tapa.

2.     Que la deformación esté localizada en una zona o en varios puntos de la unión horizontal, en estos caso la medida a aplicar es  rellenar con soldadura las zonas afectadas y restablecer la superficie mediante el maquinado.

3.     Que los volúmenes que se ejecuten sean reconstructivos permitiendo un escrepado total de la unión horizontal.

Reparación de diafragmas y cargadores; para la ejecución de estos trabajos se siguen los siguientes pasos:

1.     Se realiza la limpieza manual o mediante la aplicación de sandblasting eliminando todas las incrustaciones en el metal.

2.     Se miden los diámetros interiores y exteriores de los cargadores y diafragmas, con micrómetro interior y exterior o dispositivos desarrollados para este fin.

3.     Control y ajuste de la unión horizontal de los cargadores y diafragmas. Este control se realiza con calibrador de hojas, comprobando la penetración de una lamina de 0,05mm y escrepando la unión por medios mecánicos o manual, hasta eliminar la separación.

4.     Se miden y corrigen los juegos axiales y radiales. El ajuste del juego axial se realiza colocando dos indicadores a ambos lados del diafragma o cargador y se empuja en ambas direcciones para determinar el valor de su juego. Para limitar el exceso de juego axial, se colocan unos pines roscados  hacia el lado de entrada  del vapor. El juego radial de los diafragmas y cargadores se reduce ajustando el espesor de la chaveta inferior contra el ancho del chavetero.

5.      Control y corrección de la holgura térmica de los cargadores. El control se realiza antes de la corrección de los diafragmas y calculándolo  de la misma forma. La corrección se realizará mediante el escrepado de la unión horizontal del cargador.

6.     Control y corrección de la holgura térmica de los diafragmas. El control se realiza mediante la medición de la diferencia de altura entre el nivel horizontal del diafragma y el nivel horizontal del cargador o cilindro en los extremos de los diafragmas con un Pie de Rey de profundidad. La suma algebraica de la semisuma de los valores de ambas mitades será el resultado de la holgura o aprieto existente. Para realizar la corrección de la holgura térmica se rebajara o aumentará la altura de los pines radiales de la parte superior del diafragma, existen casos en que debe ser torneados el arco superior.

7.     Se realiza defectoscopía capilar de los cuerpos y paletas  de los diafragmas y cargadores, se eliminan los defectos encontrados mediante el chapisteado, maquinado o la aplicación de tecnologías de soldaduras.

8.     Control de la flexión de los diafragmas. El control se realiza uniendo ambas mitades de los diafragmas sobre un mármol y utilizando el método de control de planicidad con una regla guardaplanos. Para tener un control histórico sobre la deformación es necesario marcar la zona de medición y llenar el formulario correspondiente.

9.     Se revisa, controla y restablece toda la tornillería de los cargadores y diafragmas.

10. Preparación, reparación y ajuste de las chavetas y chaveteros radiales y axiales de los cargadores y diafragmas. Este trabajo se realiza rellenando con soldadura las chavetas y restableciendo sus dimensiones mediante el uso de limas y micrómetro exterior, en el caso de los chaveteros mediante el uso de los bloques calibrados y herramientas especiales.

11.  Centramiento de los cargadores y diafragmas respecto al rotor. Estas actividades se realizan de acuerdo a las instrucciones de reparación de la turbina. Consiste la operación en centrar primeramente los cargadores y después los diafragmas, el procedimiento se ejecuta centrando un eje calibre en el cuerpo del cilindro tomando como referencia los valores de centramiento del rotor en el cilindro. Es imprescindible que la ejecución de estos trabajos se realice con el máximo rigor, dado que los errores de ajuste se pagan con la repetición de las operaciones y la perdida de gran parte del tiempo del cronograma de ejecución. La operación de medición del centrado de los diafragmas es simple, se coloca un suncho con una punta de medición atornillada  en la posición del encaje de los sellos de los  diafragmas y se gira el eje calibre tomando tres mediciones, izquierda, centro y derecha para determinar su desviación como se muestra en la figura.

La posición 1 representa el eje calibre.La posición 2 representa el suncho con la punta de medición.La posición 3 representa el encaje

18. Reparación de sellos interpasos y terminales

Reparación de sellos interpasos y terminales; Es fundamental en el proceso de reparación por la incidencia que tiene en la eficiencia de la turbina durante su explotación y a demás porque un mal montaje puede implicar una avería grave en la turbina.

Los trabajos de reparación de los sellos interpasos y terminales comienzan por la correcta identificación de la posición que ocupa y  la evaluación técnica del estado en que se encuentran, posteriormente el desmontaje y ordenamiento de su tornillería, topes y muelles, una vez concluida esta actividad se procederá de la siguiente manera:

1.     Limpieza de los segmentos y sus encajes; esta tarea se realiza con cepillos metálicos de forma manual o por medios mecánicos.

2.     Defectación de las láminas de los segmentos; Consiste en revisar y reparar, sí las láminas se encuentran flexionadas o si están partidas, se sustituye los segmentos por nuevos.

3.     Se revisara y controlara el estado de los muelles; Consiste en comprobar si tienen flexión permanente o sí están partidos, en dicho casos se sustituyen por nuevos. Al sustituirse los muelles por nuevos se verificará si realmente ocupan esa posición y se tienen las propiedades químicas y mecánicas correspondientes.

4.     Montaje de sellos para ajuste; Consiste en realizar un formulario de holguras radiales y axiales. Las holguras radiales se verifican midiendo la separación entre las láminas y el rotor con un calibrador de hojas. Esto se realiza inmovilizando con cuñas laterales los segmentos de sellos, la holgura inferior se determina con tiras de esparadrapos hiladas una sobre otras hasta alcanzar el valor de separación entre eje y sellos. Para la corrección del ajuste se recalcará si es necesario aumentar la holgura y se maquinará la raíz si es necesario reducir la holgura  La medición axial, se realiza midiendo los espacios entre láminas y laberintos del rotor. Para la realización de esta medición es obligatorio tener el rotor en posición de operación. La corrección axial de los sellos se realiza rellenando con soldadura un lado y maquinando por el otro, otra variante es analizar si con un movimiento de la caja se resuelve el ajuste de todos los aros. Las partes superiores de los sellos en ambos casos se ajustan montando los segmentos  por la parte inferior.

5.     Ajuste de la las holguras térmicas de los sellos; Consiste en medir a partir de la unión horizontal de la caja de sello o del diafragma, la altura hasta el borde horizontal de los sellos en ambos extremos, de igual forma en la parte superior y realizar el cálculo del resultado de las mediciones de la misma forma que la de los diafragmas  La corrección del ajuste se realizará mediante el maquinado de las caras de los sellos.

6.     Una comprobación final antes del montaje definitivo de los sellos se realizará con esparadrapo, realizándose primero en la mitad inferior y después en los superiores.

7.     Durante el montaje definitivo se verificara que todos los sellos estén lubricados y montados de acuerdo al plano de montaje. Que todos los segmentos de sellos regresen a su posición después de ser comprimidos y  que las holguras axiales y radiales estén en normas, que todas las chavetas y tornillos queden por debajo de la unión horizontal para evitar la separación de la  unión horizontal de las cajas de sellos y los diafragmas.

19. Preparación para defectoscopía de los metales

Defectoscopía capilar, por magneflux y por ultrasonido.

La detección de los defectos asociados a los grandes esfuerzos a que son sometidos los metales ocupan un gran tiempo durante los procesos de mantenimiento, por el volumen de trabajo de limpieza de las superficies  hasta el brillo metálico en las tuberías y cuerpos de los cilindros y válvulas.

De acuerdo con las configuraciones y propiedades de los metales se aplican los diferentes tipos de defectoscopía.

Para la  revisión de los defectos en los cuerpos de los cilindros y válvulas se han extendido por el mundo el uso de la defectoscopía capilar o a color. Para utilizar este método primeramente hay que limpiar los radios de transición hasta el brillo metálico usando máquinas de discos y después utilizando un líquido limpiador se desgrasa la superficie, se atomiza con líquido penetrante de color rojo y se espera unos  minutos para que penetre el líquido en la grieta, posteriormente se limpia la superficie con trapos secos hasta el brillo metálico y se atomiza con un líquido revelador de color blanco que resaltará la forma de los poros y grietas que son defectos del metal.

La utilización de la defectoscopía capilar es muy ventajosa en la detección de defectos en las paletas con pequeñas alturas y unidas entre sí, también en la detección de defectos de los discos, bandajes y elementos ensamblados de los rotores.

La defectoscopía por el método de magneflux se emplean principalmente en los  casos en que las superficies ha comprobar sean extensas, aunque también se puede realizar en pequeñas superficies, los requisitos de preparación de las superficies a inspeccionar son idénticos a los utilizados en la defectoscopía capilar.

El procedimiento de ejecución de la defectoscopía por el método de magneflux se realiza de la manera siguiente:

1.     Se prepara una solución de agua destilada jabonosa con micropolvos de oxido de hierro F2O3  que posee cualidades magnéticas,  con un tamaño del grano de 10 a 50 micrones y una concentración aproximada a los 10 gramos de polvo por litro de agua.

2.     Con un atomizador o una  brocha se aplica esta solución en la superficie a inspeccionar e inmediatamente.

3.     Se conecta la superficie a inspeccionar a una fuente de corriente directa o alterna, según el equipo, de 30 a 60 voltios a través de dos eléctrodos.

El trabajo consiste en determinar las existencias de defectos en la zona magnetizada y se manifiesta por una concentración de las partículas magnéticas alrededor de los defectos detectados.

Este procedimiento también puede ser utilizado con grandes ventajas en la detección de defectos de los rotores. Permite revisar rápidamente las paletas largas de los últimos pasos de la turbina, también es utilizado en la detección de defectos por medio de la boroscopía de los agujeros centrales de los rotores.

Es muy utilizado durante la  inspección de los alabes de turbinas que serán montados durante los procesos de empaletados.

La defectoscopía por el método de ultrasonido se  utilizan para detectar defectos en las uniones soldadas, en los espárragos, en los muñones y alabes de los rotores de turbinas.

Este método se basa en la reflexión de un haz de las ondas ultrasónicas en las superficies de los metales.

El método consiste en calibrar el equipo para un espesor de control determinado, esta calibración se mostrará en forma de una línea recta en la pantalla del instrumento. Para detectar el defecto, el haz es enviado a través de la pieza, sí la onda es interrumpida durante el proceso de control, esta se mostrará en la pantalla en forma de un pico. Sí comparamos las proyecciones podemos determinar a que profundidad se encuentra el defecto y por la posición del sensor podemos ubicar el defecto.

El uso del método de defectoscopía por medio ultrasónico permite detectar grietas y poros que se encuentran en el interior  del metal, no así en los métodos de defectoscopía capilar y de magneflux que solo permite la defectación superficial.

20. Reparación de la línea de ejes. Reparación de rotores de turbinas.

Chumaceras de apoyos y de empuje. Reparación de acoplamientos.

Se llama línea de ejes al conjunto de rotores acoplados que integran la turbina, generador, reductor y excitatriz en sus apoyos. Esta línea de ejes debe de ser continua sin quebraduras en sus uniones y perfectamente balanceada para garantizar el trabajo estable sin vibraciones.

Durante la reparación los especialistas deben garantizar:

1.     La revisión minuciosa de las paletas y bandajes y ejucutar las pruebas de defectoscopía pertinentes.2.     Realizar la comprobación de flexión de los rotores.   3.     La alineación de los rotores.4.     El pénduleo de los rotores.5.     La cigüeñalidad del acoplamiento6.     La curva de niveles de los rotores acoplados.

También forma parte de la línea ejes, las chumaceras de apoyos y de       empuje en las cuales  debemos revisar:

1.     Comprobación de los apriete de las tapas y casquillos.2.     Comprobación de las holguras laterales y de techo.3.     Comprobación del estado del Babbit de las chumaceras y la realización de la prueba de defectoscopía del metal antifricción de las chumaceras.4.     En las chumaceras de empuje se medirá el juego axial del rotor, el juego axial del casquillo y el juego del conjunto dentro de la tapa.5.     A la chumacera de empuje se le controlará el estado del metal antifricción y su espesor.

  Un aspecto importante en la reparación de la línea de ejes lo ocupa la comprobación de los acoplamientos de la turbina en ellos debemos garantizar:

1.     El ajuste y correcto desmontaje y montaje de los pasadores de acoplamientos.2.     La comprobación y corrección de la perpendicularidad y planicidad de los acoplamientos.3.     Que al acoplar quede rectificada la desviación existente en la cigüeñalidad y en el pénduleo de los ejes.

  En sentido general existe una correspondencia muy precisa entre la calidad

del ajuste de los pedestales, el montaje de  las chumaceras de apoyos y de                   empuje, el acoplamiento de los rotores de la turbina que garantizan, la calidad del trabajo de la línea de eje de la turbina.

1.     Reparación de rotores de las turbinas: la reparación de los rotores comienza por la defectación física en sitio. Después de llenado los formularios de ajustes iniciales de la turbina procederemos a inspeccionar:

·        El estado en que se encuentran las superficies de apoyos de los muñones.·        Se limpiaran con papel de esmeril las zonas indicadas según formularios para medir la flexión de los rotores.·        Se inspeccionaran el estado en que se encuentran los bandajes tubulares y planos bulones de fijación de las paletas y empalmes soldados de los bandajes.

Una inspección de mayor rigor se realizará después de desmontado los rotores y se tomará la decisión por los técnicos encargados de la reparación de enviarlos a los talleres para su limpieza en sitio con Sand Blasting, este es un aspecto muy importante por que nos permitirá hacer una inspección de mayor rigor en la que se incluyen las pruebas de defectoscopía capilar en los álabes y bandajes. Después de completada la

inspección se decidirá el volumen de reparación a ejecutar. En los casos mas complicados si el rotor requiere el empaletado o el maquinado. Los trabajos se realizan en los talleres según convengan.

2.     Comprobación de flexión de los rotores: La comprobación de flexión de los rotores se ejecutará en el sitio o en los talleres según la planificación del mantenimiento y es una tarea fundamental dentro de la evaluación del estado técnico del rotor, esta operación consiste en dividir radial y axialmente el rotor en varias planos según el formulario del fabricante y medir su desviación girándolo en el sitio o sobre un torno, de manera que podamos determinar el valor de su flexión. Este valor de flexión es comparado con el valor histórico de flexión de este rotor, dependiendo de este resultado se tomarán las decisiones que correspondan.

3.     Alineamiento de los rotores: Es una operación de medición ejecutada por operarios de experiencia y con  gran responsabilidad. Consiste en colocar un dispositivo preparado para este fin con gran rigidez, que permita medir las diferentes posiciones que ocupa el rotor cuando lo giramos sus acoplamientos a 90° hasta completar los 360° de giro. Esta medición se ejecuta con bloques calibrados, calibradores de hojas e indicadores de carátulas. Atendiendo a la importancia y calidad de esta medición, este control debe realizarse dos veces por diferentes operarios de alta calificación. También  estas mediciones se realizan con equipamiento de alta tecnología diseñada para este fin.

4.     Control del pénduleo de los rotores: Se mide preferentemente en los rotores con un solo punto de apoyo aunque también se puede medir en rotores con dos apoyos. El objetivo de esta medición es evitar un movimiento oscilatorio del eje en el muñón de apoyo del rotor, para este fin se diseñan dispositivos especiales que auxiliados con indicadores de carátulas permiten cuantificar el valor de estas mediciones. El valor de esta desviación nos permiten calcular de forma indirecta todo lo desviado que está la perpendicularidad del coupling.

5.     Cigüeñalidad de los rotores : Como su nombre los indica es el efecto que se produce cuando el centro geométrico de dos ejes no coincide produciendo un efecto de cigüeñal en  los ejes acoplados. Se miden como diferencia de la posición de los ejes. Para ello se divide el diámetro de los rotores en 8 ángulos  iguales, en ocasiones se dividen de acuerdo a la numeración de los tornillos, dependiendo de la calidad de la construcción del coupling se mide sobre su superficie y en muchas ocasiones se utilizan los muñones de las chumaceras más próximas al acoplamiento.

·        Se mide en el coupling cuando se garantiza plenamente la concentricidad de los coupling respecto a su eje.·        Se mide en los muñones cuando el coupling no cumple los requisitos de concentricidad con el eje.

        Para medir en el eje se desmonta la mitad inferior de la chumacera del eje de menos peso y más próximo al acoplamiento. Se coloca un indicador de carátula sobre ambos  muñones con la indicación en la aguja del 0,00 de inicio, aunque, algunos prefieren iniciar con valores positivos y enteros como por ejemplo 0,50mm.Se realiza la rotación de ambos ejes acoplados y se va tomando un juego de lecturas en ambos indicadores. Una medición ha sido ejecutada con calidad cuando después de haber completado el giro de 360° del rotor los  indicadores regresan al valor inicial.

21. Reparación de chumaceras de apoyos y de empuje

Como habíamos indicado en los epígrafes anteriores, los pedestales y las chumaceras de apoyo y de empuje forman parte de la línea de ejes y son los encargados de garantizar su continuidad  y de mantener la rotación de los rotores alrededor de su eje geométrico dentro de límites establecidos.

Una buena reparación de este sistema consiste en garantizar:

·        Que los pedestales estén apoyados plenamente en sus bases para garantizar su desplazamiento a través de la guía central y que los mismos tengan la holgura mínima permisible en sus guías de desplazamiento axial para evitar un levantamiento innecesario de su posición y permitir el desplazamiento de los mismos a través de sus apoyos.

·        Que las esferas de las chumaceras asienten completamente en sus soportes esféricos garantizando el auto ajuste de las mismas en sus apoyos. Existen construcciones de gran calidad en la que no es necesario realizar trabajos de escrepado en los apoyos esféricos, pero no siempre es así, lo cierto es que para garantizar un asentamiento de calidad debe escreparse las superficies de contacto hasta alcanzar un valor de ajuste de toda la superficie que no permita la penetración de una hoja de calibrador de 0,03mm en su periferia y que, además, tenga un 90% de contacto en toda la superficie. Un trabajo de terminación generalmente se realiza con un esmerilado fino de ambas superficies.

·        Existen chumaceras con tacones de centramientos, en estos casos los tacones son ajustados contra los apoyos esféricos hasta lograr una superficie de contacto de un 95% y no tolerar la penetración de una hoja de 0,03mm en su periferia.

·        Tanto las chumaceras esféricas como las chumaceras que se apoyan en los tacones de centramiento pueden estar apoyadas sobre casquillos de aceros que a su vez pueden tener o no tacones de centramiento, en todo los casos el rigor y la calidad del ajuste tiene que ser igual  sobre el casquillo.

·        Existen chumaceras cuyo cuerpo es cilíndrico, en estos casos el ajuste de la superficie de contacto con el pedestal, se realiza por medio de los tacones de centramiento. El ajuste de la superficie de contacto de los tacones tiene los mismos requisitos de calidad para cualquier tipo de chumacera o casquillo.

·        De acuerdo con la superficie de deslizamiento, las chumaceras tienen diferentes configuraciones, elípticas y cilíndricas, existen también otras intermedias entre las dos conocidas por semielíptica. Las chumaceras cilíndricas se caracterizan por tener las holguras radiales distribuidas de tal forma  que la suma de las holguras laterales es igual a la holgura superior. Las chumaceras elípticas se caracterizan por que la suma de las holguras laterales es dos veces superior a la holgura superior. Las chumaceras semi

·         elípticas son el resultado de un compromiso entre las elípticas y las cilíndricas.

·        Uno de los aspectos más importantes durante la reparación de las chumaceras es la revisión de los defectos en la superficie de deslizamiento de la misma. La superficie de

deslizamiento está compuesta de un material antifricción Babbit (en honor de su inventor) cuyo contenido para el tipo B-83 que es a su vez el más difundido en Cuba y cuya composición es de cobre (Cu 6%), estaño   (Sb  83%) y antimonio (Sa 11%)  Su característica principal es su alta capacidad para soportar grandes cargas y bajo condiciones de lubricación forzada, alta resistencia al desgaste por fricción. Durante las reparaciones un aspecto fundamental es la comprobación del agarre del metal antifricción al cuerpo de la chumacera, de forma rudimentaria pero también efectiva se desarrollaron los siguientes métodos:

1.     La detección de despegue del material por medios de golpes con un pequeño martillo, que al cambiar el sonido de la superficie golpeada nos indicará que hay una zona de despegue.

2.     Sumergir durante 24 horas la chumacera en un baño de keroseno al cabo de este tiempo, secarla bien y pintarlo con pintura de cal, las zonas despegadas se harán visibles inmediatamente al no combinarse la cal con el keroseno.

         Una  técnica más desarrolla ha sido la utilización de la defectoscopía  por medio del ultrasonido para detectar problemas de despegue en el  metal y la defectoscopía con líquidos penetrantes para detectar despegues de los bordes y defectos sobre la superficie portante.

22. Ajuste del metal Babbit

·        Después de un proceso de maquinado en el cual se ha calculado bien y se ha utilizando la tecnología adecuada, las chumaceras no deben precisar ajuste de holguras, pero, sí debemos eliminar los cantos filosos y los cambios bruscos de la superficie de entrada de aceite de lubricación, suavizándolo con un escrepado que suavice el filo. Hay que tener claro: que el hecho de haber maquinado correctamente la chumacera no implica, que se deje de hacer las comprobaciones de holguras y de asentamiento, estas operaciones siempre hay que realizarlas. Cuando por razones de calidad y de buen trabajo de las chumaceras no requieran de cambio, existen dos formas de reajustarlas:

a.  Con ejes calibres.b.     Reajustando las holguras contra el eje.

Para el primer caso debemos considerar que todas las pruebas de calidad posibilitan la continuación del trabajo de la chumacera, entonces en este caso se fabrica un eje calibre cuyo diámetro será igual al diámetro del eje mas la holgura lateral de la chumacera y con estas dimensiones se comenzará a restablecer la superficie cilíndrica de la mitad inferior de la chumacera mediante el escrepado del metal Babbit, utilizando como mármol el eje calibre, la chumacera quedará bien ajustada cuando el eje calibre asiente plenamente sin holgura en la mitad escrepada. Esta operación debe repetirse  en la mitad superior de la misma forma y con la misma calidad de ajuste. Al final debemos ajustar la holgura de techo entre el eje y la  mitad superior de la chumacera  mediante un escrepado de la unión horizontal de la chumacera. Existen otras variantes ha usar con el eje calibre como por ejemplo, cuando rellenamos parcialmente el exceso de holgura lateral o cuando tenemos un eje calibre que no se ajusta exactamente a las dimensiones que  necesitamos, en ambos casos debemos de pensar y medir muy bien para elegir de forma correcta como vamos a ejecutar el trabajo.

24.El reajuste de las holguras contra el eje

. Para este caso debemos considerar que todas las pruebas de calidad posibilitan la continuación del trabajo de la chumacera, En este método se restablece la holgura lateral si es necesario mediante el aporte de Babbit soldado y después sé escrepa con la ayuda de perfiles con el mismo radio de la chumacera, un ajuste final se realiza en el sitio, el asentamiento del eje de la chumacera debe de tener un ángulo aproximado a los 60° este asentamiento se compara utilizando una plantilla con la longitud aproximada y el ajuste se realiza contra el mismo muñón del eje. Otros métodos conjugan el método del eje calibre y el ajuste en sitio.

Las holguras en las chumaceras se miden de dos formas:

a. La primera forma se mide con micrometros interiores y exteriores y se calcula la holgura por la diferencia de los diámetros del eje y de la chumacera.

b. La segunda forma se mide con calibradores de hojas las holguras laterales y de techo, pero también se mide la holgura de techo por el método de las placas calibradas. El método de las placas calibradas nos permite medir más en el interior de la chumacera. Este método consiste en poner cuatro placas calibradas del mismo espesor cerca de los orificios de los tornillos de ajuste y un plomo a largo de la parte superior del muñón. Se aprieta la unión horizontal de manera que comprima el alambre de plomo y se desmonta con cuidado de no romper el plomo. En esta circunstancia medimos el espesor del plomo comprimido y se lo restamos del valor promedio de las placas calibradas. Sí el espesor de los plomos es mayor que el promedio del valor de las láminas calibradas entonces, tendremos valores de holguras en la parte superior, si es por el contrario entonces estará en presencia de apriete. Los valores de holguras de las chumaceras se ajustan de acuerdo a los valores establecidos por el fabricante.

Con respecto a la holgura lateral se debe tener mucho cuidado al medirlas teniendo en cuenta de que tipo de chumacera se trata:

a. Si es una chumacera cilíndrica, se puede considerar el valor de penetración como el espesor máximo de hojas calibradas, cuando el calibrador a penetrado una profundidad de 25mm.

b. Si es una chumacera elíptica, se puede considerar como la penetración de espesor máximo de hojas calibradas, cuando el espesor del calibrador ha penetrado a la menor profundidad posible de la ranura (entre 3 y 5mm).

Cuando no se tiene los valores de holguras de las chumaceras cilindricas y se carece de los datos del fabricante, se puede tomar como relación el valor de la holgura diametral 0,002 D con un mínimo de 0,25mm.

Ejemplo:

Sea una chumacera cilíndrica, cuyo eje tiene en el muñón de apoyo un diámetro de 300mm y de la cual desconocemos los valores de ajuste del fabricante.¿ Cómo podremos calcular su holgura de techo? y ¿Cuál sería su holgura lateral?

Datos:

Diámetro del eje es igual a 300mm.

Resolución:

1.     la holgura diametral es igual a la holgura de techo, por lo tanto:             0,002 x 300 = 0,60mm ( Holgura de techo).

2.     Por definición habíamos dicho anteriormente que "El valor de las Holguras laterales en una chumacera cilíndrica era la mitad de la holgura de techo. Por lo tanto:             O,60 x  0,5 = 0,30mm ( Holgura lateral)

Respuesta: La distribución de las holguras calculadas será como sé muestra en el esquema.

Para el caso en que una chumacera sea elíptica, entonces tendremos dos holguras; una vertical, que corresponde el eje menor y otra horizontal correspondiente el eje mayor de elipse. En las chumaceras elípticas la holgura del techo es 0, 001D y  las holguras laterales son 0,002D  

1. Entonces tendremos utilizando los datos del ejemplo anterior:                        0,001 x 300  = 0,30 (Holgura Techo)

 Entonces tendremos para la holgura lateral que:                  0,002 x 300 = 0,60 (Holgura Lateral).

Respuesta: La distribución de las holguras para una chumacera elíptica será como se muestra en la figura.

Chumaceras de Empuje. Como señalamos en él capitulo 7, las chumaceras de empuje pueden ser simples o combinadas. También señalamos que las chumaceras de empuje combinada era la combinación de la chumacera de empuje con una de apoyo. Para la reparación de la chumacera de empuje combinada, la reparación del  apoyo tendrá el mismo tratamiento de las chumaceras de apoyos convencionales, por lo que nos limitaremos al estudio de la reparación de la chumacera de empuje simple y al final volveremos a las combinadas.

Las chumaceras de empuje simple; están instaladas en el pedestal de forma independiente, esta formado por un cuerpo o armazón que se posesiona en el pedestal y queda ajustada en su posición por medio de zunchos atornillados que mediante la inserción de laminas pueden ser trasladado de su posición axial en ambos sentidos, este cuerpo a su vez está dividido en dos mitades por medio de una brida atornillada en la unión horizontal, en su interior se encuentra un disco solidario al eje de la turbina dividido en dos partes: lado trabajo y lado no trabajo, En ambas partes y apoyados contra  la superficie del cuerpo se encuentran los tacones de empujes ensamblados a una estructura que les permite mantener su posición de trabajo en el sitio de la instalación. Generalmente los tacones del lado trabajo tiene mayor superficie portante que los que van colocados en el lado de no trabajo. Existen diferentes diseños pero para una  comprensión mas sencilla hemos descrito la chumacera de empuje anterior.

Los objetivos de la reparación siempre serán restablecer el juego axial de la turbina y la perpendicularidad de los tacones con respecto al disco de empuje a fin de garantizar un calentamiento parejo de todos los tacones.

La reparación debe garantizar:

1.     Que todos los tacones tengan la misma altura desde su base hasta los tacones de empuje.2.     Que todos los tacones tengan la cuña de entrada de aceite de acuerdo a los planos del fabricante.3.     Que el espesor de la capa de metal antifricción Babbit debe ser inferior al valor mínimo de la holgura axial prevista para el rotor, teniendo en cuenta la dilatación térmica, para evitar averías en las paletas en caso de fusión accidental de esta capa de

rozamiento.4.     Que los aros de los respaldos de los tacones deben tener las superficies rectificadas, paralelas entre sí y que sean de iguales espesores en ambas mitades, sin golpes, deformaciones ni rebabas.