Modelado y análisis fluido dinámico a una carcasa de admisión para una turbina de vapor industrial con capacidad de 25MW

Abstract

Steam turbines today are equipment required mainly in industry for the generation of electric power. As the name implies, this equipment mostly use steam for the production of electrical energy. As a consequence of the continuous use of a fluid in extreme conditions, the equipment is subject to damage over the years. Thermal deformations, cavitation, loss of efficiency, among other problems, prevent the proper operation of this equipment. Hundreds of improvements have been proposed for decades, mainly for rotor sections. But another part is not so commonly considered: the inlet casing. This element is intended to deliver a fully developed fluid to be utilized by the rotors. To this day, there are no methods beyond investigations to improve and know the flow patterns inside it. In this thesis work, a modeling and analysis of an industrial inlet casing with a capacity of 25 MW is presented. Using design software, it is proposed the generation of a geometry that resembles to a great extent the inlet casing. Subsequently, using computational fluid dynamics, the fluid dynamic behavior inside the inlet casing is evaluated. On the other hand, a couple of proposals to improve the fluid fields at the outlet of the casing are included. The results obtained show improvements in the velocity profiles at the outlet of the inlet casing by an average of three percent between the real model and the proposed one.

Las turbinas de vapor hoy en día son equipos requeridos principalmente en la industria para la generación de energía eléctrica. Como su nombre lo menciona, estos equipos emplean en su mayoría vapor con la finalidad de producir energía eléctrica. Como consecuencia del uso continuo de un fluido en condiciones extremas, los equipos están a expensas de daños durante el paso de los años. Deformaciones térmicas, cavitación, pérdida de eficiencia entre otros diversos problemas, evitan el buen funcionamiento de estos equipos. Durante décadas se han propuesto centenares de mejoras principalmente para las secciones de los rotores. Pero otra parte, no se considera de forma tan común: la carcasa de admisión. Este elemento tiene como finalidad entregar un fluido completamente desarrollado para ser aprovechado por los rotores. Hasta el día de hoy, no existen métodos más allá de investigaciones para mejorar y conocer los patrones del flujo en su interior. En el presente trabajo de tesis se presenta un modelado y análisis a una carcasa de admisión industrial con capacidad de 25 MW. Haciendo uso de softwares de diseño se propone la generación de una geometría que asemeja en gran parte la carcasa de admisión. Posteriormente, haciendo uso de la dinámica de fluidos computacional se evalúa el comportamiento fluido dinámico al interior de dicha carcasa de admisión. Por otro lado, un par de propuestas para mejorar los campos de fluido a la salida de la carcasa son incluidos. Los resultados obtenidos, muestran mejoras en los perfiles de velocidad a la salida de la carcasa de admisión en promedio de tres por ciento entre el modelo real y el propuesto.