ES2927719T3

ES2927719T3 - Procedimiento de operación para un turbogrupo y para una instalación de turbina de vapor a baja presión, e instalación de turbina de vapor a baja presión

Info

Publication number: ES2927719T3
Application number: ES19177173T
Authority: ES
Inventors: Philipp Lücke; Georg Jager
Original assignee: Fludema GmbH
Current assignee: Fludema GmbH
Priority date: 2018-06-08
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2022-11-10
Anticipated expiration: 2039-05-29
Also published as: EP3578765B1; EP3578765A1

Abstract

La invención se refiere a un método de funcionamiento de un grupo turbo (10) que tiene una turbina (12) y un generador (14) que está dispuesto dentro de una línea de alimentación (32) a la turbina (12), con los pasos b) introduciendo un fluido en la línea de suministro (32), c) guiar el fluido a través del generador (14), d) impulsar la turbina (12) por medio del fluido, siendo dirigido un flujo del fluido desde el generador (14) hacia el turbina (12), caracterizada porque la presión en la línea de alimentación (32) y en la turbina (12) está por debajo de la presión ambiental. La invención también se refiere a un grupo turbo (10) que tiene una turbina (12) que está diseñada como una turbina axial y un generador (14) que está dispuesto dentro de una línea de alimentación (32) a la turbina (12), la turbina (12) está diseñado para una entrada desde la dirección del generador (14), que se caracteriza porque la turbina (12) está diseñada como una turbina de vapor. La invención también se refiere a un sistema de turbina de vapor de baja presión que tiene un conjunto turbo (10) de este tipo y un evaporador de expansión para evaporar un medio de transferencia de calor líquido para obtener un fluido vaporoso, estando la presión en el evaporador de expansión por debajo de la presión ambiental. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de operación para un turbogrupo y para una instalación de turbina de vapor a baja presión, e instalación de turbina de vapor a baja presión

La invención se refiere a un procedimiento de operación para un turbogrupo y una instalación de turbina de vapor de baja presión con un turbogrupo.

Los denominados turbogrupos, es decir, una combinación de al menos una turbina y al menos un generador, se utilizan en la tecnología de centrales de energía para convertir energía térmica en energía eléctrica. La turbina convierte en energía mecánica la energía térmica que se le aporta. La energía mecánica es transferida de la turbina al generador. El generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica.

Los generadores tienen una eficiencia inferior a 1 (es decir, < 100%). Una parte de la energía mecánica aportada no se puede convertir en corriente eléctrica, sino que se transforma nuevamente en energía térmica, es decir, se produce una pérdida de energía en forma de calor. Por regla general, las pérdidas en el generador suponen un pequeño porcentaje (de 0,5% a 5%, aproximadamente) y se pierden en el proceso global en forma de calor residual. Incluso en el caso de los generadores más pequeños, con una potencia nominal de algunos cientos de kilovatios, por ejemplo, se origina así una pérdida de potencia térmica no desdeñable, que calienta el generador.

Dentro de un generador se encuentra lo que se denomina un paquete de devanado (que comprende típicamente un núcleo de chapas y devanados), que por lo general está revestido o encapsulado con un material aislante (por ejemplo, resina epoxídica). Este material aislante tiene un límite térmico de empleo que por ejemplo se sitúa, para las clases de aislamiento habituales, en 155 °C como máximo (clase de aislamiento F) o 180 °C como máximo (clase de aislamiento H). Por razones de seguridad y de vida útil, durante el funcionamiento no se debe alcanzar ni superar esta temperatura. Por lo tanto, generalmente se controlan las temperaturas en los devanados con uno o más termopares y se apaga el generador cuando se alcanza una temperatura correspondientemente elevada (por ejemplo, a 130 °C para la clase de aislamiento F o a 155 °C para la clase de aislamiento H).

En consecuencia, para evitar el sobrecalentamiento del generador y, por lo tanto, un apagado forzoso del mismo, se debe refrigerar este de manera permanente y fiable. En instalaciones convencionales se utilizan como agente refrigerante, entre otros, sistemas de refrigeración basados en aire, agua, agua/glicol e hidrógeno. Lo que tienen en común estos sistemas de refrigeración es que el respectivo agente refrigerante (por ejemplo, aire, agua, agua/glicol, hidrógeno) debe moverse hacia y desde el generador mediante un equipo impulsor adecuado (ventilador, bomba). El generador debe estar provisto de conexiones, intercambiadores de calor o superficies adecuadas para el agente refrigerante utilizado en cada caso. Además, todo el sistema debe estar equipado con un sistema de reenfriamiento para el agente refrigerante calentado en el generador, y también con un sistema de control metrológico del circuito de refrigeración. Por lo tanto, tales sistemas de refrigeración requieren un gasto considerable en términos de equipamiento, lo que va ligado a los costes correspondientes. Además, se debe consumir energía para llevar a cabo el enfriamiento.

A partir del documento EP 3 141 710 A1 se conoce un dispositivo que comprende una máquina de expansión, para generar energía mecánica al expandir vapor de un medio de trabajo, y un generador conectado a un árbol de la máquina de expansión, para generar energía eléctrica a partir de la energía mecánica de la máquina de expansión. La máquina de expansión y el generador forman una unidad estructural con una cámara de evaporación entre la máquina de expansión y el generador, entrando en contacto con el generador, durante el funcionamiento de la máquina de expansión, medio de trabajo expandido en la cámara de evaporación. El dispositivo comprende además equipos para aportar, en particular para inyectar, medio de trabajo a la cámara de evaporación. Durante el funcionamiento del dispositivo, con estos equipos se aporta medio de trabajo a la cámara de evaporación, con el fin de enfriar el vapor expandido. Gracias al aporte del medio de trabajo a la cámara de evaporación se reduce la temperatura en el medio expandido, para que la máquina de expansión se pueda emplear para temperaturas de entrada de vapor más altas (por ejemplo, superiores a 130 °C). Gracias al medio expandido que se ha enfriado por el aporte de medio de trabajo, se enfría el generador y se protege frente al sobrecalentamiento.

A partir del documento DE 697 11 728 T2 se conoce un generador de corriente de turbina hidráulica que tiene una disposición de árbol único para montar un equipo de turbina hidráulica y un generador de corriente eléctrica, y un equipo de carcasa común para la turbina hidráulica y el generador de corriente.

El documento DE 10 2014 216 755 A1 describe un método para generar corriente dentro de una red de gas con canalizaciones subterráneas de gas, aprovechando la expansión del gas desde un primer nivel más alto de presión de gas a un segundo nivel más bajo de presión de gas, empleando al menos una máquina de expansión y utilizando al menos un generador accionado por la máquina de flujo. La máquina de expansión puede estar conformada como turbina axial, pudiendo estar dispuesto el generador "flotando" en una carcasa de turbina, aguas arriba de la turbina de expansión.

El documento US 2014/319843 A1 describe un turbogrupo con un generador y una turbina de potencia. La turbina de potencia acciona el generador. El gas de escape de una cámara de combustión es conducido primeramente a través de una turbina de generador de gas, que acciona un compresor. A continuación, el gas de escape acciona una rueda de turbina de la turbina de potencia, y finalmente es liberado al ambiente a través de un difusor de gas de escape. Aguas abajo de la rueda de turbina de la turbina de potencia, la presión del gas de escape está ligeramente por debajo de la presión atmosférica. Un pasaje que rodea al generador está abierto por un lado a la atmósfera y por el otro lado a una sección de salida de la turbina de potencia. A causa de la presión negativa del gas de escape aguas abajo de la rueda 113 de turbina se aspira aire frío del ambiente a través del pasaje del generador, con lo cual este se enfría. El aire del ambiente es descargado al exterior, junto con el gas de escape de la turbina de potencia, a través del difusor de gas de escape.

A partir del documento JP 2011 106316 A es conocido un turbogrupo con un generador y una turbina. Un intercambiador de calor evapora un agente refrigerante, obteniéndose vapor que es aportado a la turbina, para accionarla. Después de salir de la turbina, en un condensador se enfría el vapor para licuarlo. Mediante una bomba se hace pasar por el generador una parte del agente refrigerante licuado, a través de un conducto de refrigeración, para enfriar el generador. Después de pasar por el generador, por medio de una válvula de control se puede enviar a la turbina una parte de este agente refrigerante.

Las instalaciones de turbina de vapor sirven para convertir energía térmica en energía eléctrica. Para ello, se hace pasar vapor a través de una turbina de vapor. La turbina de vapor convierte energía térmica del vapor en energía mecánica. La turbina de vapor acciona un generador. El generador convierte energía mecánica de la turbina de vapor en energía eléctrica.

Las grandes instalaciones de turbina de vapor, con potencias desde algunas decenas hasta cientos de megavatios, trabajan en el rango de sobrepresión. Esto significa que el vapor tiene gran presión, aproximadamente de 200 a 300 bares, cuando entra a la turbina. Para generar vapor se utilizan instalaciones de combustión a gran escala.

En este caso se aspira a parámetros constantes de vapor vivo. Mediante técnicas de regulación se reducen al mínimo las fluctuaciones de presión y de temperatura para proteger los componentes de paredes gruesas, tales como cajas de válvulas y carcasas de turbina. Para ello, a menudo se hace funcionar la turbina de vapor con lo que se denomina regulación de la presión de admisión. Mediante al menos una válvula de control se hace variar el caudal másico a través de la turbina de vapor de manera que la presión de vapor vivo antes de la turbina corresponda a un valor de consigna constante.

Mediante este modo de operación se mantiene lo más constante posible el gradiente isoentrópico de entalpía entre el vapor vivo y el vapor de escape. Existe al menos una válvula de control antes de la turbina, o integrada en la misma. Debido a la intervención de control de la al menos una válvula se originan inevitablemente pérdidas por estrangulamiento, que tienen un efecto negativo sobre la eficiencia. Los turbogrupos de grandes centrales de energía funcionan a una velocidad de giro constante. Esto significa que en caso de carga parcial, la eficiencia de la turbina disminuye rápidamente.

La publicación "Getriebefreie Kleindampfturbine (Pequeña turbina de vapor sin engranajes)", VGB PowerTech 4/2008, páginas 75-80, describe un concepto de control para lo que se denomina una pequeña turbina de vapor, con una potencia de alrededor de 500 kW. La turbina de vapor era accionada por vapor vivo sobrecalentado a una presión de 16,8 hasta 17,6 bares, a una temperatura de 210 °C a 235 °C. En el lado del vapor de escape reinaba una presión de 1,5 a 4,5 bares. La velocidad de giro de la máquina estaba desacoplada de la red eléctrica por medio de un convertidor de frecuencia. Se llevaron a cabo investigaciones teóricas y experimentales para determinar la velocidad de giro a la cual la turbina y la instalación en su conjunto alcanzaban su mayor nivel de eficiencia, estando predeterminada la potencia.

A partir del documento DE 102012024526 A1 se conoce una planta de energía termosolar con acumulación de calor. La radiación solar calienta un medio de un circuito primario en captadores solares, desde donde va al acumulador de calor. A través de un circuito secundario se aporta medio caloportador del circuito secundario a generadores de vapor. Al menos uno de los generadores de vapor está diseñado como evaporador por descompresión con una presión absoluta inferior a 1 bar. Está prevista una bomba de vacío para extraer gases no condensables en un condensador.

Misión de la invención

La invención se basa en la misión de especificar un procedimiento de operación para un turbogrupo, en el cual se enfría de manera fiable y energéticamente eficiente un generador del turbogrupo. También es misión de la invención especificar una instalación de turbina de vapor que permita una refrigeración fiable y energéticamente eficiente de un generador de la instalación de turbina de vapor de baja presión y un funcionamiento seguro.

Procedimiento de operación conforme a la invención para un turbogrupo

De acuerdo con la invención, se prevé un procedimiento de operación, según la reivindicación 1, para un turbogrupo.

El turbogrupo tiene una turbina y un generador. El generador está dispuesto dentro de un conducto de alimentación a la turbina. El procedimiento de operación comprende los pasos de

b) introducir en el conducto de alimentación un fluido gaseoso en forma de vapor,

c) hacer pasar el fluido por el generador,

d) accionar la turbina por medio del fluido.

De acuerdo con la invención, se dirige un flujo del fluido desde el generador hacia la turbina. Dicho de otro modo, el generador está dispuesto aguas arriba de la turbina en el conducto de alimentación. El fluido pasa primeramente por el generador; después, el fluido impulsa la turbina. Preferiblemente, el flujo desde el generador hacia la turbina discurre en línea recta.

Mediante este procedimiento se logra un enfriamiento intrínseco del generador: es autogenerado. Si se requiere refrigeración, esta también es originada por el proceso. La refrigeración del generador es necesaria cuando el generador convierte con pérdidas energía mecánica en energía eléctrica. Esto requiere proveer energía mecánica en forma de un movimiento giratorio de un árbol gracias a la turbina, que a su vez, para ello, debe ser atravesada por el fluido. Al mismo tiempo, este fluido asegura la evacuación de calor del generador. Se puede prescindir de equipamiento adicional para refrigerar el generador. En consecuencia, tampoco existe consumo de energía para el funcionamiento de tales dispositivos de refrigeración.

La absorción de calor incrementa el contenido de energía del fluido, lo que se refleja en un aumento de la entalpía. En consecuencia, la turbina situada a continuación recibe un fluido con mayor entalpía. Al ser absorbido por el fluido el calor perdido por el generador, se puede aprovechar en la turbina para producir energía mecánica. Así se puede lograr un mayor nivel global de eficiencia en el funcionamiento del turbogrupo.

El fluido es gaseoso. El fluido es un vapor, en particular vapor húmedo o vapor saturado. Si el fluido es vapor caliente (vapor sobrecalentado), la temperatura del vapor aumenta debido al incremento de entalpía. Si el fluido es vapor saturado, la temperatura del vapor aumenta debido al incremento de entalpía y el vapor se sobrecalienta ligeramente. Si el fluido es vapor húmedo, el aumento de entalpía incrementa el contenido de vapor o reduce la humedad del vapor (secado del vapor). Debido a los componentes líquidos (niebla o gotas) contenidos en el vapor húmedo, el poder refrigerante del vapor húmedo es particularmente elevado. Los componentes líquidos pueden absorber una gran cantidad específica de calor (entalpía de vaporización) a través de la evaporación (cambio de fase). El incremento de la entalpía del vapor antes de su entrada en la turbina conduce a una entalpía del vapor de escape ligeramente mayor detrás de la turbina. Si la expansión en la turbina termina ya por debajo de línea del vapor saturado, dentro de la denominada región del vapor húmedo, la mayor entalpía del vapor de escape, con una presión por lo demás igual, conduce a un mayor contenido de vapor en el vapor de escape. La denominada humedad final se reduce ligeramente. Esto puede aminorar efectos negativos, tales como la erosión por impacto de gotas o pérdidas por arrastre.

Una presión en el conducto de alimentación y en la turbina está por debajo de la presión ambiente, en particular en un valor de 0,3 a 0,7 bares. Esto incrementa la seguridad intrínseca del procedimiento de operación. No es posible que salga fluido al ambiente. En caso de daños mecánicos en el sistema de conductos del turbogrupo, a lo sumo puede entrar en el mismo aire del ambiente. Esto permite construir más simple el turbogrupo. En particular, se puede prescindir de dispositivos de seguridad tales como, por ejemplo, clapetas de cierre rápido o válvulas de cierre rápido. En esta variante del procedimiento, en todo el conducto de alimentación y aguas arriba de una rueda de turbina de la turbina la presión se sitúa, en principio, por debajo de la presión ambiente y preferiblemente en el intervalo de valores mencionado de 0,3 a 0,7 bares. Tras la descompresión del fluido en la turbina, la presión se sitúa preferiblemente en 0,05 a 0,2 bares.

Los procedimientos de operación de acuerdo con la invención se llevan a cabo preferiblemente en una instalación de turbina de vapor de baja presión de acuerdo con la invención, que se describe en lo que sigue.

El procedimiento de operación comprende preferiblemente los pasos adicionales de

a) evaporar un medio caloportador líquido, de modo que se obtiene fluido en estado de vapor, y

e) condensar el fluido en estado de vapor después de que haya recorrido la turbina, de modo que se obtiene medio caloportador líquido.

En el paso b) se introduce en el conducto de alimentación el fluido obtenido por evaporación en el paso a). Después de que se le haya aportado calor, el medio caloportador líquido condensado en el paso e) puede ser alimentado a una nueva evaporación de acuerdo con el paso a). De esta manera se puede establecer un proceso cíclico. Para aportarle calor, se puede llevar el medio caloportador a través de un acumulador de calor y/o un dispositivo calentador, por ejemplo, un generador de calor termosolar. El medio caloportador líquido es la misma sustancia que el fluido; esta sustancia existe como medio caloportador en el estado de agregación líquido y como fluido en estado de vapor, es decir, en el estado de agregación gaseoso.

Una temperatura del fluido introducido en el conducto de alimentación puede ser 110 °C como máximo, preferiblemente 100 °C como máximo, de manera particularmente preferible 90 °C como máximo. Se consigue así una refrigeración particularmente eficaz del generador. En particular, con una diferencia de temperatura de 20 K se puede refrigerar eficazmente un generador con una temperatura admisible de funcionamiento de 130 °C, por ejemplo, y protegerlo contra el sobrecalentamiento. Se puede proporcionar un fluido a dicha temperatura preferiblemente mediante evaporación por descompresión. En particular, el fluido puede ser agua evaporada en un evaporador por descompresión, que preferentemente había sido precalentada a una temperatura de 80 °C a 105 °C, por ejemplo, preferiblemente de 90 °C a 95 °C, antes de la evaporación por descompresión.

Se puede inyectar un líquido en el conducto de alimentación aguas arriba del generador. Se inyecta el líquido en el conducto de alimentación además del fluido. La inyección tiene lugar al menos en algunos momentos mientras se lleva a cabo el procedimiento de operación. No obstante, también se puede inyectar ininterrumpidamente (de manera continua). Preferiblemente, el líquido es la misma sustancia (agua, por ejemplo) que el fluido. Sin embargo, el fluido se encuentra típicamente en forma gaseosa. Mediante la inyección del líquido se puede reducir la temperatura del fluido. Si el fluido es un vapor, se puede reducir la temperatura hasta la temperatura de saturación del vapor. Además, se reduce el contenido de vapor o, respectivamente, se aumenta la humedad. Al evaporarse, los componentes líquidos proporcionan mayor capacidad de enfriamiento en el flujo de vapor. Esta medida conduce a un descenso de las temperaturas de los devanados.

Turbogrupos para instalaciones de turbina de vapor de baja presión de acuerdo con la invención

Una instalación de turbina de vapor de baja presión de acuerdo con la invención según la reivindicación 8 tiene una turbina, que está conformada como turbina axial, y un generador. El generador está dispuesto dentro de un conducto de alimentación a la turbina. La turbina está conformada para un flujo de entrada desde la dirección del generador. Por lo tanto, el generador está dispuesto aguas arriba de la turbina. Durante el funcionamiento del turbogrupo discurre un flujo de un fluido desde el generador hacia la turbina. Durante el funcionamiento, el fluido pasa primeramente por el generador y luego por la turbina. Como resultado, se logra un enfriamiento intrínseco del generador sin consumo adicional de energía. Cuando la turbina es accionada por el fluido, el fluido pasa primeramente por el generador. El fluido absorbe energía térmica del generador. Así se enfría el generador y la entalpía del fluido aumenta. Este aumento de la entalpía del fluido se puede utilizar para producir energía mecánica (adicional) al pasar por la turbina.

Preferiblemente, el generador tiene una potencia nominal de al menos 50 kW. Típicamente, el generador tiene una potencia nominal de 500 kW como máximo, preferiblemente 300 kW como máximo, de manera particularmente preferible 200 kW como máximo, de manera muy particularmente preferible 100 kW como máximo.

En principio, una turbina axial solo es adecuada para un flujo de entrada desde una dirección. Para su funcionamiento, no puede aceptar un flujo de entrada en ambos sentidos axiales según se requiera. Una turbina axial permite un gran flujo volumétrico de fluido a bajas presiones.

La turbina está conformada como turbina de vapor, concretamente como turbina de vapor de baja presión. La turbina de vapor puede estar implementada con una o varias etapas. Un conjunto de álabes de la turbina puede estar implementado con un diseño de impulso o, preferiblemente, con un diseño de reacción. En el marco de la presente invención se entiende por turbina de vapor de baja presión una turbina de vapor que trabaja con una presión de entrada y una presión de salida del vapor (el fluido) inferior a 1 bar en cada caso. Dicho de otro modo, en una turbina de vapor de baja presión la presión del sistema en el lado del vapor está por debajo de 1 bar, es decir, por debajo de la presión ambiente, durante el funcionamiento.

Los turbogrupos funcionan preferiblemente con un procedimiento de operación de acuerdo con la invención, descrito en lo que antecede.

Preferiblemente, una rueda de turbina de la turbina y un rotor del generador pueden girar en torno a un eje longitudinal común. Esto permite una estructura simplificada del turbogrupo. El rotor del generador y la rueda de turbina de la turbina pueden estar dispuestos sobre el mismo árbol o sobre árboles separados. El rotor y la rueda de turbina pueden estar acoplados uno con otro directamente, o bien estar conectados entre sí a través de un engranaje. Preferiblemente, la rueda de turbina y el rotor están dispuestos sobre un árbol común. Esto simplifica aún más la estructura del turbogrupo y permite una construcción particularmente compacta. El turbogrupo puede tener un primer punto de apoyo para el árbol entre el rotor y la rueda de turbina y un segundo punto de apoyo para el árbol más allá del rotor. Preferiblemente, no está previsto ningún otro punto de apoyo. Así, la rueda de turbina está apoyada en voladizo. Como alternativa, la rueda de turbina también puede estar dispuesta entre dos puntos de apoyo del árbol. En particular, el rotor y la rueda de turbina pueden estar dispuestos exactamente entre dos puntos de apoyo del árbol.

Preferiblemente, entre el generador y una rueda de turbina de la turbina está dispuesta una rueda guía de la turbina. Mediante la rueda guía se puede acelerar el fluido que circula y desviarlo para que impacte dotado de giro en la rueda de la turbina. Con ello se puede mejorar la conversión de trabajo del turbogrupo.

Un estator del generador puede estar dispuesto en una carcasa interna. La carcasa interna está dispuesta dentro del conducto de alimentación. La carcasa interna rodea el estator en dirección circunferencial, en particular en forma de anillo. Preferiblemente, la carcasa interna descansa en el conducto de alimentación. Típicamente, también el rotor está dispuesto dentro de la carcasa interna, en particular dentro del estator. Ventajosamente, entre la carcasa interna y una pared del conducto de alimentación está conformado un canal de flujo anular. El fluido puede circular en el canal de flujo sobre la carcasa interna. Preferiblemente, la carcasa interna tiene por su exterior aletas de refrigeración. Con ello se puede conseguir una mejor transferencia de calor hacia el fluido que circula y un enfriamiento más intenso del generador. Típicamente, el estator comprende un núcleo de chapas y devanados.

El generador, eventualmente con carcasa interna, y la turbina pueden estar dispuestos en una carcasa externa común. Como alternativa, el generador, eventualmente con carcasa interna, y la turbina pueden estar dispuestos respectivamente en carcasas externas separadas.

Puede estar dispuesto un dispositivo inyector para medio caloportador líquido en el conducto de alimentación, aguas arriba del generador. Dicho de otro modo, el dispositivo inyector está dispuesto en el conducto de alimentación más allá del generador, visto desde la turbina. Esto permite un enfriamiento aún más intenso del generador. Además, se pueden aprovechar en el turbogrupo las otras ventajas del procedimiento de operación con inyección de líquido.

Instalaciones de turbina de vapor de baja presión de acuerdo con la invención

En el marco de la presente invención cabe también una instalación de turbina de vapor de baja presión que tiene

- un turbogrupo descrito en lo que antecede,

- un evaporador por descompresión para evaporar medio caloportador líquido a fin de obtener fluido en estado de vapor, situándose por debajo de la presión ambiente la presión en el evaporador por descompresión. El evaporador por descompresión proporciona el fluido a una presión por debajo de la presión ambiente. Por lo tanto, la instalación de turbina de vapor de baja presión es intrínsecamente segura, ya que no es posible que salga fluido al ambiente. En caso de daños mecánicos en un sistema de conductos de la instalación de turbina de vapor de baja presión, a lo sumo puede entrar en la misma aire del ambiente. Esto permite construir de manera más simple la instalación de turbina de vapor de baja presión. En particular, se puede prescindir de dispositivos de seguridad tales como, por ejemplo, clapetas de cierre rápido o válvulas de cierre rápido.

Las instalaciones de turbina de vapor de baja presión de acuerdo con la invención son hechas funcionar preferiblemente con un procedimiento de operación de acuerdo con la invención, descrito en lo que antecede.

La instalación de turbina de vapor de baja presión puede tener además un condensador para condensar el fluido en estado de vapor que sale de la turbina durante el funcionamiento, a fin de obtener medio caloportador líquido, situándose la presión en el condensador por debajo de la presión ambiente. Preferiblemente, la instalación de turbina de vapor de baja presión tiene además un dispositivo de retorno para devolver medio caloportador líquido, después de que haya sido recalentado, desde el condensador al evaporador por descompresión. De esta manera se puede establecer un proceso cíclico. Típicamente, el dispositivo de retorno tiene una bomba de condensado, que impulsa el medio caloportador condensado a un acumulador de calor y/o a un dispositivo calentador, por ejemplo un generador de calor termosolar. Desde allí, por ejemplo mediante una bomba de circulación, se impulsa el medio caloportador de vuelta al evaporador por descompresión.

La instalación de turbina de vapor de baja presión puede tener, además, lo siguiente:

- un ruptor de vacío, que está dispuesto aguas abajo de una rueda de turbina de la turbina,

- una electrónica de potencia para conectar el generador a un consumidor, y

- una unidad de control que está configurada para modificar la carga eléctrica sobre el generador a través de la electrónica de potencia y para abrir el ruptor de vacío.

En particular, el ruptor de vacío permite un apagado rápido de la instalación de turbina de vapor de baja presión al permitir, en su estado abierto, que entre aire en la instalación de turbina de vapor de baja presión desde el ambiente, aguas abajo de la rueda de la turbina. Esto detiene el proceso. Se puede prescindir de otros elementos de control o de seguridad.

La unidad de control permite adaptar la instalación de turbina de vapor de baja presión a parámetros de funcionamiento, tales como, por ejemplo, temperaturas y/o presiones del fluido, diferentes. En particular, al modificar la carga sobre el generador se puede adaptar la velocidad de giro de la turbina a los parámetros de funcionamiento de la instalación de turbina de vapor de baja presión en ese momento. Así se puede ampliar el rango de funcionamiento de la instalación de turbina de vapor de baja presión.

En lo que respecta a características adicionales de la instalación de turbina de vapor de baja presión y de un procedimiento de operación asociado, se remitirá a la descripción que sigue. En particular, también pueden estar previstas en la instalación de turbina de vapor de baja presión descrita en lo que antecede características de la instalación de turbina de vapor de baja presión que se describe a continuación. El procedimiento de operación para un turbogrupo descrito más arriba se puede ampliar para incluir características de un procedimiento de operación conforme a la siguiente descripción, a fin de constituir un procedimiento de operación para una instalación de turbina de vapor de baja presión. De este modo se pueden aprovechar aquí las ventajas de la instalación de turbina de vapor de baja presión y del procedimiento de operación asociado, conforme a la siguiente descripción.

Otras instalaciones de turbina de vapor de baja presión

Se entiende por instalación de turbina de vapor de baja presión una instalación de turbina de vapor en la cual la presión del sistema en el lado del vapor está por debajo de la presión ambiente, es decir, por debajo de 1 bar, durante el funcionamiento. La otra instalación de turbina de vapor de baja presión tiene un evaporador por descompresión. El evaporador por descompresión sirve para evaporar medio caloportador líquido a fin de obtener fluido en estado de vapor, situándose por debajo de la presión ambiente la presión en el evaporador por descompresión. Durante el funcionamiento de la instalación de turbina de vapor de baja presión, la presión en el evaporador por descompresión está por debajo de la presión ambiente, es decir, por debajo de 1 bar. Gracias a la reducción de la presión, se puede evaporar medio caloportador líquido, por ejemplo, agua, a una temperatura más baja que si estuviera a la presión ambiente. Esto abre un campo de aplicación para potencias caloríficas comparativamente bajas, por ejemplo en el campo de la energía termosolar o en el aprovechamiento del calor residual de procesos industriales. El medio caloportador líquido es la misma sustancia que el fluido en estado de vapor; esta sustancia está presente como medio caloportador en estado de agregación líquido y como fluido en estado de vapor, es decir, en estado de agregación gaseoso.

La otra instalación de turbina de vapor de baja presión presenta también una turbina de vapor. Un conducto de alimentación de la instalación de turbina de vapor de baja presión conecta fluídicamente el evaporador por descompresión con la turbina de vapor. El fluido en estado de vapor producido en el evaporador por descompresión puede ser alimentado a la turbina de vapor a través del conducto de alimentación. La turbina de vapor convierte en energía mecánica la energía térmica del vapor (el fluido en estado de vapor). La instalación de turbina de vapor de baja presión tiene además un generador que está acoplado a la turbina de vapor. El generador convierte en energía eléctrica la energía mecánica proporcionada por la turbina de vapor. La instalación de turbina de vapor de baja presión posee también una electrónica de potencia. La electrónica de potencia sirve para conectar el generador a un consumidor y/o a una red eléctrica.

Además, la otra instalación de turbina de vapor de baja presión tiene un condensador. El condensador sirve para condensar el fluido en estado de vapor que sale de la turbina de vapor durante el funcionamiento, de modo que se obtiene medio caloportador líquido, estando la presión en el condensador por debajo de la presión ambiente. Durante el funcionamiento de la instalación de turbina de vapor de baja presión, el fluido descomprimido en la turbina de vapor se condensa a una presión que todavía está por debajo de la presión existente en el evaporador por descompresión. Un conducto de descarga de la instalación de turbina de vapor de baja presión conecta fluídicamente la turbina de vapor con el condensador.

La otra instalación de turbina de vapor de baja presión posee un ruptor de vacío que está dispuesto aguas abajo de una rueda de turbina de la turbina de vapor. El ruptor de vacío puede estar dispuesto en el condensador o en el conducto de descarga o en la turbina de vapor aguas abajo de la rueda de turbina. En el estado abierto del ruptor de vacío puede entrar aire del ambiente en la instalación de turbina de vapor de baja presión, aguas abajo de la rueda de turbina. De este modo se puede frenar o detener la turbina de vapor.

Por último, la otra instalación de turbina de vapor de baja presión posee una unidad de control que está configurada para modificar la carga eléctrica sobre el generador utilizando la electrónica de potencia, y para abrir el ruptor de vacío. La electrónica de potencia comprende preferiblemente un convertidor de alimentación, es decir, una combinación de rectificador e inversor. La modificación de la carga sobre el generador permite adaptar la instalación de turbina de vapor de baja presión a diferentes condiciones de funcionamiento. En particular, la unidad de control puede estar configurada para ajustar la carga de manera que la velocidad de giro de la turbina de vapor adopte un valor de consigna para el estado de funcionamiento en ese momento. De este modo se puede ampliar el abanico de estados de funcionamiento dentro de los cuales se puede hacer funcionar de manera eficiente la instalación de turbina de vapor de baja presión, es decir, en particular con un alto nivel de eficiencia de la turbina de vapor. El estado de funcionamiento puede incluir, en particular, una o más de las variables de presión en el conducto de alimentación, presión en el conducto de descarga, temperatura del fluido en estado de vapor en el conducto de alimentación y/o en el evaporador por descompresión, temperatura del fluido en estado de vapor en el conducto de descarga y/o en el condensador. Como alternativa, o adicionalmente, el estado de funcionamiento puede incluir las variables de entalpía del fluido en el conducto de alimentación y/o entalpía del fluido en el conducto de descarga.

Dado que la presión del sistema en el lado del vapor siempre está por debajo de la presión ambiente, la otra instalación de turbina de vapor de baja presión es intrínsecamente segura. Gracias a la presión negativa con respecto al ambiente no es posible ningún escape del fluido en estado de vapor. Por lo tanto, se puede prescindir por completo del uso de elementos de seguridad antes de la turbina de vapor o en la misma. Además, el dispositivo de control permite el funcionamiento en el denominado modo de presión deslizante con aporte de calor, es decir, la presión aguas arriba de la rueda de turbina de la turbina de vapor es variable. Gracias a la carga variable sobre el generador, combinada con la velocidad de giro variable de la turbina de vapor, se puede prescindir por completo de elementos de regulación antes de la turbina de vapor o en la misma. Preferiblemente, la instalación de turbina de vapor de baja presión no tiene, aguas arriba de la rueda de la turbina, ningún elemento que influya en el flujo volumétrico o el flujo másico del vapor. Esto permite que la instalación de turbina de vapor de baja presión tenga una construcción especialmente simple. En particular, la instalación de turbina de vapor de baja presión no tiene clapetas para cierre rápido ni válvulas de cierre rápido, ni tampoco clapetas de regulación ni válvulas de regulación. Las pérdidas de carga antes de la turbina de vapor se reducen al mínimo al prescindir de elementos de seguridad y de regulación, lo que tiene un efecto positivo sobre la eficiencia de la instalación.

Preferiblemente, la otra instalación de turbina de vapor de baja presión se hace funcionar con un procedimiento de operación que se describe más adelante. Preferiblemente, la unidad de control está conformada para ejecutar los correspondientes pasos del procedimiento y/o para controlar adecuadamente el procedimiento de operación.

Preferiblemente, la rueda de turbina de la turbina de vapor y un rotor del generador están dispuestos sobre un árbol común. Esto permite una construcción compacta y simple de la instalación de turbina de vapor de baja presión. La instalación de turbina de vapor de baja presión puede tener un primer punto de apoyo para el árbol entre el rotor y la rueda de turbina, y un segundo punto de apoyo para el árbol más allá del rotor. Preferiblemente, no está previsto ningún otro punto de apoyo. Así, la rueda de turbina está apoyada en voladizo.

La instalación de turbina de vapor de baja presión puede tener también un dispositivo de evacuación (instalación de evacuación). Por medio del dispositivo de evacuación se puede reducir por debajo de la presión ambiente una presión en el evaporador por descompresión, en la turbina de vapor, en el condensador, en el conducto de alimentación y en el conducto de descarga. En particular, se puede reducir la presión en el evaporador por descompresión a un valor por debajo de la presión de ebullición del medio caloportador líquido. Así se puede poner en marcha la instalación de turbina de vapor de baja presión. Preferiblemente, el dispositivo de evacuación tiene una bomba de vacío. De manera particularmente preferible, el dispositivo de evacuación está dispuesto en el condensador.

Preferiblemente, la instalación de turbina de vapor de baja presión tiene también una resistencia de frenado. Típicamente, la unidad de control está configurada para, cuando el estado de funcionamiento de la instalación de turbina de vapor de baja presión esté fuera de un rango permisible, convertir energía eléctrica del generador en calor en la resistencia de frenado. En particular, la unidad de control puede estar configurada para llevar energía eléctrica desde el generador a la resistencia de frenado en caso de una parada de emergencia o cuando se alcance la potencia máxima permitida del sistema. Preferiblemente, el calor así producido es incorporado nuevamente a un acumulador de calor.

La instalación de turbina de vapor de baja presión puede tener además una bomba de circulación para impulsar medio caloportador líquido al evaporador por descompresión, estando configurada la unidad de control para modificar una potencia de impulsión de la bomba de circulación. Variando la potencia de impulsión se puede modificar la energía térmica que está disponible para la turbina de vapor o la potencia transformable en la turbina de vapor. También se puede modificar de este modo la velocidad de giro de la turbina de vapor. Para apagar la instalación de turbina de vapor de baja presión se puede apagar la bomba de circulación. La potencia de impulsión puede ser el flujo volumétrico.

De manera particularmente preferible está previsto que en la unidad de control esté guardado un mapa de características que vincule un estado de funcionamiento de la instalación de turbina de vapor de baja presión con un valor de consigna de la velocidad de giro de la turbina de vapor. El estado de funcionamiento puede incluir una o más de las variables de presión en el conducto de alimentación, presión en el conducto de descarga, temperatura del fluido en estado de vapor en el conducto de alimentación y/o en el evaporador por descompresión, temperatura del fluido en estado de vapor en el conducto de descarga y/o en el condensador. Como alternativa, o adicionalmente, el estado de funcionamiento puede incluir las variables de entalpía del fluido en el conducto de alimentación y/o entalpía del fluido en el conducto de descarga. Típicamente, la unidad de control está configurada para regular la velocidad de giro de la turbina de vapor al valor de consigna. Para ello, la unidad de control puede variar la carga sobre el generador, dirigir energía eléctrica a una resistencia de frenado y/o abrir temporalmente el ruptor de vacío. Gracias a los valores de consigna guardados en el mapa de características se puede alcanzar la eficiencia más alta posible de la instalación de turbina de vapor de baja presión, en particular la turbina de vapor, para un amplio abanico de estados de funcionamiento.

La instalación de turbina de vapor de baja presión puede tener además un dispositivo de retorno para devolver medio caloportador líquido desde el condensador hacia el evaporador por descompresión. De esta manera se puede establecer un proceso cíclico. Típicamente, el dispositivo de retorno tiene una bomba de condensado, que impulsa el medio caloportador condensado a un acumulador de calor y/o a un dispositivo calentador, por ejemplo un generador de calor termosolar. Desde allí, se impulsa el medio caloportador de vuelta al evaporador por descompresión, por ejemplo mediante una bomba de circulación.

De manera particularmente preferible, se prevé que el generador esté dispuesto aguas arriba de la turbina de vapor, dentro del conducto de alimentación. Así, el generador es enfriado automáticamente, y sin equipamiento adicional, por el vapor que acciona la turbina de vapor.

Preferiblemente, un estator del generador está dispuesto en una carcasa interna. Preferiblemente, la carcasa interna está dispuesta dentro del conducto de alimentación. La carcasa interna rodea el estator en dirección circunferencial, en particular en forma de anillo. Preferiblemente, la carcasa interna descansa en el conducto de alimentación. Típicamente, también el rotor está dispuesto dentro de la carcasa interna, en particular dentro del estator. La carcasa interna puede tener por su exterior aletas de refrigeración. Con ello se puede conseguir una mejor transferencia de calor al fluido que circula y un enfriamiento más intenso del generador.

Preferiblemente, la instalación de turbina de vapor de baja presión tiene también un acumulador de calor y/o un generador de calor termosolar. Esto permite proveer medio caloportador precalentado. Con ello se incrementa la energía térmica del medio caloportador evaporado, es decir, el fluido en estado de vapor.

Procedimiento de operación para una instalación de turbina de vapor de baja presión

A continuación se describe un procedimiento de operación para una instalación de turbina de vapor de baja presión. La instalación de turbina de vapor de baja presión cuenta con lo siguiente:

- un evaporador por descompresión,

- una turbina de vapor,

- un condensador,

- un generador accionado por la turbina de vapor,

- un sistema de conductos que conecta el evaporador por descompresión con el condensador a través de un conducto de alimentación, la turbina de vapor y un conducto de descarga, y

- un ruptor de vacío dispuesto aguas abajo de una rueda de turbina de la turbina de vapor.

El procedimiento de operación consta de los siguientes pasos:

a) evacuar el sistema de conductos de modo que la presión en el sistema de conductos esté por debajo de la presión ambiente en todas partes y de modo que se evapore medio caloportador en el evaporador por descompresión,

b) modificar la carga eléctrica sobre el generador,

c) abrir el ruptor de vacío.

Los pasos b) y c) se pueden realizar simultáneamente o bien uno tras otro en cualquier orden.

Mediante el paso a) se puede poner en funcionamiento la instalación de turbina de vapor de baja presión. Para poner en marcha la instalación de turbina de vapor de baja presión, se reduce la presión interna del sistema por debajo de la presión ambiente, preferiblemente por medio de un dispositivo de evacuación. Se eliminan así del sistema materias no condensables tales como gases (aire), por ejemplo. Se reduce la presión del sistema hasta que el medio caloportador alcanza la presión de vapor correspondiente a su temperatura, comienza a hervir y se produce vapor saturado en el evaporador por descompresión.

Mediante los pasos b) y c) se puede controlar y/o concluir el funcionamiento de la instalación de turbina de vapor de baja presión.

En el paso b) se puede ajustar la velocidad de giro de la turbina de vapor, y del generador acoplado a la misma, al gradiente isoentrópico de entalpía disponible. La velocidad de giro se ajusta cargando o descargando el generador a través de la electrónica de potencia, que está conectada aguas abajo del generador en el lado de la corriente. Esto permite adaptar la velocidad de giro a condiciones (estados de funcionamiento) límite cambiantes, tales como las provocadas por una caída de temperatura en un acumulador de calor, por el patrón diario de irradiación solar y/o por un cambio de presión en el condensador.

El ruptor de vacío es, típicamente, el único elemento mecánico de seguridad en la instalación de turbina de vapor de baja presión. Si no se puede aumentar más la carga sobre el generador, por ejemplo por que se haya agotado el rango de control de la electrónica de potencia, y la velocidad de giro sigue aumentando, o se ha alcanzado la potencia de salida máxima permitida del sistema, en el paso c) se abre el ruptor de vacío. A consecuencia de ello, fluye aire del ambiente hacia el sistema de conductos de la instalación de turbina de vapor de baja presión. El aire que ha entrado no puede condensarse en el condensador. Así, la presión aguas abajo de la rueda de turbina aumenta y el gradiente isentrópico de entalpía disponible para la turbina de vapor disminuye. Esto reduce la velocidad de giro de la turbina de vapor y del generador acoplado a la misma, hasta que todo el proceso se detiene. Si se abre brevemente el ruptor de vacío, se puede reducir en una cuantía específica el gradiente isentrópico de entalpía, de modo que se reduce la velocidad de giro de la turbina de vapor pero el proceso no se detiene, sino que continúa funcionando con una potencia reducida.

El procedimiento de operación se lleva a cabo preferiblemente en una otra instalación de turbina de vapor de baja presión, descrita más arriba.

El procedimiento de operación puede comprender el paso adicional d):

d) modificar la tasa de evaporación en el evaporador por descompresión, en particular modificando un flujo volumétrico de medio caloportador líquido que fluye hacia el evaporador por descompresión. Se puede actuar así sobre la energía térmica y/o el flujo másico del medio caloportador o fluido evaporado. Esto permite influir en el rendimiento de la turbina de vapor. Para modificar la tasa de evaporación, se puede alterar la potencia de impulsión de una bomba de circulación que impulsa medio caloportador líquido hacia el evaporador por descompresión. El paso d) se puede realizar al mismo tiempo que los pasos b) y c), o en cualquier orden antes o después de los mismos. Los pasos b), c) y/o d) se pueden llevar a cabo repetidamente.

Preferiblemente, en el marco del procedimiento de operación se modifica la velocidad de giro de la turbina de vapor. Sirven para ello los pasos b), c) y/o d). Preferiblemente, la velocidad de giro de la turbina de vapor se modifica dependiendo del estado de funcionamiento de la instalación de turbina de vapor de baja presión. Esto permite hacer funcionar la instalación de turbina de vapor de baja presión de manera eficiente en un amplio abanico de estados de funcionamiento, es decir, en particular con un alto nivel de eficiencia de la turbina de vapor. El estado de funcionamiento puede incluir una o más de las variables de presión en el conducto de alimentación, presión en el conducto de descarga, temperatura del fluido en estado de vapor en el conducto de alimentación y/o en el evaporador por descompresión, temperatura del fluido en estado de vapor en el conducto de descarga y/o en el condensador. Como alternativa, o adicionalmente, el estado de funcionamiento puede incluir las variables de entalpía del fluido en el conducto de alimentación y/o entalpía del fluido en el conducto de descarga. Esto permite controlar la instalación de turbina de vapor de baja presión en función del estado de funcionamiento. De manera particularmente preferible, se regula la velocidad de giro de la turbina de vapor a un valor de consigna. De este modo se puede optimizar para el estado de funcionamiento respectivo el nivel de eficiencia de la instalación de turbina de vapor de baja presión, en particular la turbina de vapor. El valor de consigna se puede derivar de un estado de funcionamiento de la instalación de turbina de vapor de baja presión, en particular a través de un mapa de características. El mapa de características puede estar guardado en una unidad de control de la instalación de turbina de vapor de baja presión. Por lo general se guardan, para diferentes estados de funcionamiento, distintos valores de consigna para la velocidad de giro. Puede estar asignado el mismo valor de consigna de la velocidad de giro a un número -típicamente pequeño- de diferentes estados de funcionamiento.

En el procedimiento de operación puede estar previsto que, al mismo tiempo que se abre el ruptor de vacío, se reduzca, en particular a cero, un flujo volumétrico de medio caloportador líquido que fluye hacia el evaporador por descompresión, y que en una resistencia de frenado de la instalación de turbina de vapor de baja presión se convierta en calor energía eléctrica del generador. De este modo se puede apagar con especial rapidez la instalación de turbina de vapor de baja presión. Esta variante del procedimiento de operación corresponde a una parada rápida o parada de emergencia de la instalación de turbina de vapor de baja presión.

En lo que respecta a características adicionales de la otra instalación de turbina de vapor de baja presión y del procedimiento de operación para una instalación de turbina de vapor de baja presión, se remitirá a la anterior descripción. En particular, también pueden estar previstas en la otra instalación de turbina de vapor de baja presión características del turbogrupo descrito en lo que antecede y de la instalación de turbina de vapor de baja presión descrita en lo que antecede. El procedimiento de operación de una instalación de turbina de vapor de baja presión aquí descrito puede incluir, además, características de un modo de funcionamiento de un grupo turbo de acuerdo con la descripción anterior. De este modo se pueden aprovechar aquí las ventajas del procedimiento de operación, del turbogrupo y de la instalación de turbina de vapor de baja presión de acuerdo conformes a la anterior descripción.

De la descripción y de los dibujos se desprenden otras ventajas de la invención. Las formas de realización mostradas y descritas no deben entenderse como una enumeración exhaustiva, sino que tienen más bien un carácter ilustrativo para trazar un cuadro de la invención.

Descripción detallada de la invención y los dibujos

La invención está representada en los dibujos y se explicará con mayor detalle por medio de ejemplos de realización. Se muestran:

en la figura 1 un turbogrupo con una turbina y un generador en una representación simbólica, donde se dibuja la dirección del flujo durante el funcionamiento del turbogrupo;

en la figura 2 un turbogrupo con una turbina y un generador, y asimismo con un condensador y un dispositivo inyector para medio caloportador líquido, en una representación simbólica;

en la figura 3 un turbogrupo con una turbina y un generador, estando dispuestas en el mismo árbol una rueda de turbina de la turbina y un rotor del generador, en un corte longitudinal esquemático;

en la figura 4 una instalación de turbina de vapor de baja presión con un turbogrupo que comprende una turbina y un generador, y asimismo con un evaporador por descompresión y un condensador, en una representación simbólica;

en la figura 5 un diagrama de flujo de un procedimiento de operación para un turbogrupo;

en la figura 6 una instalación de turbina de vapor de baja presión con un evaporador por descompresión, una turbina de vapor, un generador y un condensador, en una representación simbólica;

en la figura 7 una instalación de turbina de vapor de baja presión como en la figura 6, que incluye además un generador de calor termosolar, en una representación simbólica;

en la figura 8 una instalación de turbina de vapor de baja presión como en la figura 6, que incluye además un acumulador de calor, en una representación simbólica;

en la figura 9 una instalación de turbina de vapor de baja presión como en la figura 8, que incluye además un generador de calor termosolar, en una representación simbólica;

en la figura 10 una turbina de vapor y un generador para una instalación de turbina de vapor de baja presión, estando dispuesto el generador aguas arriba de una rueda de turbina de la turbina de vapor en un conducto de alimentación, en un corte longitudinal esquemático;

en la figura 11 un esquema de flujo de un procedimiento de operación para el funcionamiento normal de una instalación de turbina de vapor de baja presión;

en la figura 12 un esquema de flujo de un procedimiento de operación para un apagado rápido de una instalación de turbina de vapor de baja presión.

La figura 1 muestra un turbogrupo 10 en una representación simbólica. El turbogrupo 10 tiene una turbina 12 y un generador 14. La turbina 12 está conformada como turbina axial. El generador 14 es accionado por la turbina 12.

Durante el funcionamiento del turbogrupo 10 circula fluido, concretamente vapor, primeramente por el generador 14 y luego a través de la turbina 12. En la turbina 12 se convierte energía térmica del fluido en energía mecánica. Esta energía mecánica se convierte en energía eléctrica en el generador 14. El generador 14 está dispuesto aguas arriba de la turbina 12 dentro de un conducto de alimentación, no representado en detalle.

En la figura 1, la dirección del flujo del fluido se indica mediante flechas. El fluido que acciona la turbina 12 es conducido primeramente a través del generador 14. Allí, el fluido provoca una disipación de calor (enfriamiento). El fluido es dirigido después a la turbina 12. Cabe señalar que en la figura 1 el curso del flujo a través del turbogrupo 10 solo está representado a modo de ejemplo. Preferiblemente, el generador 14 y la turbina 12 están configurados y dispuestos de manera que el flujo entre el generador 14 y la turbina 12 discurra en línea recta.

La figura 2 muestra un turbogrupo 10 en una representación simbólica. Al igual que el turbogrupo de la figura 1, el turbogrupo 10 según la figura 2 tiene una turbina 12, concretamente una turbina axial, y un generador 14 que es accionado por la turbina 12. El turbogrupo 10 tiene además un condensador 16. El condensador 16 está conectado fluídicamente detrás de la turbina 12. Después de atravesar la turbina 12, en el condensador 16 se enfría el fluido en estado de vapor, de modo que se condensa. En el estado líquido, al fluido se le denomina en el marco de la invención medio caloportador líquido. Una bomba 18 de condensado conectada después del condensador 16 impulsa de regreso el fluido licuado (medio caloportador líquido), en un circuito que no está representado con detalle. Se puede evaporar de nuevo el medio caloportador líquido y alimentarlo como fluido (en estado gaseoso) al turbogrupo 10.

El fluido es conducido primeramente al generador 14 a través de un conducto de alimentación (no representado con detalle), fluye por el generador 14 dispuesto en el conducto de alimentación y luego es alimentado a la turbina 12. Al pasar por el generador 14, el fluido enfría dicho generador 14. Está previsto un sensor 20 de temperatura para vigilar la temperatura del generador 14. Están previstos típicamente varios sensores 20 de temperatura, que preferiblemente son supervisados mediante un método de supervisión tolerante a fallos, por ejemplo, 2oo3 (dos de tres).

El turbogrupo 10 tiene además un dispositivo inyector 22 para medio caloportador líquido. El dispositivo inyector 22 puede incluir al menos una válvula de control, al menos un conducto tubular y al menos una boquilla inyectora.

Si el sensor 20 de temperatura comprueba que la temperatura del generador 14 ha superado un valor permitido, se activa el dispositivo inyector 22. El dispositivo inyector 22 inyecta entonces líquido en el conducto de alimentación, aguas arriba del generador 14. El líquido inyectado es aquí medio caloportador líquido, que ha sido tomado del condensador 16. El calor del generador 14 hace que el líquido se evapore. Así se logra un enfriamiento más intenso del generador 14. Después de la evaporación, la energía térmica adicional puede ser aprovechada en la turbina 12.

La figura 3 muestra, en un corte longitudinal esquemático, un turbogrupo 10 con una turbina 12 y un generador 14. La turbina 12 está conformada como turbina axial. La turbina 12 tiene una rueda 24 de turbina y una rueda guía 26.

La rueda guía 26 está dispuesta aguas arriba de la rueda 24 de turbina, en este caso entre la rueda 24 de turbina y el generador 14. La rueda 24 de turbina está apoyada de manera giratoria por medio de un árbol 28. La rueda 24 de turbina presenta, radialmente hacia fuera, un conjunto 25 de álabes. El conjunto 25 de álabes puede incluir álabes independientes de la rueda 24 de turbina, que están unidos a la rueda 24 de turbina. Como alternativa, la rueda 24 de turbina puede estar conformada en una sola pieza, es decir, el conjunto 25 de álabes puede ser un componente integral de la rueda 24 de turbina.

Aguas arriba de la turbina 12, una carcasa externa 30 del turbogrupo 10 conforma un conducto 32 de alimentación. Aguas abajo de la turbina 12, la carcasa externa 30 conforma un conducto 34 de descarga. A través del conducto 32 de alimentación se aporta fluido a la turbina 12. Después de pasar a través de la turbina 12, el fluido expandido es descargado a través del conducto 34 de descarga.

El generador 14 está dispuesto dentro del conducto 32 de alimentación. Por lo tanto, el generador 14 se encuentra aguas arriba de la turbina 12. En la figura 3 se indica mediante flechas la dirección del flujo a través del turbogrupo 10. El flujo del fluido discurre aquí en línea recta a través del conducto 32 de alimentación, pasando por el generador 14 y hacia la turbina 12.

El generador 14 tiene un rotor 36 y un estator 38. El rotor 36 está dispuesto sobre el mismo árbol 28 que la rueda 24 de turbina. En consecuencia, el rotor 36 puede girar en torno a un eje longitudinal 40 común junto con la rueda 24 de turbina. El árbol 28, el rotor 26 y la rueda 24 de turbina forman un rotor del turbogrupo 10. La rueda guía 26 no es giratoria con respecto al eje longitudinal 40. La rueda guía puede estar sostenida de manera no giratoria en la carcasa externa 30 y/o en una carcasa interna 46 del turbogrupo 10. Para el funcionamiento del turbogrupo 10, el eje longitudinal 40 puede estar orientado horizontalmente, verticalmente o inclinado.

El árbol 28 está apoyado en un primer punto 42 de apoyo y en un segundo punto 44 de apoyo. El primer punto 42 de apoyo se encuentra entre el rotor 36 y la rueda 24 de turbina. Visto desde la rueda 24 de turbina, el segundo punto 44 de apoyo se encuentra más allá, es decir, aguas arriba, del rotor 36. Los puntos 42, 44 de apoyo pueden estar implementados de manera en sí conocida como disposición de cojinetes fijos/sueltos, cojinete de apoyo flotante o cojinete de apoyo anclado. Los cojinetes de las disposiciones 42, 44 de cojinetes pueden estar conformados como cojinetes de rodillos, cojinetes deslizantes y/o cojinetes magnéticos.

El estator 28 del generador 14 está dispuesto en la carcasa interna 46. La carcasa interna 46 está dispuesta dentro del conducto 32 de alimentación. La carcasa interna 46 puede descansar en la carcasa externa 30 a través de soportes que no están representados con detalle. Los puntos 42, 44 de apoyo soportan el árbol 28 en la carcasa interna 46 de una manera que no está representada con detalle.

Entre la carcasa interna 46 y el conducto 32 de alimentación de la carcasa externa 30 existe un espacio anular 48. Durante el funcionamiento del turbogrupo 10, el fluido pasa por el generador 14 a través del espacio anular 48. La carcasa interna 46 tiene por su exterior aletas 50 de refrigeración. Las aletas 50 de refrigeración sobresalen en el espacio anular 48 en una dirección radial con relación al eje longitudinal 40. Durante el funcionamiento, las aletas 50 de refrigeración son barridas por el fluido circulante, con lo que el generador 14 se enfría. Para mejorar la disipación de calor, el estator 38 puede estar conectado a las aletas 50 de refrigeración de una manera que no se representa con detalle, pero de la que se sabe que es en sí conductora del calor.

La figura 4 muestra una instalación 52 de turbina de vapor de baja presión. La instalación 52 de turbina de vapor de baja presión tiene un turbogrupo 10 con una turbina 12 y un generador 14. La turbina 12 es una turbina axial. La turbina 12 acciona el generador 14. La instalación 52 de turbina de vapor de baja presión tiene también un evaporador 54 por descompresión. En el evaporador 54 por descompresión se evapora un medio caloportador líquido 56, por ejemplo agua, de modo que se obtiene fluido en estado de vapor. El medio caloportador líquido es impulsado mediante una bomba 58 de circulación hacia el evaporador 54 por descompresión. El medio caloportador 56 puede ser retirado del evaporador 54 por descompresión mediante una bomba 60 de retorno, y llevado a un nuevo calentamiento e introducción en al evaporador 54 por descompresión. La presión en el evaporador 54 por descompresión es tan baja que el medio caloportador se evapora. La presión en el evaporador 54 por descompresión está por debajo de la presión ambiente. Por ejemplo, el agua como medio caloportador 56 puede pasar a la fase de vapor a una presión de 0,3 a 0,7 bares y una temperatura de 80 °C a 90 °C. El vapor resultante es conducido al generador 14 a través de un conducto de alimentación y se descomprime en la turbina 12.

Desde la turbina 12, el vapor descomprimido llega a un condensador 16. Allí el vapor se enfría, de modo que se condensa y se obtiene medio caloportador líquido. Para lograrlo, por medio de una bomba 62 para agente refrigerante se puede impulsar a través del condensador 16 un agente refrigerante. Mediante una bomba 18 de condensado se puede impulsar de vuelta, formando un circuito, el fluido/medio caloportador condensado. La bomba 18 de condensado forma parte aquí de un dispositivo de retorno, por medio del cual se devuelve medio caloportador líquido desde el condensador 16 al evaporador 54 por descompresión.

La instalación 52 de turbina de vapor de baja presión tiene una instalación 64 de evacuación, por ejemplo una bomba de vacío, que aquí está dispuesta en el condensador 16. Mediante la instalación 64 de evacuación (o dispositivo de evacuación) se reduce por debajo de la presión ambiente la presión en una zona de paso de vapor de la instalación 52 de turbina de vapor de baja presión.

La instalación 52 de turbina de vapor de baja presión incluye además un ruptor 66 de vacío, que está dispuesto aguas abajo de una rueda de turbina de la turbina 12, en este caso en el condensador 16. Al abrir el ruptor 66 de vacío puede entrar en el condensador 16 aire del ambiente. De este modo se puede detener el funcionamiento de la instalación 52 de turbina de vapor de baja presión. La instalación 52 de turbina de vapor de baja presión incluye una unidad 68 de control para controlar el ruptor 66 de vacío. La unidad 68 de control abre el ruptor de vacío 66 cuando es necesario, por ejemplo para una parada de emergencia.

El generador 14 está conectado a una electrónica 70 de potencia de la instalación 52 de turbina de vapor de baja presión. La corriente producida en el generador 14 es suministrada a través de la electrónica 70 de potencia a un consumidor, por ejemplo, una red eléctrica o una batería. La electrónica 70 de potencia puede tener un convertidor de frecuencia. Empleando la electrónica 70 de potencia y la unidad 68 de control se puede modificar la carga eléctrica sobre el generador 14. En particular, se puede adaptar la carga a los parámetros de funcionamiento de la instalación 52 de turbina de vapor de baja presión, por ejemplo de manera que la velocidad de giro de la turbina 12 se ajuste a un valor de consigna para los parámetros de funcionamiento en ese momento. Para ello, la unidad 68 de control actúa sobre la electrónica 70 de potencia. Los algoritmos correspondientes pueden estar guardados en la unidad 68 de control.

La figura 5 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento de operación para un turbogrupo que es parte de una instalación de turbina de vapor de baja presión, véase la figura 4. En un paso 100 se evapora medio caloportador líquido, con lo que se obtiene fluido en estado de vapor. Para ello se utiliza un evaporador por descompresión que evapora el fluido a una presión inferior a 1 bar, es decir, por debajo de la presión ambiente. En un paso 102 posterior se introduce el fluido en un conducto de alimentación (véase la figura 3, número de referencia 32) a una turbina del turbogrupo. En un paso 104 el fluido es hecho pasar, dentro del conducto de alimentación, por un generador del turbogrupo. El generador está dispuesto en el conducto de alimentación, aguas arriba de la turbina. Después, en un paso 106, el fluido acciona la turbina. En los pasos 104 y 106, el flujo de fluido se dirige desde el generador hacia la turbina. Dicho de otro modo, el fluido pasa primero por el generador y luego por la turbina. Por último, en un paso 108 se condensa el fluido en estado de vapor, de modo que se obtiene medio caloportador líquido. Este medio caloportador líquido puede ser sometido de nuevo a los pasos 102 a 108, en un proceso cíclico.

En resumen, la invención se refiere a un turbogrupo 10 (generador de turbina) refrigerado por fluido, concretamente refrigerado por vapor, que comprende un generador 14 y una máquina de expansión (turbina 12), preferiblemente una turbina de vapor, que acciona el generador 14. La turbina 12 sirve para convertir energía térmica en energía mecánica. El generador 14 sirve para convertir en energía eléctrica la energía mecánica proporcionada por la turbina 12. El generador de turbina refrigerado por vapor (turbogrupo 10) se caracteriza por que el vapor (el fluido) es alimentado a la máquina de expansión, preferiblemente la turbina de vapor, después de haber captado el calor perdido por el generador 14, y allí se descomprime. Para poder disipar hacia el vapor, con fiabilidad, la pérdida de calor que se origina en el generador 14, una carcasa interna 46 del generador 14 puede estar dotada de aletas 50 de refrigeración, sobre las cuales fluye el vapor. Este modo de conducir el proceso lleva a un enfriamiento intrínseco del generador 14, ya que solo cuando fluye vapor puede funcionar la turbina 12 y accionar el generador 14, cuya refrigeración está igualmente asegurada por el flujo de vapor. Esta propiedad del sistema permite una reducción significativa de la complejidad de la máquina y del sistema. Por un lado, se puede prescindir de un sistema de refrigeración en el generador 14. Por otro lado, se puede suprimir de la instalación global un circuito de refrigeración y asimismo la supervisión de la mencionada refrigeración del generador.

La figura 6 muestra, en una representación simbólica, una instalación 210 de turbina de vapor de baja presión.

La instalación 210 de turbina de vapor de baja presión tiene un evaporador 212 por descompresión. Durante el funcionamiento de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión, en el evaporador 212 por descompresión se evapora medio caloportador líquido 214, en este caso agua, a una presión por debajo de la presión ambiente. Mediante la evaporación del medio caloportador líquido 214 se obtiene fluido en estado de vapor.

Al fluido en estado de vapor se le lleva, a través de un conducto 216 de alimentación de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión, a una turbina 218 de vapor de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión. El conducto 216 de alimentación conecta fluídicamente el evaporador 212 por descompresión con la turbina 218 de vapor. La turbina 218 de vapor está acoplada mecánicamente a un generador 220. El generador 220 es accionado por la turbina 218 de vapor. El generador puede tener una potencia nominal de al menos 50 kW. Típicamente, el generador tiene una potencia nominal de 500 kW como máximo, preferiblemente 300 kW como máximo, de manera particularmente preferible 200 kW como máximo, de manera muy particularmente preferible 100 kW como máximo. El generador 220 puede estar dispuesto dentro del conducto 216 de alimentación aguas arriba de la turbina 218 de vapor, véase la figura 10. Entonces, el fluido pasa primero por el generador 220 y luego se dirige a través de la turbina 218 de vapor. El fluido, cuando circula por el generador 220, puede enfriarlo.

Durante el funcionamiento de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión, la turbina 218 de vapor convierte energía térmica del fluido en energía mecánica. El generador 220 convierte en energía eléctrica la energía mecánica proporcionada por la turbina 218 de vapor. La instalación 210 de turbina de vapor de baja presión tiene una electrónica 222 de potencia a través de la cual se puede conectar el generador 220 a un consumidor y/o a una red eléctrica. La electrónica 222 de potencia incluye típicamente un convertidor de alimentación, con un rectificador y un inversor. El inversor convierte la corriente alterna producida por el generador 220, típicamente de alta frecuencia, en corriente continua. La corriente continua puede fluir en un circuito intermedio del convertidor de alimentación. A partir de la corriente continua, el inversor produce corriente alterna para alimentarla a una red eléctrica o para suministrarla a un consumidor. La corriente alterna generada por el inversor tiene en principio la frecuencia y tensión habituales en el lugar de uso de la instalación de turbina de vapor de baja presión, por ejemplo 50 Hz y 230 V en Europa o 400 V en el caso de una red trifásica.

Una unidad 224 de control de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión está configurada para modificar, mediante la electrónica 222 de potencia, la carga sobre el generador 220. La potencia convertida en la turbina 218 de vapor viene determinada esencialmente por la presión del fluido en estado de vapor antes y después de la turbina 218 de vapor y por el caudal másico del fluido en estado de vapor. El generador 220 convierte en energía eléctrica y calor la energía mecánica proporcionada por la turbina 218 de vapor. Si la potencia eléctrica entregada por el generador 220 corresponde a la potencia mecánica entregada por la turbina 218 de vapor menos una pérdida por conversión en el generador 220, la velocidad de giro de la turbina 218 de vapor permanece constante. Si la potencia eléctrica entregada por el generador 220 es menor que la potencia mecánica entregada por la turbina 218 de vapor menos una pérdida de conversión en el generador 220, la velocidad de giro de la turbina 218 de vapor aumenta. Si el generador 220 requiere (brevemente) más energía eléctrica que la correspondiente a la potencia mecánica entregada por la turbina 218 de vapor menos una pérdida por conversión en el generador 220, para proporcionar esa diferencia de potencia se convierte en energía eléctrica la energía cinética de la rotación de un rotor (que comprende, por ejemplo, una rueda de turbina, un árbol y un rotor) de turbina 218 de vapor y el generador 220. Esto reduce la velocidad de giro de la turbina 218 de vapor. De esta manera, la unidad 224 de control puede influir mediante la electrónica 222 de potencia, a través de la entrega de potencia del generador 220, en la velocidad de giro de la turbina 218 de vapor.

La instalación 210 de turbina de vapor de baja presión tiene un condensador 226. El condensador 226 está conectado fluídicamente a la turbina 218 de vapor a través de un conducto 228 de descarga de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión. Después de que en la turbina 218 de vapor se haya descomprimido el fluido en estado de vapor, cediendo energía, se le lleva a través del conducto 228 de descarga hacia el condensador 226. En el condensador 226, el fluido en estado de vapor se condensa por disipación de calor, con lo que se obtiene medio caloportador líquido 214. Durante el funcionamiento de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión, la presión en el condensador 226 está por debajo de la presión ambiente. Una bomba 230 para agente refrigerante suministra agente refrigerante, por ejemplo agua, al condensador 226. Cuando entra en el condensador 226, el agente refrigerante tiene típicamente una temperatura de 10 °C a 20 °C. La disipación de calor del fluido tiene lugar a través del agente refrigerante. Por medio de una bomba 231 de condensado se retira del condensador 226 medio caloportador condensado. El medio caloportador condensado tiene típicamente una temperatura de 32 °C a 60 °C cuando sale del condensador 226.

El conducto 216 de alimentación y el conducto 228 de descarga son componentes de un sistema de conductos que conecta el evaporador 212 por descompresión con el condensador 226 a través de la turbina 218 de vapor. Para reducir la presión en el evaporador 212 por descompresión y en el condensador 226 por debajo de la presión ambiente, la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión tiene un dispositivo 232 de evacuación, que comprende aquí una bomba de vacío. El dispositivo 232 de evacuación está dispuesto en este caso en el condensador 226. Para poner en funcionamiento la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión, por medio del dispositivo 232 de evacuación se aspiran gases del sistema de conductos hasta que la presión se sitúa por debajo de la presión de ebullición del medio caloportador líquido 214 en el evaporador 212 por descompresión. Típicamente, el dispositivo 232 de evacuación funciona de manera que la presión en el evaporador 212 por descompresión se sitúa en un valor de 0,3 a 0,7 bares. Después de la descompresión del fluido en la turbina de vapor, la presión en el condensador 226 se sitúa típicamente en un valor de 0,05 a 0,2 bares.

Mediante una bomba 234 de circulación se impulsa medio caloportador 214 caliente al evaporador 212 por descompresión. Típicamente, una temperatura del agua como medio caloportador se sitúa durante la circulación en un valor de 95 °C a 105 °C. Por ejemplo, para calentar el medio caloportador se puede utilizar calor residual de un proceso. El agua que se encuentra en el evaporador 212 por descompresión como medio caloportador tiene típicamente una temperatura de 70 °C a 90 °C. Con estas temperaturas, a las presiones antes mencionadas de 0,3 a 0,7 bares el agua hierve. La unidad 224 de control está configurada para modificar la potencia de impulsión de la bomba 234 de circulación. Se puede influir así en la tasa de evaporación del medio caloportador. Esto, a su vez, afecta a la potencia que se puede convertir en la turbina 218 de vapor. Como resultado de la evaporación del medio caloportador 214 en el evaporador 212 por descompresión, el medio caloportador 214 se enfría. Así es retirado, mediante una bomba 236 de retorno, del evaporador 212 por descompresión.

Aguas abajo de una rueda de turbina de la turbina 218 de vapor, la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión tiene un ruptor 238 de vacío. El ruptor 238 de vacío está dispuesto aquí en el condensador 226. La unidad 224 de control está configurada para abrir el ruptor 238 de vacío. Debido a la baja presión en el condensador 226, cuando se abre el ruptor de vacío fluye aire del ambiente hacia el condensador 226 y desde allí hacia el conducto 228 de descarga. Con ello, la presión aguas abajo de la turbina 218 de vapor aumenta. Esto reduce la caída isoentrópica de la entalpía disponible para la turbina 218 de vapor, con lo que la potencia de la turbina 218 de vapor disminuye. Por tanto, si la carga sobre el generador 220 sigue siendo la misma, la velocidad de rotación de la turbina 218 de vapor y del generador 220 acoplado a la misma disminuyen. Cuando ha entrado a la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión una cantidad suficientemente grande de aire del ambiente, el funcionamiento de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión finalmente se detiene. De esta manera, el ruptor 238 de vacío funciona como un elemento de seguridad mediante el cual se puede apagar la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión. En cambio, ni en el conducto 216 de alimentación ni en la turbina 218 de vapor existen elementos de seguridad, tales como válvulas de cierre rápido o clapetas de accionamiento rápido, ni elementos de control, tales como válvulas de control o clapetas de control.

En este caso, la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión tiene también una resistencia 240 de frenado. La resistencia 240 de frenado está conectada eléctricamente a la electrónica 222 de potencia. La unidad 224 de control está configurada para, a través de la electrónica 222 de potencia, convertir en calor energía eléctrica en la resistencia 240 de frenado. Con ello se puede conseguir una carga adicional sobre el generador 220 cuando se alcanza un límite de la potencia entregada a la red eléctrica o al consumidor. Al llevar corriente eléctrica desde el generador 220 a la resistencia 240 de frenado, si los demás parámetros de funcionamiento de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión permanecen iguales, se puede reducir la velocidad de giro de la turbina 218 de vapor.

En la unidad 224 de control de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión está guardado un mapa de características. El mapa de características vincula un estado de funcionamiento de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión con un valor de consigna para la velocidad de giro de la turbina 218 de vapor. Para definir el estado de funcionamiento se puede recurrir a una o más de las variables de presión en el conducto de alimentación, presión en el conducto de descarga, temperatura del fluido en estado de vapor en el conducto de alimentación y/o en el evaporador por descompresión, temperatura del fluido en estado de vapor en el conducto de descarga y/o en el condensador, entalpía del fluido en el conducto de alimentación y/o en el conducto de descarga. Para una combinación de valores numéricos de estos parámetros, el mapa de características contiene un valor de consigna de la velocidad de giro respectivamente asignado. Para valores numéricos que no estén almacenados, se puede efectuar una interpolación entre valores vecinos. La unidad 224 de control está configurada para regular la velocidad de giro de la turbina 218 de vapor al valor de consigna del estado de funcionamiento en ese momento. Se puede almacenar para ello un algoritmo de control en la unidad 224 de control. Dicho de otro modo, en el mapa de características y en el algoritmo de control están reunidas y elaboradas mediante técnicas de control las variables termodinámicas que influyen en el gradiente isoentrópico de entalpía. Preferiblemente, para regular la velocidad de giro la unidad 224 de control puede modificar, a través de la electrónica 222 de potencia, la carga sobre el generador 220 y la potencia de impulsión de la bomba 234 de circulación, como se ha descrito más arriba. En particular, si estas medidas no son suficientes para permanecer dentro de un rango permitido de un parámetro de funcionamiento, la unidad 224 de control puede abrir el ruptor 238 de vacío y/o, de manera adicional o como alternativa a estas medidas, enviar energía eléctrica a la resistencia 240 de frenado.

La unidad 224 de control está configurada además para controlar la bomba 236 de retorno, la bomba 231 de condensado, la bomba 230 de agente refrigerante y el dispositivo 232 de evacuación, y en particular para modificar su potencia de impulsión o respectivamente de aspiración. En aras de la claridad, en la figura 6 no se han dibujado las correspondientes líneas de control.

En una forma de realización que no está representada con más detalle, la instalación de turbina de vapor de baja presión puede tener un diseño en múltiples etapas. Para ello, se conecta el retorno del evaporador por descompresión que trabaja a la temperatura más alta, a la alimentación (circulación) de otro evaporador por descompresión que trabaja a un nivel de presión más bajo correspondiente a su (más baja) temperatura de alimentación. De esta forma, se pueden conectar uno tras otro varios evaporadores por descompresión. Se puede alimentar a una turbina de vapor común el fluido en estado de vapor procedente de los múltiples evaporadores por descompresión. Como alternativa, también se puede suministrar fluido a varias turbinas de vapor desde uno o más de los múltiples evaporadores por descompresión.

La figura 7 muestra una instalación 210 de turbina de vapor de baja presión con los componentes de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión según la figura 6, y que tiene además un generador termosolar 242 de calor. La estructura y la función de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión de la figura 7 corresponden -sin contar el generador termosolar 242 de calor- a la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión de la figura 6. En lo que respecta a los componentes adoptados y su función, se remitirá a la anterior descripción. En la figura 7 no están dibujadas la electrónica 222 de potencia, la unidad 224 de control ni la resistencia 240 de frenado; no obstante, estos componentes están presentes y constituidos exactamente de la misma manera que en la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión de la figura 6.

Mediante el generador termosolar 242 de calor se amplía la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión para dar lugar a una planta de energía termosolar. En el generador termosolar 242 de calor se calienta mediante la radiación solar, véanse las flechas en diagonal desde arriba, medio caloportador líquido 214, agua en este caso. La bomba 234 de circulación impulsa el medio caloportador 214 caliente desde el generador termosolar 242 de calor hacia el evaporador 212 por descompresión. En el evaporador 212 por descompresión, el medio caloportador 214 se evapora bajo presión negativa, con lo que se obtiene fluido en estado de vapor. El fluido en estado de vapor acciona la turbina 218 de vapor.

Como resultado de la evaporación, el medio caloportador líquido 214 que se encuentra en el evaporador 212 por descompresión se enfría. Por medio de la bomba 236 de retorno, este medio caloportador 214 es impulsado de vuelta al generador termosolar 242 de calor. Allí, el medio caloportador 214 es calentado de nuevo por la radiación solar y después llevado al evaporador 212 por descompresión. De esta manera se establece un primer circuito (proceso circular).

Después de pasar por la turbina 218 de vapor, el fluido en estado de vapor se condensa bajo presión negativa en el condensador 226, con lo que se obtiene nuevamente medio caloportador líquido 214. Por medio de la bomba 231 de condensado, el medio caloportador líquido 214 es impulsado al generador termosolar 242 de calor. Allí, el medio caloportador 214 es calentado de nuevo por la radiación solar y enviado luego al evaporador 212 por descompresión. De esta manera se establece un segundo circuito (proceso circular). La bomba 231 de condensado, el generador termosolar 242 de calor y la bomba 234 de circulación forman aquí un dispositivo de retorno para llevar de vuelta medio caloportador líquido desde el condensador 226 al evaporador 212 por descompresión.

La figura 8 muestra una instalación 210 de turbina de vapor de baja presión con los componentes de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión según la figura 6, y que tiene además un acumulador 244 de calor. La estructura y la función de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión de la figura 8 corresponden -sin contar el acumulador 244 de calor- a la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión de la figura 6. En lo que respecta a los componentes y su función, se remitirá a la anterior descripción. En la figura 8 no están dibujadas la electrónica 222 de potencia, la unidad 224 de control ni la resistencia 240 de frenado; no obstante, estos componentes están presentes y constituidos exactamente de la misma manera que en la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión de la figura 6.

En el acumulador 244 de calor se almacena medio caloportador líquido 214, agua en este caso, caliente. El medio caloportador 214 caliente es aportado al acumulador 244 de calor desde un dispositivo calentador no representado, véase la flecha superior izquierda en el acumulador 244 de calor. Durante el almacenamiento en el acumulador 244 de calor, el medio caloportador 214 se enfría. Por lo tanto, se envía a un nuevo calentamiento en el dispositivo calentador, véase la flecha inferior izquierda desde el acumulador 244 de calor.

La bomba 234 de circulación impulsa el medio caloportador caliente 214 desde el acumulador 244 de calor al evaporador 212 por descompresión. En el evaporador 212 por descompresión, el medio caloportador 214 se evapora bajo presión negativa, con lo que se obtiene fluido en estado de vapor. El fluido en estado de vapor acciona la turbina 218 de vapor.

Como resultado de la evaporación, el medio caloportador líquido 214 que se encuentra en el evaporador 212 por descompresión se enfría. Por medio de la bomba 236 de retorno, este medio caloportador 214 es impulsado de vuelta al acumulador 244 de calor. De esta manera se establece un primer circuito (proceso circular).

Desde el acumulador 244 de calor se aporta de nuevo el medio caloportador 214 al dispositivo calentador, y allí se calienta. A continuación, el medio caloportador calentado es enviado al acumulador 244 de calor. De esta manera se establece un segundo circuito (proceso circular). Desde el acumulador 244 de calor, el medio caloportador calentado es impulsado nuevamente al evaporador 212 por descompresión, y así sucesivamente.

Después de pasar por la turbina 218 de vapor, el fluido en estado de vapor se condensa bajo presión negativa en el condensador 226, con lo que se obtiene nuevamente medio caloportador líquido 214. Por medio de la bomba 231 de condensado, el medio caloportador líquido 214 es impulsado al acumulador 244 de calor. De esta manera se establece un tercer circuito (proceso circular). Desde el acumulador 244 de calor, el medio caloportador 214 es impulsado de nuevo al dispositivo calentador, y allí se calienta. Después, el medio caloportador 214 es enviado de nuevo al evaporador 212 por descompresión. La bomba 231 de condensado, el acumulador 244 de calor y la bomba de flujo 234 forman un dispositivo de retorno para llevar de vuelta medio caloportador líquido desde el condensador 226 al evaporador 212 por descompresión.

La figura 9 muestra una instalación 210 de turbina de vapor de baja presión con los componentes de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión según la figura 8, y que tiene además un generador termosolar 242 de calor. El generador termosolar 242 de calor funciona como un dispositivo calentador descrito en lo que antecede para el medio caloportador líquido 214. De este modo se obtiene una planta de energía termosolar con acumulación.

La estructura y la función de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión de la figura 9 corresponden -sin contar el generador termosolar 242 de calor- a la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión de la figura 8. En lo que respecta a los componentes adoptados y su función, se remitirá a la anterior descripción. En la figura 9 no están dibujadas la electrónica 222 de potencia, la unidad 224 de control ni la resistencia 240 de frenado; no obstante, estos componentes están presentes y constituidos exactamente de la misma manera que en la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión de la figura 6.

Como ya se ha mencionado, en la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión de la figura 9, el generador termosolar 242 de calor asume la función del dispositivo calentador. Para impulsar el medio caloportador líquido 214 desde el acumulador 244 de calor al generador termosolar de calor está prevista una bomba 246 de circuito de calefacción. Al llevar al generador termosolar 242 de calor el medio caloportador 214 desde el acumulador 244 de calor, el medio caloportador 214 calentado por la radiación solar (véanse las flechas desde arriba) en el generador termosolar 242 de calor resulta desplazado y empujado hacia el acumulador 244 de calor. La bomba 231 de condensado, el acumulador 244 de calor, la bomba 246 de circuito de calefacción, el generador termosolar 242 de calor y la bomba 234 de circulación forman un dispositivo de retorno para llevar de vuelta medio caloportador líquido desde el condensador 226 al evaporador 212 por descompresión.

La unidad 224 de control está configurada para activar la bomba 246 de circuito de calefacción. En particular, la unidad 224 de control puede establecer un caudal de suministro, por ejemplo un caudal volumétrico, de la bomba 246 de circuito de calefacción.

La figura 10 muestra un turbogrupo 248 que tiene una turbina 218 de vapor y un generador 220 para una instalación 210 de turbina de vapor de baja presión como la mostrada, por ejemplo, en las figuras 6 a 9, en un corte longitudinal esquemático. El generador 220 está dispuesto aguas arriba de una rueda 250 de turbina de la turbina 218 de vapor, en un conducto 216 de alimentación.

La turbina 218 de vapor está conformada como turbina axial. La turbina 218 de vapor tiene la rueda 250 de turbina y una rueda guía 252. La rueda guía 252 está dispuesta aguas arriba de la rueda 250 de turbina, en este caso entre la rueda 250 de turbina y el generador 220. La rueda 250 de turbina está apoyada de manera giratoria por medio de un árbol 254. La rueda 250 de turbina presenta, radialmente hacia fuera, un conjunto 256 de álabes. El conjunto 256 de álabes puede incluir álabes independientes de la rueda 250 de turbina, que están unidos a la rueda 250 de turbina. Como alternativa, la rueda 250 de turbina puede estar conformada en una sola pieza, es decir, el conjunto 256 de álabes puede ser un componente integral de la rueda 250 de turbina. El conjunto 256 de álabes de la turbina 218 de vapor puede estar implementado con un diseño de impulso o con un diseño de reacción. La rueda guía 252 está sostenida de manera no giratoria en una carcasa externa 258 del turbogrupo 248. La carcasa externa 258 conforma el conducto 216 de alimentación aguas arriba de la turbina 218 de vapor. Aguas abajo de la turbina 218 de vapor, la carcasa externa 258 conforma también un conducto 228 de descarga. A través del conducto 216 de alimentación se aporta fluido a la turbina 218 de vapor. Después de pasar a través de la turbina 218 de vapor, a través del conducto 228 de descarga se descarga fluido expandido.

El generador 220 está dispuesto dentro del conducto 216 de alimentación. Por lo tanto, el generador 220 se encuentra aguas arriba de la turbina 218 de vapor. En la figura 10 se indica mediante flechas la dirección de flujo a través del turbogrupo 248. El flujo del fluido discurre aquí en línea recta a través del conducto 216 de alimentación, pasando por el generador 220 y hacia la turbina 218 de vapor.

El generador 220 tiene un rotor 260 y un estator 262. El rotor 260 está dispuesto sobre el mismo árbol 254 que la rueda 250 de turbina. En consecuencia, el rotor 260 puede girar en torno a un eje longitudinal 264 común junto con la rueda 250 de turbina. El árbol 254, el rotor 260 y la rueda 250 de turbina forman un rotor del turbogrupo 248. Para el funcionamiento del turbogrupo 248, el eje longitudinal 264 puede estar orientado horizontalmente, verticalmente o inclinado.

El árbol 254 está apoyado en un primer punto 266 de apoyo y en un segundo punto 268 de apoyo. El primer punto 266 de apoyo se encuentra entre el rotor 260 y la rueda 250 de turbina. Visto desde la rueda 250 de turbina, el segundo punto 268 de apoyo se encuentra más allá, es decir, aguas arriba, del rotor 260. Los puntos 266, 268 de apoyo pueden estar implementados de manera en sí conocida como disposición de cojinetes fijos/sueltos, cojinete de apoyo flotante o cojinete de apoyo anclado. Los cojinetes de las disposiciones 266, 268 de cojinetes pueden estar diseñados como cojinetes de rodillos, cojinetes deslizantes y/o cojinetes magnéticos. La turbina 218 de vapor puede estar apoyada sin aceite. Así, si se utiliza agua como medio caloportador 214 y el condensado originado en el condensador 226 se procesa adicionalmente como agua potable o industrial, se puede evitar la contaminación del condensado.

El estator 262 del generador 220 está dispuesto en una carcasa interna 270. La carcasa interna 270 está dispuesta dentro del conducto 216 de alimentación. La carcasa interna 270 puede descansar en la carcasa externa 258 a través de soportes que no están representados con detalle. Los puntos 266, 268 de apoyo soportan el árbol 254 en la carcasa interna 270 de una manera que no está representada con detalle.

Entre la carcasa interna 270 y el conducto 216 de alimentación de la carcasa externa 258 existe un espacio anular 272. Durante el funcionamiento de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión con el turbogrupo 248, el fluido pasa por el generador 220 a través del espacio anular 272. La carcasa interna 270 tiene por su exterior aletas 274 de refrigeración. Las aletas 274 de refrigeración sobresalen en el espacio anular 272 en una dirección radial con relación al eje longitudinal 264. Durante el funcionamiento, las aletas 274 de refrigeración son barridas por el fluido circulante, con lo que el generador 220 se enfría. Para mejorar la disipación de calor, el estator 262 puede estar conectado a las aletas 274 de refrigeración de una manera que no se representa con detalle, pero de la que se sabe que es en sí conductora del calor.

La figura 11 muestra un esquema de flujo para un procedimiento de operación para un funcionamiento normal 300 de una instalación 210 de turbina de vapor de baja presión, como se muestra en las figuras 6 a 10, por ejemplo. En un paso 302 se evacua un sistema de conductos de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión. La presión en el sistema de conductos desciende en todas partes a un valor por debajo de la presión ambiente de 1 bar. Durante la evacuación, en el paso 302 se reduce la presión en el sistema de conductos hasta que en un evaporador 212 por descompresión de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión se evapora medio caloportador líquido 214. Mediante la evaporación del medio caloportador 214 se obtiene fluido en estado de vapor. El fluido en estado de vapor acciona una turbina 218 de vapor de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión. La turbina 218 de vapor acciona a su vez un generador 220 de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión. El generador 220 convierte energía mecánica, que le es proporcionada por la turbina 218 de vapor, en energía eléctrica.

En un paso 304 se modifica la carga eléctrica sobre el generador 220. Para ello, una unidad 224 de control de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión actúa sobre una electrónica 222 de potencia, a través de la cual está conectado el generador 220 a un consumidor y/o a una red eléctrica. Modificando la carga eléctrica sobre el generador 220 se hace variar la velocidad de giro de la turbina 218 de vapor.

En un paso 306 se modifica la tasa de evaporación en el evaporador 212 por descompresión. El paso 304 se puede realizar al mismo tiempo que el paso 304, o antes o después del mismo. Típicamente, los pasos 304 y 306 se llevan a cabo repetidamente. Para modificar la tasa de evaporación, la unidad 224 de control modifica la potencia entregada de una bomba 234 de circulación, que impulsa medio caloportador caliente 214 al evaporador 212 por descompresión. Al modificar la tasa de evaporación en el evaporador 212 por descompresión se influye en la potencia de la turbina 218 de vapor, de modo que -s i los demás parámetros de funcionamiento permanecen iguales- se modifica la velocidad de giro de la turbina 218 de vapor.

Los pasos 304 y 306 se llevan a cabo de manera que la velocidad de giro de la turbina 218 de vapor se regula a un valor de consigna dependiendo de un estado de funcionamiento de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión. Para ello, en la unidad 224 de control está guardado un mapa de características que relaciona el estado de funcionamiento con el valor deseado. El estado de funcionamiento incluye una o más de las variables de presión en un conducto 216 de alimentación, presión en un conducto 228 de descarga, temperatura del fluido en estado de vapor en el conducto 216 de alimentación y/o en el evaporador 212 por descompresión, temperatura del fluido en estado de vapor en el conducto 228 de descarga y/o en un condensador 226, entalpía del fluido en el conducto 216 de alimentación y/o en el conducto 228 de descarga.

Si se necesita finalizar el funcionamiento de instalación 210 de turbina de vapor de baja presión, en un paso 308 se abre un ruptor 238 de vacío aguas abajo de una rueda 250 de turbina de la turbina 218 de vapor. Con ello, fluye aire del ambiente hacia el sistema de conductos y aumenta la presión en el sistema de conductos aguas abajo de la rueda 250 de turbina. Esto reduce el gradiente isoentrópico de entalpía existente a través de la turbina 218 de vapor, hasta que finalmente la turbina 218 de vapor se detiene.

La figura 12 muestra un esquema de flujo de un procedimiento de operación para un apagado rápido 310 de una instalación 210 de turbina de vapor de baja presión, como la mostrada en las figuras 6 a 10, por ejemplo. En primer lugar, la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión se encuentra en un funcionamiento normal 300, por ejemplo según la figura 11. En caso de que se requiera un apagado rápido de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión, se llevan a cabo simultáneamente los siguientes pasos:

- se abre el ruptor 238 de vacío (paso 312),

- se reduce a cero un flujo volumétrico de medio caloportador 214 que fluye hacia el evaporador 212 por descompresión (paso 314),

- se convierte en calor energía eléctrica del generador 220 en la resistencia 240 de frenado (paso 316).

Además, de manera simultánea con los pasos 312, 314 y 316, en un paso 318 se puede maximizar la entrega de energía eléctrica desde el generador 220 a un consumidor y/o a una red eléctrica.

Mediante los pasos 312 y 314 se reduce la potencia mecánica máxima que se puede generar en la turbina 218 de vapor. Como resultado del paso 314, el proceso de evaporación se detiene y el flujo másico de vapor disminuye. Mediante los pasos 316 y 318 se aumenta la potencia de salida del generador 220. Esto aumenta el requerimiento de potencia mecánica para el generador 220. Cuando el requerimiento de potencia del generador 220 excede la capacidad de potencia de la turbina 218 de vapor, se convierte en energía eléctrica la energía rotacional de la turbina 218 de vapor y del generador 220, de modo que la velocidad de giro de la turbina 218 de vapor decrece hasta que llega a detenerse.

Tomando en conjunto todas las figuras 6 a 12, se describe una instalación 210 de turbina de vapor de baja presión, que es hecha funcionar en el modo de presión deslizante con aporte de calor y cuya velocidad de giro se regula de manera variable basándose en un mapa de características. La instalación 210 de turbina de vapor de baja presión se caracteriza por una presión de sistema variable en el lado del vapor y una complejidad reducida de la instalación. Esto se aplica en particular a la turbina 218 de vapor, que debido al modo de funcionamiento está concebida sin elementos de regulación (válvulas o clapetas de control) dispuestos aguas arriba de la misma. Esto minimiza las pérdidas de presión antes de la turbina 218 de vapor, lo que tiene un efecto positivo sobre la eficiencia de la instalación.

La generación de vapor dentro de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión se basa en el efecto de evaporación instantánea. Para ello se reduce la presión del sistema dentro de un sistema de conductos de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión, por debajo de la presión de vapor de un medio caloportador adecuado 214, hasta que se produce vapor saturado. El medio caloportador puede ser, por ejemplo, agua, agua desionizada (agua completamente desalinizada), agua dulce, agua salobre o agua de mar. Las temperaturas del sistema que se producen en el lado del vapor son, como máximo, tan altas como la temperatura de ebullición del medio caloportador 214 utilizado, a la presión ambiente reinante. Las presiones del sistema que se dan en el lado del vapor siempre están por debajo de la presión ambiente. Por lo tanto, queda excluido un escape de fluido en estado de vapor caliente (medio caloportador evaporado). Esto reduce significativamente los riesgos potenciales. Gracias a esta propiedad del sistema se puede prescindir del uso de elementos de seguridad (válvulas o clapetas de cierre rápido) en la turbina 218 de vapor o en el conducto 216 de alimentación.

Se utiliza como elemento de seguridad aguas abajo de la turbina 218 de vapor un ruptor 238 de vacío en el condensador 226. Cuando se abre, el sistema se inunda con aire del ambiente y el proceso se detiene.

La turbina 218 de vapor está conectada a un generador 220 para formar un turbogrupo 248 de modo que ambos componentes se mueven siempre a la misma velocidad de giro variable. La turbina 218 de vapor y el generador 220 pueden estar acoplados directamente o bien estar conectados mediante un acoplamiento, o estar colocados sobre un árbol común. No se utiliza ninguna transmisión mecánica. La turbina 218 de vapor puede estar implementada con una o varias etapas. La adaptación de la corriente generada en el generador 220 a la frecuencia que prevalece en la red, así como la regulación de la velocidad de giro del turbogrupo 248, se llevan a cabo a través de un convertidor de alimentación de una electrónica 222 de potencia. El valor de consigna de la velocidad de giro se determina utilizando un mapa de características que está guardado en una unidad 224 de control. La velocidad de giro de la turbina 218 de vapor y del generador 220 acoplado a la misma se modifican cargando o descargando el generador a través del convertidor de alimentación. Como variable de ajuste para regular la velocidad de giro de la turbina 218 de vapor y del generador 220 acoplado a la misma se puede recurrir a

- el gradiente isoentrópico de entalpia disponible para la turbina 218 de vapor,

- la diferencia de presión disponible para la turbina 218 de vapor,

- la diferencia de temperatura disponible para la turbina 218 de vapor, y/o

- un mapa de características guardado en la unidad 224 de control.

La presión del lado del vapor en el evaporador 212 por descompresión, en el conducto 216 de alimentación y antes de la turbina 218 de vapor es variable. Se ajusta dependiendo de la temperatura del medio caloportador 214 aportado al evaporador 212 por descompresión y de la cantidad de calor suministrada al evaporador 212 por descompresión. El flujo másico de vapor que se aporta a la turbina 218 de vapor es variable. Se ajusta dependiendo de la temperatura del medio caloportador 214 aportado al evaporador 212 por descompresión y de la cantidad de calor suministrada al evaporador 212 por descompresión. Mediante la bomba 234 de circulación se puede influir, gracias a la técnica de regulación, en la cantidad de calor suministrada al evaporador 212 por descompresión. La potencia eléctrica de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión depende de la cantidad de calor suministrada al evaporador 212 por descompresión y de la temperatura del medio caloportador 214. La energía eléctrica se puede regular a través de la regulación del flujo másico o del flujo volumétrico de medio caloportador 214.

El gradiente isoentrópico de entalpía disponible para la turbina 218 de vapor es variable. Dado que en el evaporador 212 por descompresión solamente se genera vapor saturado, depende de la presión establecida antes de la turbina 218 de vapor y de la presión que reina en el condensador 226.

La instalación 210 de turbina de vapor de baja presión se caracteriza por un rango de funcionamiento ampliado en comparación con las instalaciones hechas funcionar convencionalmente, gracias al funcionamiento en modo de presión deslizante con aporte de calor y a la turbina 218 de vapor regulada en su velocidad de giro. Además, debido a la velocidad de giro adaptada al gradiente isoentrópico de entalpía, la turbina 218 de vapor funciona siempre al nivel de eficiencia óptimo o cerca del nivel de eficiencia óptimo para el punto de carga respectivo, lo que tiene un efecto positivo sobre la eficiencia del sistema.

Dicho todo esto, la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión incluye lo siguiente:

- un evaporador 212 por descompresión para evaporar medio caloportador líquido 214, situándose por debajo de la presión ambiente la presión en el evaporador 212 por descompresión,

- una turbina 218 de vapor,

- un generador 220 que está acoplado a la turbina 218 de vapor,

- una electrónica 222 de potencia para conectar el generador 220 a un consumidor y/o a una red eléctrica,

- un condensador 226 para condensar el fluido en estado de vapor que sale de la turbina 218 de vapor durante el funcionamiento, situándose por debajo de la presión ambiente la presión en el condensador 226,

- un ruptor 238 de vacío que está dispuesto aguas abajo de una rueda 250 de turbina de la turbina 218 de vapor, y - una unidad 224 de control que está configurada para modificar la carga eléctrica sobre el generador 220 a través de la electrónica 222 de potencia y para abrir el ruptor 238 de vacío.

Además, un procedimiento de operación para una instalación 210 de turbina de vapor de baja presión comprende los pasos de

a) evacuar un sistema de conductos de la instalación 210 de turbina de vapor de baja presión, de modo que la presión en el sistema de conductos esté en todas partes por debajo de la presión ambiente y de modo que se evapore medio caloportador 214 en un evaporador 212 por descompresión,

b) modificar la carga eléctrica sobre un generador 220,

c) abrir un ruptor 238 de vacío.

Lista de números de referencia

turbogrupo 10, 248

turbina 12

generador 14, 220

condensador 16,226

bomba de condensado 18, 231

sensor de temperatura 20

dispositivo inyector 22

rueda de turbina 24, 250

conjunto de álabes 25, 256

rueda guía 26, 252

árbol 28, 254

carcasa externa 30, 258

conducto de alimentación 32, 216

conducto de descarga 34, 228

rotor 36, 260

estator 38, 262

eje longitudinal 40, 264

primer punto de apoyo 42, 266

segundo punto de apoyo 44, 268

carcasa interna 46, 270

espacio anular 48, 272

aletas de refrigeración 50, 274

instalación de turbina de vapor de baja presión 52, 210

evaporador por descompresión 54, 212

medio caloportador líquido 56, 214

bomba de circulación 58, 234

bomba de retorno 60, 236

bomba de agente refrigerante 62, 230

instalación de evacuación 64

ruptor de vacío 66, 238

unidad de control 68, 224

electrónica de potencia 70, 222

evaporar 100

introducir 102

hacer pasar por 104

accionar 106

condensar 108

turbina de vapor 218

dispositivo de evacuación 232

resistencia de frenado 240

generador termosolar de calor 242

acumulador de calor 244

bomba de circuito de calefacción 246

funcionamiento normal 300

evacuar 302

modificar la carga 304

modificar la tasa de evaporación 306

abrir el ruptor de vacío 308

apagado rápido 310

abrir el ruptor de vacío 312

reducir el flujo volumétrico 314

convertir energía en la resistencia de frenado 316

maximizar la entrega de potencia 318

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de operación para un turbogrupo (10, 248) que tiene una turbina (12) y un generador (14, 220) que está dispuesto dentro de un conducto (32, 216) de alimentación a la turbina (12),

con los pasos de

b) introducir (102) en el conducto (32, 216) de alimentación un fluido gaseoso en forma de vapor,

c) hacer pasar (104) el fluido por el generador (14, 220),

d) accionar (106) la turbina (12) por medio del fluido,

donde se dirige un flujo de fluido desde el generador (14, 220) hacia la turbina (12),

y donde una presión en el conducto (32, 216) de alimentación y en la turbina (12) está por debajo de la presión ambiente.

2. Procedimiento de operación según la reivindicación 1, caracterizado por que el fluido es vapor húmedo o vapor saturado.

3. Procedimiento de operación según la reivindicación 1 o 2, con los pasos adicionales de

a) evaporar (100) un medio caloportador líquido (56, 214), de modo que se obtiene fluido en estado de vapor, e) condensar (108) el fluido en estado de vapor después de que haya recorrido la turbina (12), de modo que se obtiene medio caloportador líquido (56, 214).

4. Procedimiento de operación según la reivindicación 3, caracterizado

por que la turbina (12) está conformada como turbina (218) de vapor,

por que, para llevar a cabo el paso a), se evacúa (302) un sistema de conductos que conecta un evaporador (54, 212) por descompresión con un condensador (16, 226) a través del conducto (32, 216) de alimentación, la turbina (218) de vapor y un conducto (34, 228), de modo que la presión en el sistema de conductos está en todas partes por debajo de la presión ambiente y de modo que se evapora medio caloportador (56, 214) en el evaporador (54, 212) por descompresión, por que, en particular durante la ejecución del paso d), se modifica (304) la carga eléctrica sobre el generador (14, 220), y por que se abre (308, 312) el ruptor (66, 238) de vacío.

5. Procedimiento de operación según la reivindicación 4, caracterizado por que, simultáneamente, se abre (312) el ruptor (66, 238) de vacío, se reduce (314), en particular se reduce a cero, un flujo volumétrico de medio caloportador líquido (56, 214) que fluye hacia el evaporador (54, 212) por descompresión, y se convierte (316) en calor energía eléctrica del generador (14, 220) en una resistencia (40) de frenado.

6. Procedimiento de operación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que una temperatura del fluido introducido en el conducto (32, 216) de alimentación es 110 °C como máximo, preferiblemente 100 °C como máximo, de manera particularmente preferible 90 °C como máximo.

7. Procedimiento de operación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se inyecta un líquido en el conducto (32, 216) de alimentación aguas arriba del generador (14, 220).

8. Instalación (52, 210) de turbina de vapor de baja presión que tiene un turbogrupo (10, 248) que tiene una turbina (12) que está conformada como turbina axial y un generador (14, 220) que está dispuesto dentro de un conducto (32, 216) de alimentación a la turbina (12),

donde la turbina (12) está conformada para un flujo de entrada desde la dirección del generador (14, 220), y donde la turbina (12) está conformada como turbina de vapor de baja presión,

caracterizada por un evaporador (54, 212) por descompresión para evaporar medio caloportador líquido (56, 214) de modo que se obtiene fluido en estado de vapor,

y por que el conducto (32, 216) de alimentación hace pasar por el generador (14, 220) el fluido en estado de vapor originado en el evaporador (54, 212) por descompresión, para descomprimir el fluido en estado de vapor en la turbina (12),

y por que la instalación (52, 210) de turbina de vapor de baja presión está conformada de manera que, durante el funcionamiento según lo previsto, la presión en el evaporador (54, 212) por descompresión, el conducto (32, 216) de alimentación y la turbina (12) está por debajo de la presión ambiente.

9. instalación (52, 210) de turbina de vapor de baja presión según la reivindicación 8, caracterizada por que una rueda (24, 250) de turbina de la turbina (12) y un rotor (36, 260) del generador (14, 220) pueden girar en torno a un eje longitudinal común (40, 264), en particular por que la rueda (24, 250) de turbina y el rotor (36, 260) están dispuestos sobre un árbol común (28, 254).

10. Instalación (52, 210) de turbina de vapor de baja presión según la reivindicación 8 o 9, caracterizada por que una rueda guía (26, 252) de la turbina (12) está dispuesta entre el generador (14, 220) y una rueda (24, 250) de turbina de la turbina (12).

11. Instalación (52, 210) de turbina de vapor de baja presión según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada por que un estator (38, 262) del generador (14, 220) está dispuesto en una carcasa interna (46, 270), en particular donde la carcasa interna (46, 270) tiene por su exterior aletas (50, 274) de refrigeración.

12. Instalación (52, 210) de turbina de vapor de baja presión según una de las reivindicaciones 8 a 11, que tiene además - un condensador (16, 226) para condensar el fluido en estado de vapor que durante el funcionamiento sale de la turbina (12), de modo que se obtiene medio caloportador líquido (56, 214), donde la presión en el condensador (16, 226) está por debajo de la presión ambiente,

y preferiblemente

- un dispositivo de retorno para llevar de vuelta medio caloportador líquido (56, 214) desde el condensador (16, 226) al evaporador (54, 212) por descompresión.

13. Instalación (52, 210) de turbina de vapor de baja presión según una de las reivindicaciones 8 a 12, que tiene además - un ruptor (66, 238) de vacío que está dispuesto aguas abajo de una rueda (24, 250) de turbina de la turbina (12), - una electrónica (70, 222) de potencia para conectar el generador (14, 220) a un consumidor y/o a una red eléctrica, y - una unidad (68, 224) de control que está configurada para modificar la carga eléctrica sobre el generador (14, 220) a través de la electrónica (70, 222) de potencia y para abrir el ruptor (66, 238) de vacío.

14. Instalación (52, 210) de turbina de vapor de baja presión según la reivindicación 13, que tiene además

- una bomba (58, 234) de circulación para impulsar medio caloportador líquido (56, 214) al evaporador (54, 212) por descompresión, donde la unidad (68, 224) de control está conformada para modificar una potencia de impulsión de la bomba (58, 234) de circulación, y/o

- una resistencia (240) de frenado, en particular donde la unidad (68, 224) de control está configurada para convertir en calor energía eléctrica del generador (14, 220) en la resistencia (240) de frenado.