ES2206962T3 - Dispositivo para la conexion de secciones de conductos. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un procedimiento para separar y conectar repetidamente secciones (6a, 6b) de un tubo (6) para un líquido caliente y a alta presión (D) tal como un tubo de vapor. Este procedimiento usa una junta embridada de pared doble (1) que comprende una brida exterior (2) y una brida interior (2) que definen un espacio (4) en el que fluye un fluido refrigerante (K). El dispositivo de la presente invención es especialmente adecuado para la conexión de secciones de tubo en una turbina de gas.

Description

Dispositivo para la conexión de secciones de conductos.

La invención se refiere a un dispositivo para la conexión de secciones de un conducto que está atravesado por una corriente de medio caliente y altamente comprimido, especialmente de una tubería atravesada por una corriente de vapor.

Un conducto de alimentación de vapor para una turbina de vapor está diseñado habitualmente para una temperatura del vapor mayor que 500ºC y para una presión del vapor mayor que 300 bares. En un conducto de alimentación de vapor de este tipo, el punto de unión entre una tubería que alimenta vapor y una válvula de entrada de vapor está realizado habitualmente soldado. Para soltar esta unión, por ejemplo para fines de montaje o revisión en la turbina de vapor, el conducto debe separarse mecánicamente. Esto significa en una turbina de vapor con entrada de vapor dispuesta por encima de una juntura parcial de la carcasa un gasto adicional considerable durante la revisión de la turbina de vapor. Durante el montaje se plantea, adicionalmente al gasto de tiempo para la soldadura y al recocido del punto de unión, el problema de un conducto acortado a través de la etapa de separación, de manera que cuando se restablece de nuevo la unión se pueden producir tensiones mecánicas no deseadas en el conducto.

En el documento D1 (DE-B-1 000 649) se publica un punto de unión para piezas en forma de tubo que están atravesadas por un medio caliente, que están constituidas por materiales con diferente comportamiento de dilatación. En la figura 2 se publica una unión con brida, que presenta un canal anular alimentado con refrigerante, por medio del cual se reduce la deformación diferente de las piezas de tubo condicionado por los materiales diferentes en virtud de la carga térmica. Por otra parte, se publica un inserto que reduce el diámetro de la tubería, que aísla adicionalmente el punto de unión e impide un contacto directo con el medio caliente.

En el documento D2 (Epifanov y col.) se publica una junta de obturación de brida con insertos de goma para un sistema de vacío ultraalto. La temperatura de empleo en este sistema está en 450ºC. La junta de obturación de brida presenta un canal atravesado por agua corriente para la refrigeración de la junta de obturación de goma, que no se emplearía en otro caso a estas temperaturas de funcionamiento.

La utilización de una unión con brida convencional en este lugar conduce, en virtud de una entrada de calor muy alta, condicionada por el funcionamiento, a través de medio caliente en la brida, a una solicitación térmica inadmisible dentro de la brida y especialmente en la región de los tornillos de la brida. Puesto que los tornillos de la brida se cargan térmicamente hasta un nivel extremo, éstos se pueden relajar en gran medida. La relajación de los tornillos de la brida conduce de nuevo a una pérdida de fuerza no deseada sobre la juntura parcial, de manera que ésta no se puede mantener con frecuencia ya cerrada frente a la alta presión del medio que circula a través del conducto.

Por lo tanto, la invención tiene el cometido de indicar un dispositivo especialmente adecuado para la unión de secciones de un conducto que está atravesado por una corriente de medio caliente y altamente comprimido, especialmente de una tubería atravesada por una corriente de vapor, con el que se evitan los inconvenientes mencionados anteriormente.

Este cometido se soluciona según la invención a través de las características de la reivindicación 1. En este caso, está prevista una unión con brida de doble pared con una brida exterior y con una brida interior, entre las que está formado un espacio intermedio. Para la refrigeración de la brida exterior, el espacio intermedio es atravesado por una corriente de medio de refrigeración. La pared interior de la brida o la brida interior está configurada en este caso de una manera más conveniente por medio de una unión con anillo de manera móvil por efecto del calor.

A través de la impulsión del espacio intermedio con un medio de refrigeración, por ejemplo por medio de aire, agua o vapor, se prepara prácticamente un acolchado aislante dentro de la unión de brida. Entonces un sistema de conducto preparado para el medio de refrigeración se puede utilizar también para una aspiración intermedia prevista con frecuencia en un conducto de alimentación de vapor de este tipo. De la misma manera, en el caso de una instalación de turbinas de vapor existente, se puede utilizar la aspiración intermedia para la refrigeración de la brida.

Las piezas de la brida que deben unirse entre sí en el lado frontal están formadas por un contorno de collar en forma de U de la sección respectiva del conducto. Para una conexión en unión positiva y por aplicación de fuerza, solamente se atornilla la pared exterior de la brida o la brida exterior de la unión de brida por medio de un número de tornillos para brida que están dispuestos distribuidos en la periferia de la brida. En este caso, las dos secciones opuestas de la brida exterior están provistas de una manera más ventajosa en el lado frontal con contornos salientes o contornos escalonados correspondientes, de manera que las dos piezas de la brida están siempre alineadas entre sí. Esto facilita en una medida considerable la unión de las piezas de la brida.

La unión móvil por efecto del calor de las dos secciones de la brida interior puede estar configurada, por ejemplo, de una manera sencilla como unión de ranura y lengüeta. En este caso, es especialmente conveniente una unión anular en forma de I con anillo de compensación o anillo de obturación en forma de I, insertado en ranuras axiales correspondientes de las secciones de la pestaña interior, o una unión del tipo de segmento de pistón de la brida interior con un solape (enganche por detrás) de las secciones de la brida interior.

No obstante, está prevista con preferencia una unión de anillo angular, que posibilita movimientos relativos de las secciones de la brida interior entre sí en diferentes direcciones de movimiento. A tal fin, está previsto de una manera más conveniente un anillo de obturación y de compensación en forma de L en la sección transversal, que puede absorber dilataciones y actúa al mismo tiempo con efecto de obturación. Este anillo de compensación posibilita movimientos relativos de las dos secciones opuestas de la brida interior tanto en dirección longitudinal del conducto como también transversalmente al eje longitudinal del conducto.

El anillo de compensación es retenido de una manera más conveniente por medio de un anillo roscado en una de las secciones de la brida interior. A tal fin, en el estado enroscado del anillo roscado entre la sección correspondiente de la brida interior y un contorno de saliente del anillo roscado está configurada una ranura anular radial para el alojamiento de un brazo del anillo de compensación. Una ranura anular axial de la sección opuesta de la brida interior sirve para el alojamiento del otro brazo del anillo de compensación. En virtud de estas junturas de dilatación o ranuras de dilatación perpendiculares entre sí son posibles movimientos relativos correspondientes en dos direcciones perpendiculares entre sí. En este caso, el anillo de compensación para un movimiento deslizante es retenido con juego reducido en las ranuras. Este tipo de unión o de obturación por medio de una unión de anillo en forma de L es especialmente ventajoso en el caso de altas dilataciones diferenciales y en el caso de movimientos relativos grandes entre las secciones de la brida interior en dirección radial. De una manera alternativa, puede estar prevista también una unión de anillo en forma de U con un anillo de compensación o de obturación en forma de U insertado en escotaduras correspondientes en forma de saliente de las secciones de la brida interior. El empleo de una unión de anillo en forma de U es especialmente adecuado en el caso de secciones cortas de la brida interior y en el caso de una amenaza de oxidación.

Las ventajas conseguidas con la invención consisten especialmente en que a través de una unión de brida de doble pared con la configuración de un sistema de refrigeración entre una brida exterior y una brida interior en forma de un espacio intermedio que está atravesado por una corriente de medio de refrigeración, se puede separar varias veces de una manera sencilla un conducto de este tipo y se puede unir de nuevo. De esta manera, el conducto se puede diseñar para estados de vapor máximos (300 bares / 600ºC). En virtud de la circulación de un medio de refrigeración a través del espacio intermedio, que se puede cargar y descargar con preferencia a través de orificios de paso previstos en la pared exterior de la brida, se puede disipar el valor desde la unión de brida de una manera sencilla y fiable. De este modo se evita con seguridad una carga térmica y/o mecánica inadmisiblemente alta de los tornillos para brida.

A continuación se explican en detalle ejemplos de realización de la invención con la ayuda de un dibujo. En éste:

La figura 1 muestra en la sección longitudinal una unión de brida de doble pared con una unión de anillo en forma de L.

Las figuras 2 a 4 muestran uniones de brida alternativas con una unión de anillo en forma de I, de una unión de anillo en forma de U y de una unión de anillo en forma de segmento de pisto, respectivamente, y

Las figuras 5 y 6 muestran la unión en un conducto de alimentación de vapor de una turbina de vapor con corriente de admisión radial o bien en forma de espiral.

Las partes correspondientes entre sí están provistas en todas las figuras con los mismos signos de referencia. La figura 1 muestra una unión de brida 1 de doble pared con una brida exterior 2 y con una brida interior 3, entre las cuales está formado un espacio intermedio o una cámara de refrigeración 4. La brida exterior 2 está atornillada por medio de tornillos de brida, representándose de manera visible solamente un tornillo de brida 5. La pieza de la brida 1a formada integralmente en una primera sección de conducto 6a de una tubería 6 y la segunda pieza de la brida 1b formada integralmente en una segunda sección 6b del conducto presentan un perfil de collar en forma de U con una sección 2a, 2b de la brida exterior y con una sección 3a y 3b de la brida interior, respectivamente. Para conseguir durante la realización de la unidad de la brida 1 una alineación nivelada de las dos piezas 1a y 1b de la brida, las dos secciones 2a y 2b de la brida exterior presentan en el lado frontal un contorno de saliente 8 que corresponde con el otro contorno de salida respectivo.

En cada sección 2a, 2b de la brida exterior 2 está previsto un taladro de paso con un orificio de paso 6a y 6b, respectivamente, que está en comunicación con el espacio intermedio 4. Para la refrigeración de la brida exterior 2 se conduce a través del orificio de paso 6a, que sirve como entrada de refrigerante, un medio de refrigeración K, con preferencia vapor, al conducto intermedio 4. El refrigerante K' calentado allí a través del intercambio indirecto de calor en la brida interior 3 con refrigerante K' calentado a través del vapor caliente D conducido a través del conducto 6 abandona el espacio intermedio 4 a través del orificio de paso 6b que sirve como salida de refrigerante. A través del acolchado creado de esta manera se evita con seguridad de una manera sencilla una relajación de los tornillos para bridas 5.

Por razones técnicas de fabricación, las secciones 3a y 3b de la brida interior 3 están apoyadas de una manera más conveniente en puntos de soldadura 9a y 9b en las secciones 7a y 7b del conducto, respectivamente. No obstante, pueden estar formadas allí también en una sola pieza. Los extremos libres 10a y 10b frontales, alejados del punto de soldadura 9a, 9b respectivos, de las secciones 3a y 3b de la brida interior, respectivamente, están opuestos entre sí bajo la formación de un intersticio anular 11.

La zona de unión de la brida interior 3, que está formada a través de los extremos libres 10a, 10b de las secciones 3a y 3b, respectivamente, de la brida interior, está configurada de una manera móvil por efecto del calor a través del empleo de una unión de anillo. A tal fin, en el ejemplo de realización según la figura 1, está previsto, a modo de una unión de anillo angular, un anillo de compensación 12 en forma de L en la sección transversal, que cierra de forma hermética al vapor el intersticio anular 11 entre las secciones 3a y 3b de la brida interior que están opuestas en el lado frontal. El anillo de compensación o el anillo de obturación en forma de L posibilita a través de su disposición especial un movimiento relativo de las secciones 3a, 3b opuestas de la brida interior tanto en la dirección radial del movimiento 13 como también en la dirección axial del movimiento 14. En este caso, un brazo 12a del anillo de compensación 12 está retenido de manera móvil axialmente en una ranura axial 15 de la sección 3a de la brida interior, mientras que el otro brazo 12b del anillo de compensación 12 está retenido de manera móvil radialmente en una ranura radial 16 de la sección 3b de la brida interior.

El anillo de compensación 12 es retenido por medio de un anillo roscado 17 en la sección 3b de la brida interior. A tal fin, el anillo roscado 7, que presenta un contorno de collar en forma de L, está provisto con una rosca exterior 18, que engrana con una sección roscada 19 correspondiente en el lado interior de la sección 3b de la brida interior. A través del giro de este anillo roscado 17 a lo largo de la rosca 18, 19 se puede ajustar el juego en la ranura radial 16.

El anillo de compensación 12 garantiza de esta manera una unión que se puede mover por efecto del calor de las secciones 3a, 3b opuestas de la brida interior con una libertad de movimiento tanto a lo largo del eje longitudinal 20 como también transversalmente al eje longitudinal 20 del tubo. El anillo de compensación 12 es retenido a tal fin con juego reducido en las ranuras 15 y 16 dispuestas perpendicularmente entre sí, de tal manera que se posibilita un movimiento deslizante tanto en la dirección radial del movimiento 1 como también en la dirección axial del movimiento 14.

Se consigue también una unión correspondiente, que se puede mover por efecto del calor, de las secciones 3a, 3b de la brida interior a través de las uniones anulares alternativas según las figuras 2 a 4. A tal fin, la figura 2 muestra una unión de anillo en forma de I con un anillo de obturación o de compensación 12' en forma de I insertado en ranuras axiales frontales 15a, 15b de las bridas interiores 3a y 3b, respectivamente. Esta variante es especialmente sencilla desde el punto de vista de la técnica de fabricación.

La figura 3 muestra otra variante especialmente sencilla desde el punto de vista de la técnica de fabricación de la unión, que se puede mover por efecto del calor, de las secciones 3a, 3b de la brida interior con una unión de anillo en forma de U. En este caso, un anillo de obturación y de compensación 12'' en forma de U está insertado en escotaduras 15a'' y 15b'', respectivamente, formadas el lado frontal en las secciones 3a, 3b de la brida interior. Esta variante es especialmente conveniente en secciones 3a, 3b de la brida interior cortas en comparación con la variante según la figura 1.

La figura 4 muestra una variante modificada con respecto a las formas de realización según las figuras a 3 con relación a la disposición de las secciones 3a, 3b de la brida interior. Allí la sección izquierda 3a de la brida interior en el ejemplo de realización está configurada comparativamente larga para un enganche detrás de la sección 3b de la brida interior. La sección 3aa de la brida interior solapa en este caso, bajo la formación de un intersticio, la sección derecha 3b de la brida interior, de manera que, en combinación con dos anillos de obturación 12''' en el ejemplo de realización, está formada una disposición a modo de una unión de segmento de pistón. Esta configuración asimétrica de la unión de la brida 1, en oposición a las variantes según las figuras 1 a 3, se puede realizar igualmente de una manera especialmente sencilla desde el punto de vista de la técnica de fabricación.

La figura 5 muestra la posición de una unión de brida 1 de este tipo de la tubería 6 entre una primera válvula de entrada de vapor 21 y una sección de admisión radial 24, prevista por encima de una juntura parcial 22 de una turbina de vapor 23. Una segunda sección de admisión radial 25, prevista por debajo de la juntura de unión 22, está conectada con otra válvula de entrada de vapor 26. Las dos válvulas de entrada de vapor 21 y 26 se encuentran en un conducto de vapor común 27.

La posición o disposición de la unión de brida 1 por encima de la juntura parcial 21 de la turbina de vapor 23 posibilita de una manera sencilla una elevación de la parte superior de la carcasa 28 de la turbina de vapor 23 con la sección 6a, que se encuentra por encima de la juntura parcial 22, de la tubería para fines de montaje y/o de revisión. En un montaje de este tipo, la parte inferior de la carcasa 29 de la turbina de vapor 23 permanece estacionaria junto con la sección 6b, que se encuentra debajo de la juntura parcial 22, de la tubería 6. A tal fin, solamente hay que separar y unir la unión de brida 1, que se puede realizar de nuevo de una manera sencilla a continuación de los trabajos de montaje en la turbina de vapor o subturbina de vapor 23.

La figura 6 muestra la posición de la unión de brida 1 en una turbina de vapor 23 con admisión de la corriente en espiral. También en este caso, la sección de admisión de la corriente 24, dispuesta lateralmente en la parte superior de la carcasa 28, junto con la sección 6a del conducto 6, que se encuentra por encima de la juntura parcial 22, se puede desmontar después de aflojar y separar la unión de brida 1. Cuando se eleva la parte superior de la carcasa 28 junto con la válvula de entrada de vapor 21, la parte inferior de la carcasa 29 de la turbina de vapor 23 junto con la sección de admisión de la corriente inferior 25, que está dispuesta igualmente en el lateral, y con la válvula de entrada de vapor 26 se encuentran de nuevo estacionarias sobre un cimiento 30 que soporta la turbina de vapor 23.

La unión de brida de doble pared 1 garantiza la separación del vapor D caliente y comprimido que circula a través de la tubería 6 con respecto a la brida exterior 2 que lleva a cabo la unión fija, pero desprendible, mientras que la brida interior 3 configurada de manera que se puede mover por efecto del calor es atacada directamente por la corriente de vapor D. La entrada de vapor en la brida exterior 2 y en los tornillos para bridas 5 se reduce en una medida considerable en este caso a través de la impulsión del espacio intermedio 4 con el medio de refrigeración o de bloqueo K. A través de la separación espacial de la brida exterior 2 con respecto a la brida interior 3 con unión que se puede mover por efecto del calor, se reduce la aplicación de fuerzas de presión en dirección radial en la brida exterior 2 de la unión de brida 1. Además, se reduce la carga térmica de la brida exterior 2 y, por lo tanto, de los tornillos para bridas 5.

De esta manera se evita con seguridad el aflojamiento de la juntura parcial 22 en virtud de diferentes dilataciones de temperatura de las secciones 6a, 6b del conducto y de las partes de la brida 1a, 1b así como una relajación fuerte de los tornillos para bridas 5 debido a una entrada de calor grande. Además, el punto de unión correspondiente, es decir, la unión entre la sección del conducto 6a y 6b de la tubería 6, se puede abrir y cerrar de una manera sencilla y repetida. De esta manera se consigue una reducción del gasto de revisión, puesto que se suprime una soldadura y recocido del punto de unión. También es posible de una manera segura y fiable una separación y unión múltiples de las secciones de conducto 6a y 6b de la tubería 6.

Claims (11)

1. Dispositivo para la unión de secciones de conducto (6a, 6b) de un conducto (6) atravesado por una corriente de medio (D) caliente y altamente comprimido, especialmente de una tubería atravesada por una corriente de vapor, con una unión de brida (1) de doble pared para la formación de un espacio intermedio (4), atravesado por una corriente de medio de refrigeración (K), entre una brida exterior (2) y una brida interior (3), presentando la brida interior (3) varias secciones de brida interior (3a, 3b) y estando realizada de manera móvil por efecto del calor por medio de una unión con anillo (12, 12', 12'', 12''') entre las secciones (3a, 3b) de la pestaña interior.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, donde la brida exterior (2) presenta al menos dos orificios de paso (7a, 7b) que desembocan en el espacio intermedio (4).

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, donde una pieza de la brida (1a, 1b), unida con una sección (6a, 6b) del conducto, presenta un contorno de collar en forma de U con una sección (2a, 2b) de brida exterior y con una sección (3a, 3b) de brida interior.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, donde una primera sección (3a) de la brida interior presenta una ranura axial (15) para el alojamiento de un primer brazo (12a) y la segunda sección (3b) de la brida interior presenta una ranura radial (16) para el alojamiento del segundo brazo (12b) de un anillo de compensación (12) en forma de L.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, donde la segunda sección (3b) de la brida interior lleva, para la formación de una ranura radial (16) ajustable, un anillo roscado (17) que presenta un contorno de collar en forma de L.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, donde las secciones (3a, 3b) de la brida interior (3) están configuradas para el alojamiento de un anillo de compensación (12') en forma de I.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, donde las secciones (3a, 3b) de la brida interior (3) están configuradas para el alojamiento de un anillo de compensación (12'') en forma de U.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que una primera sección (3a) de la brida interior engancha detrás de la segunda sección (3b) de la brida interior bajo la formación de un intersticio, estando dispuesto al menos un anillo de obturación (12''') entre las secciones (3a, 3b) de la brida interior.

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 8, donde la brida exterior (2) se pueden atornillar por medio de tornillos para brida (5).

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 9, donde las secciones (2a, 2b) de la brida exterior (2) presentan en el lado frontal contornos escalonados (8) correspondientes.

11. Turbina de vapor con un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10.