Acabado de los álabes de las turbinas

El 28 de mayo de 2009, Siemens inauguró una nueva linea de producción de àlabes en su planta de fabricación de turbinas de gas de Berlín. En 2011, cuando esté produciendo álabes al ritmo previsto, ocupará a unos 200 trabajadores. Los nuevos equipamientos ocupan una superficie de 3.100 metros cuadrados. El nuevo edificio se utilizará principalmente para el mecanizado de las paletas guía de la turbina. A la ceremonia de inauguración asistieron el Presidente de Siemens AG, Peter Löscher, y el Ministro Federal de Economía y Tecnología, Dr. Karl-Theodor Guttenberg. Siemens invirtió unos 15 millones de euros en la construcción y el equipamiento de la nueva linea de producción.

Los álabes disponen de una serie de pequeños agujeros en su superficie, por donde se deja escapar aire frío que los refrigera.

Los álabes de las turbinas están expuestos a enormes tensiones cuando la turbina está funcionando. Deben soportar temperaturas de combustión de hasta 1.400 ° C y enormes fuerzas centrífugas, debidas a velocidades superiores a la del sonido, (Comparable al peso de una locomotora diesel, alrededor de unas 80 toneladas).

En la planta de Siemens se utilizan máquinas-herramienta de última generación para operaciones de fresado, rectificado y electroerosión, pero ello no evita que se hayan de repasar las aristas de los álabes y las paletas guía con herramientas manuales de aire comprimido, para eliminar las posibles rebabas. En estas operaciones se utilizan trabajadores muy especializados.

El material de los álabes de las turbinas puede ocultar en su interior burbujas u oclusiones, que se han de detectar mediante ensayos no destructivos. Las piezas también pueden tener defectos superficiales que no pueden identificarse a simple vista. Para detectar todos estos problemas se someten todos los álabes a una serie de pruebas, que permiten desechar los defectuosos.

Para preparar los álabes de forma que resistan las altas temperaturas de combustión, se les aplica una capa de protección contra la corrosión, en una cámara en donde se ha realizado el vacío, para evitar su oxidación. Posteriormente se aplica una capa de aislante térmico, mediante un chorro de plasma.

Una vez que los álabes de la turbina han sido recubiertos con las capas respectivas de material antioxidante y aislante térmico, se procede a abrir sobre su superficie los agujeros de refrigeración, mediante un laser. A través de estas pequeñas aberturas se impulsan grandes cantidades de aire, que fluye de manera uniforme sobre los álabes formando una película.

A continuación se puede ver la soldadura TIG de una placa deflectora. Las llamadas placas deflectoras de refrigeración se utilizan para distribuir de manera óptima el aire de refrigeración sobre los álabes de la turbina. Estas placas garantizan una refrigeración uniforme e intensa. Estas placas se ajustan manualmente y se sueldan luego al álabe.

Se realiza al mismo tiempo el mecanizado de los componentes del rotor y del estator, el mecanizado de los álabes y de las paletas guía. Una vez que estas operaciones se han completado, se puede proceder a montar los álabes en las diferentes etapas de la turbina y del compresor.

En el montaje final del rotor se montan las diferentes etapas del compresor y de la turbina, sobre el eje del mismo.

Siemens utiliza escáneres de tecnología láser en 3D para controlar la calidad de los álabes fundidos. La tolerancia dimensional de los álabes de las turbinas de gas, utilizadas en centrales eléctricas, es crítica. Dado que los gases calientes procedentes de la combustión se expanden a través de la turbina, los álabes han de trabajar a altas velocidades de rotación y temperaturas de unos 1000 °C. Por ello se dispone de una refrigeración por aire que se pasa por su interior.

Al diseñar los álabes de una turbina se tiene en cuenta la mejor forma aerodinámica y la ubicación óptima de su centro de gravedad.

La falta de precisión en la geometría de los álabes y en su colocación durante el montaje, provocan pérdidas de la eficiencia energética de los mismos.

Alrededor del 10% de los álabes producidos por Siemens son inspeccionados mediante un láser de barrido, según Jörg Ziege, responsable del departamento de metrología de Siemens Generación en Berlín. Para ello utilizan dos escáneres láser Metris CL50, que permiten verificar la forma de la superficie de la zona aerodinámica del álabe y las dimensiones de las superficies planas, los agujeros perforados y la forma de su raiz con las muescas de montaje. En comparación con la inspección táctil tradicional, los escáneres láser son mucho más rápidos. "

Para preparar el proceso de inspección de un álabe en un láser de barrido, el equipo de Ziege establece, mediante un software especializado, unos recorridos a partir de la información CAD de la pieza.

Una vez preparado el proceso tan sólo se necesita un clic para iniciar la inspección. El escáner se mueve automáticamente alrededor del álabe, mientras captura información de las superficies y formas realizando una multitud de medidas. Un álabe se escanea en pocos minutos.

Aquí se pueden ver fotografías de turbinas de gas de aviación.