O furo de equalização de pressão da roda da turbina a vapor, são pequenos furos no sentido axial das rodas de alta pressão da maioria das turbinas a vapor de ação.
Algumas turbinas a vapor apresentam esses furos. Esse furo chama-se furo de equalização de pressão da roda da turbina a vapor.
Quer saber um pouco mais sobre eles e como eles funcionam? É sobre isso que vamos falar.
- Motivo do desequilíbrio de pressão
- Objetivo dos furos de equalização de pressão
- Definindo a necessidade desses furos
- Entendendo o furo de equalização de pressão
- Fluxo do vapor na passagem pelo furo de equalização de pressão
- Detalhes sobre os furos de equalização de pressão
- Limitações de projeto
- Conclusão
1 - Motivo do desequilíbrio de pressão
Primeiro você precisa saber que em qualquer posição do rotor de uma turbina a vapor sob pressão, onde houver mudança de seção do rotor, ou seja, aumento ou diminuição de diâmetros, haverá uma diferença de pressão nos dois lados de uma roda, logo existirá uma força de impulso axial sendo produzida na roda e por consequência no conjunto do rotor, ou como chamamos, no conjunto girante.
Dependendo da pressão de trabalho e do tipo de turbina, esse impulso pode ser muito elevado aumentando muito a criticidade do projeto e por consequência do funcionamento da turbina a vapor.
2 - Objetivo dos furos de equalização de pressão
O furo de equalização de pressão da roda da turbina a vapor, são pequenos furos que são abertos no sentido axial das rodas de alta pressão da maioria das turbinas a vapor de ação.
Portanto, de modo resumido esses furos são indicados para os estágios da turbina com pouco ou nenhum grau de reação e eles ficam localizados em uma determinada posição que minimiza a força de impulso axial e também os níveis de estresse da roda.
Mesmo com esses furos, ainda vai existir alguma tensão em torno desses furos que podem produzir um fator de concentração de tensão na roda dependendo da geometria dela, mas muito menor caso não existisse o furo.
3 - Definindo a necessidade desses furos
O projeto de cada turbina é que vai avaliar e determinar a necessidade, quantidade, diâmetro dos furos, bem como o círculo de furação onde eles devem ser abertos, a escolha final de quais rodas e quais os locais para esses furos vai sempre levar em conta o ponto de maior tensão e as rodas submetidas a maior tensão.
4 - Entendendo o furo de equalização de pressão
Nesse caso você pode observar que existe variação de pressão de Pi para P0, nesse caso haverá um fluxo de vapor normal de Pi para P0 através do furo tentando equilibrar essa diferença de pressão.
Em algumas situações o contrário pode ocorrer também, ou seja, a pressão em P0 pode ser maior que a P1, o que importa é que em ambos os casos haverá um equilíbrio de pressões na roda para que não haja um impulso axial excessivo.
5 - Fluxo do vapor na passagem pelo furo de equalização de pressão
O fluxo de vapor pode seguir vários caminhos após passar por esses furos, pode seguir para o fluxo principal de vapor até o próximo diafragma, como também pode retornar e ser redirecionado para o fluxo principal.
No caso de manter o sentido do fluxo principal do sistema ele vai fazer um efeito de vedação positivo, mas no caso de reentrada no fluxo principal ele vai tender a atrapalhar causando pequenas perdas de eficiência.
6 - Detalhes sobre os furos de pressão
É importante garantir que esses furos tenham um acabamento superficial fino, não apresente nenhuma descontinuidade geométrica ou rebarba nas superfície desses furos. Além disso, deve existir um raio em ambas as extremidades para suavizar ao máximo eventuais tensionamentos da região dos furos nas rodas.
Normalmente são feitos números impares desses furos para evitar uma possível ressonância, isso não é uma regra, vai depender de cada fabricante. Em cada roda os furos devem ser no mesmo círculo de furação para não causar turbulências.
Esses furos geralmente são feitos em rodas da região de alta pressão das turbinas, muitas rodas que são montadas na região de baixa pressão das turbinas não possuem esses furos de equalização de pressão, isso ocorre por alguns motivos:
1° – porque estas rodas geralmente estão em uma região de baixa pressão e se por acaso ocorrer qualquer mudança repentina na pressão não vai alterar significativamente o impulso axial da roda e por consequência do rotor da turbina.
2° – Na maioria dos estágios de baixa pressão, o estágio de palhetas é projetado com maior grau de reação, portanto fazendo um furo de equalização desses direcionaria um fluxo considerável de vapor para esses furos, desviando da palheta e deixando de gerar energia, diminuindo assim a eficiência da turbina a vapor.
7 - Limitações de projeto
Nos rotores integrados ou seja, rotores em que as rodas são forjadas no próprio rotor, sendo uma peça única, existe uma dificuldade de projeto e por consequência uma limitação sobre número de rodas que podem receber esses furos em função do comprimento do conjunto do rotor já que esses furos deverão ser feitos ao longo do comprimento do rotor, já em rodas tipo Rateau não existe esse tipo de limitação uma vez que os furos são feitos antes de montar as rodas no eixo principal da turbina.
8 - Conclusão
Como sugere o nome, a finalidade do furo de equalização de pressão da roda da turbina a vapor é equalizar a diferença de pressão aplicada nas rodas entre os estágios da turbina.
Portanto, o objetivo é tentar minimizar eventual impulso axial excessivo do conjunto do rotor. Um empuxo axial excessivo pode comprometer o bom funcionamento da turbina, ocasionar perda de potência, consumo excessivo de vapor, passeio do rotor, choque entre as partes fixas e móveis da turbina a vapor, ocasionar vibrações, desgaste excessivo do mancal de escora, do conjunto do mancal de escora, sapatas oscilantes e em caso extremos até ocasionar acidentes.
No estágio de impulso, na turbina de ação a força de reação na seção da palheta é relativamente pequeno. Isso significa que o diferencial de pressão em cada estágio é baixo.
No entanto, muitas rodas de impulso têm uma grande área axial, portanto, podem desenvolver níveis significativos de impulso na direção do fluxo de vapor.
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