Rotor de Turbina a Vapor
O rotor da turbina a vapor pode ser considerado o item com maior valor agregado e o conjunto com maior número de particularidades em turbomáquinas, considerado o coração e espinha dorsal de toda turbina.
Talvez a tecnologia do projeto e da fabricação de um rotor seja um dos maiores diferenciais entre os fabricantes de turbinas a vapor, cada um tem sua especialidade e preferência nos detalhes construtivos.
Componente rotativo central, o rotor ou tambem chamado conjunto girante da turbina a vapor pode ser composto por eixo com rodas montadas por interferência, rotor integral ou chamado monobloco, ou seja, eixo e rodas forjados em único bloco maciço e contínuo, ou ainda, um misto dos dois, parte do rotor integral com rodas forjadas conjuntamente.
Nesse último caso, na região de alta pressão as rodas são forjadas e usinadas integralmente com o rotor e na região de baixa pressão as rodas são montadas por interferência.
Todo rotor é sustentado e posicionado pelos mancais radiais e axiais. Em pequena escala, todo rotor se expande axial e radialmente sob os efeitos de dilatação térmica e de tensões mecânicas.
Qual é a função do rotor das turbinas a vapor?
O rotor possui algumas funções para cumprir e permitir que a turbina opere com sucesso, ele deve ser capaz de suportar a carga centrífuga dele mesmo desenvolvida durante a operação da turbina, devido ao seu próprio peso e rotação.
Também durante a operação, o rotor deve ser capaz de transmitir ao gerador ou máquina acionada, o torque que é desenvolvido no rotor devido a expansão do vapor nas palhetas.
Para auxiliar no importante processo de projetar e dimensionar um rotor, simulando esforços e condições de trabalho reais, hoje os fabricantes utilizam avançados softwares de análise de dados computacionais e modelagem física.
O rotor deve ser dimensionado e fabricado com materiais específicos e capaz de suportar alta temperatura e pressão, elevadas solicitações e esforços mecânicos e ainda operar por longos períodos nessas condições.
Conheça o rotor de turbina a vapor
Atestando a qualidade do material do rotor da turbina a vapor
Um rigoroso controle de qualidade deve ser feito no material, para análise da composição química e realização de ensaios mecânicos.
Geralmente esse controle é feito por meio de corpo de prova retirado do próprio material que será fabricado o rotor.
Teste de partícula magnética, ultrassom e líquido penetrante são alguns ensaios não destrutivos que ajudam a demonstrar ausência de descontinuidades, trincas, poros, defeitos internos estruturais ou defeitos superficiais, ajudando atestar a qualidade do material.
Tratamentos e processos de fabricação de rotores de turbomáquinas
Antes, durante e posterior ao processo de usinagem do rotor de uma turbina (ou nos eixos e rodas), quando esses forem fabricados separadamente, geralmente são realizados tratamentos térmicos para acomodação, correção ou alteração de propriedades mecânicas específicas de acordo com a especificação de cada projeto e fabricante.
Ainda falando de usinagem, o acabamento superficial é um item crítico, todo rotor deve possuir acabamento superficial bem fino nas superfícies das rodas e eixo, para evitar a formação de pontos de erosão, raios devem ser feito em todos os cantos vivos para minimizar pontos de concentração de tensões, evitando cisalhamentos ou empenos.
Assista o vídeo sobre os rotores da turbina a vapor
Talvez a tecnologia do projeto e da fabricação de um rotor seja um dos maiores diferenciais entre os fabricantes de turbinas a vapor
Características do rotor da turbina a vapor
O acabamento superficial na região dos colos de mancais e mancal de escora precisa de cuidados especiais, assim como na região onde ficam instalados os sensores de vibração, necessitando às vezes procedimentos específicos, mas isso é assunto para outro post!
Uma boa condição geométrica do rotor durante a usinagem também deve ser garantida. Concentricidade, circularidade, cilindricidade, perpendicularismo, paralelismo e simetria são algumas tolerâncias exigidas.
Algumas rodas possuem furos para equalização de pressão, já falei disso aqui, assim como fio de ligações nas palhetas, da uma olhada também.
Embora totalmente anormal, durante a operação de uma turbina, é possível que ocorra atrito entre as partes rotativas e estacionárias da turbina. Esses possíveis contatos podem gerar temperaturas centralizadas muito altas.
Por isso, o rotor deve ser capaz de absorver e operar o máximo possível em situações como essa, sem gerar danos maiores à turbina, em casos extremos acidentes graves.
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Impacto da umidade na vida útil dos rotores
Muitos rotores operam em um ambiente com teor de umidade relativamente alto. O material do rotor também deve oferecer boa resistência à corrosão e erosão, por esse motivo.
Embora seja controlado, na medida do possível nunca deve existir presença de compostos químicos agressivos na água do processo que gera o vapor, no entanto a existência de químicos agressivos no caminho do vapor, não pode ser totalmente descartada.
Portanto, também é necessário que os rotores sejam fabricados a partir de material com a maior resistência possível à reação química por compostos químicos que possam ser introduzidos com o vapor.
Os rotores devem ser termicamente estáveis e resistir a qualquer tendência de empenamento por flexão ou deflexão consequente das mudanças de temperatura e pressão controladas ou mesmo repentinas.
Balanceamento de rotores de turbinas a vapor
Os rotores operam em velocidade, temperatura e pressão crítica, por isso, exige um rigoroso controle de balanceamento de massa, sobre isso existem normas internacionais específicas.
Para corrigir qualquer desvio nesse sentido, rotores sempre devem ser balanceados após montagem dos componentes e antes de ser montado na turbina, seja em equipamentos novos ou serviços de recuperação.
Dependendo de alguns fatores técnicos ou operacionais, pode ser recomendado tipos de balanceamento específicos, às vezes em ambiente controlado. Esse tipo de balanceamento é chamado High Speed Balance ou Balanceamento em Alta Velocidade, ou ainda Balanceamento em Velocidade Nominal, mas isso é assunto para outro post.
Metalização e aplicação de cromo duro em rotor de turbinas
Alguns projetos de rotor ou eixo, também podem solicitar tratamento termoquímico superficial como aplicação de cromo duro, metalização, HVOF e ainda outros revestimentos para evitar ou minimizar corrosão e desgastes por exemplo nos colos de mancais ou engaxetamento né na região de selagem.
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