Introdução
Em usinas termoelétricas, o vapor gerado por caldeiras é conduzido por linhas de alta pressão até a(s) turbina(s) a vapor para a geração de eletricidade. Existem três métodos principais de admissão de vapor na turbina: através de bicos, estrangulamento ou controle de desvio.
Em turbinas de alta pressão (AP), o vapor é introduzido nas seções de admissão da turbina por meio de um conjunto de válvulas de controle. Essas válvulas também são utilizadas para isolar completamente o vapor em situações de emergência ou quando a turbina está fora de operação. Nos projetos de turbinas AP, o vapor é admitido através de grupos de bicos, com cada grupo sendo alimentado por uma válvula associada. Em outros projetos de turbinas, especialmente aqueles que operam em pressões mais baixas, são utilizadas válvulas de múltiplo estrangulamento acionadas por cames ou barras; nesta configuração, uma única válvula alimenta múltiplos bicos.
Arranjo de Válvulas de Controle em uma Turbina a Vapor Governada por Bicos
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Funcionamento das Válvulas de Múltiplo Estrangulamento Operadas por Cames
Um mecanismo típico de admissão de vapor por válvulas múltiplas operadas por cames é ilustrado abaixo.
Engrenagem de Válvula de Elevação por Came
Nesta configuração, um cilindro de operação (acionado hidraulicamente) é estendido ou retraído, fazendo com que a barra de torque gire. À medida que a barra de torque gira, duas hastes de elevação são movidas linearmente para cima ou para baixo, o que faz com que uma viga de elevação também se mova proporcionalmente. Múltiplas válvulas de controle estão conectadas à viga de elevação, com cada haste de válvula passando pela viga, mas sem conexão física direta. A abertura e fechamento sequencial das válvulas ocorre porque cada válvula tem um comprimento de haste diferente; válvulas de disco são tipicamente usadas para este tipo de aplicação.
Uma ligação de ruptura conecta a barra de torque à ligação da válvula de controle de alta pressão e, assim, à válvula de controle de alta pressão. Devido ao design da ligação de ruptura, a válvula de controle AP não começará a abrir até que todas as válvulas no compartimento de válvulas de baixa pressão (BP) estejam totalmente abertas. Quando todas as válvulas de baixa pressão estão totalmente abertas, o vapor é admitido na turbina de alta pressão, mas não é fisicamente possível que isso ocorra até que todas as válvulas BP estejam totalmente abertas (o design de intertravamento embutido impede que o vapor AP seja entregue sem o vapor BP).
Dentro do compartimento de vapor, qualquer número de válvulas de controle pode ser usado, mas cinco é a configuração padrão (como ilustrado no design acima). Este tipo de sistema de controle de vapor requer um tempo preciso para garantir que a turbina opere com alta eficiência.
Uma válvula de parada de entrada é instalada antes do compartimento de vapor; a válvula de parada admite vapor durante a partida da turbina e atua como uma válvula de desligamento de emergência para a turbina.
O design discutido neste artigo utiliza um came para operar as válvulas, mas um método de elevação por barra também é possível. O método da barra utiliza movimento linear em vez de movimento rotativo para acionar as válvulas.
Como os cames podem ser ajustados externamente, não há necessidade de desmontar todo o compartimento de válvulas quando a manutenção é necessária; o oposto é verdadeiro para o design de válvula de elevação por barra.
Anotações do Modelo 3D
Válvula de Controle de Baixa Pressão (BP)
Vapor de baixa pressão (BP) descarregado para a turbina de baixa pressão passa por uma válvula de parada e uma válvula de controle. O vapor é descarregado para a turbina através de uma série de válvulas que podem ser abertas incrementalmente. Uma ligação mecânica conecta a válvula de controle BP com a válvula de controle de alta pressão (AP); assim, não é possível passar vapor pela válvula de controle AP sem que a válvula de controle BP esteja suficientemente aberta.
Viga de Elevação
A viga de elevação é uma barra de metal com furos perfurados através dela. Cada haste de válvula passa pela viga de elevação e se conecta ao seu disco de válvula esférico associado.
Compartimento de Vapor de Baixa Pressão
O vapor da válvula de parada de baixa pressão flui para o compartimento de vapor de baixa pressão. O compartimento de vapor BP envolve as válvulas de disco e a viga de elevação.
Cilindro de Operação
O fluido hidráulico é bombeado para uma válvula servo, que controla o fluxo de fluido para o cilindro de operação. O cilindro de operação contém um pistão, que se move linearmente dependendo de qual lado do pistão o fluido hidráulico é descarregado. A ligação destacada por esta anotação conecta-se ao cilindro de operação.
Barra de Torque
A barra de torque conecta mecanicamente as ligações de baixa pressão, a ligação de ruptura e a ligação do cilindro de operação. A força aplicada à barra pelo cilindro de operação faz com que ela gire, o que, por sua vez, faz com que o movimento linear seja transferido para as válvulas de controle BP e AP.
Válvula de Controle de Alta Pressão
A válvula de controle de alta pressão está conectada à barra de torque através de uma ligação de ruptura. A atuação mecânica da válvula de controle AP só ocorre quando a barra de elevação gira o suficiente para pressionar contra o corpo da ligação de ruptura. Um intertravamento mecânico deste tipo garante que todas as cinco válvulas do compartimento de vapor de baixa pressão estejam abertas antes da abertura da válvula de controle AP. Uma mola fornece a força de tração necessária para retornar a válvula de controle AP à posição fechada quando a força mecânica da barra de torque não está mais presente.
Ligação de Ruptura
A ligação de ruptura conecta a barra de torque à válvula de controle AP. Um furo dentro do corpo da ligação de ruptura controla quando a força é transferida da barra de torque para a válvula de controle AP. À medida que a barra de torque gira, ela pressiona contra o corpo da ligação de ruptura, que abre ou fecha a válvula de controle AP.
Ligação de Operação da Válvula de Controle de Baixa Pressão
Uma ligação mecânica conecta a válvula de controle BP à barra de torque.
Hastes de Elevação
Duas hastes de elevação conectam as ligações de operação da válvula de controle de baixa pressão à viga de elevação.
Recursos Adicionais
https://www.explainthatstuff.com/steam-turbines.html
http://sciencedirect.com/topics/engineering/steam-inlet-temperature
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/steam-inlet-pressure