Introdução
Este é um modelo 3D de uma Bomba Centrífuga Acionada por Turbina.
Anotações do Modelo 3D
Turbina a Vapor
Turbinas a vapor são utilizadas como motores primários onde é necessária a conversão de energia térmica em movimento rotativo mecânico. As aplicações das turbinas a vapor incluem geradores de grandes usinas de energia, propulsão de navios, compressores e bombas. Este modelo 3D ilustra uma bomba centrífuga acionada por uma turbina a vapor.
Rotor
Os rotores consistem em uma série de lâminas montadas no eixo da turbina. Como o nome sugere, o 'rotor' gira. O tipo de lâminas utilizadas depende se a turbina é de impulso ou de reação. Apesar das turbinas de reação serem classificadas como 'reação', sempre há um pequeno grau de força devido ao impulso. Por essa razão, elas também são chamadas de lâminas de reação de impulso.
Lâminas do Rotor
As lâminas do rotor são normalmente fixadas aos discos do rotor pelo método de Árvore de Natal (existem outros métodos, mas o de árvore de natal é o mais comum). As lâminas são forjadas e depois usinadas a partir de tarugos de aços de liga contendo cromo, níquel e titânio. As lâminas devem ser particularmente fortes porque transmitem a energia do vapor para o rotor; elas também precisam resistir à fluência devido às altas velocidades de rotação da turbina (alta força centrífuga resultante), altas temperaturas e possíveis danos por erosão da água.
Diafragma
Os diafragmas são componentes em forma de disco fixados nas carcaças da turbina, que mantêm as lâminas estacionárias entre os estágios. Estes são construídos a partir de aço carbono ou, em alguns casos, ferro fundido, que são usinados e soldados no lugar. Em designs mais antigos, os diafragmas ficam dentro de recessos usinados para reduzir o vazamento de vapor através do estágio e para mantê-los no lugar com precisão (movimento permitiria o contato das lâminas com a carcaça ou outras partes da turbina).
Eixo
O eixo da turbina é uma peça sólida reta instalada ao longo do eixo central da turbina. As lâminas do rotor da turbina são fixadas ao rotor, e todo o conjunto gira. O peso do eixo (carga radial) é suportado em ambas as extremidades por mancais lisos, enquanto um mancal de empuxo é usado para lidar com cargas axiais.
Carcaça
A carcaça da turbina abriga o eixo, mancais, rotor e diafragma. As carcaças de turbinas de alta pressão e pressão intermediária são feitas de aço fundido com cromo e molibdênio para suportar os efeitos das altas temperaturas e pressões em que operam. A carcaça forma uma grande barreira de pressão ao redor dos componentes internos de uma turbina. Devido às altas pressões presentes dentro das carcaças de turbinas HP e IP, as paredes da carcaça são consideravelmente espessas. As carcaças de turbinas de baixa pressão são normalmente construídas de aço carbono porque é mais barato do que outras ligas adequadas. As carcaças são instaladas em duas partes (carcaça superior e inferior); isso permite a remoção dos componentes internos de uma turbina.
Entrada de Vapor de Alta Pressão
O vapor de alta pressão entra através desta conexão.
Descarga de Vapor de Alta Pressão
O vapor de alta pressão é descarregado através desta conexão.
Entrada de Vapor de Pressão Intermediária
O vapor de pressão intermediária entra através desta conexão.
Descarga de Vapor de Pressão Intermediária
O vapor de pressão intermediária é descarregado através desta conexão.
Bomba Centrífuga
Este modelo 3D representa uma bomba centrífuga de sucção dupla, estágio único, entre mancais. 'Sucção dupla' refere-se ao líquido entrando em ambos os lados do impulsor. 'Estágio único' refere-se ao número de impulsores (um impulsor = estágio único, dois impulsores = dois estágios). As bombas centrífugas são ainda classificadas como 'em balanço' ou 'entre mancais'. Uma bomba em balanço tem um eixo de impulsor suportado por mancais em apenas um lado. Uma bomba entre mancais tem um eixo de impulsor suportado por mancais em ambos os lados.
Descarga/Saída
O fluido é descarregado da bomba através desta conexão.
Sucção/Entrada
O fluido é aspirado para dentro da bomba através desta conexão.
Anel de Desgaste
Um anel de desgaste do impulsor é instalado para reduzir a folga entre a carcaça e o impulsor. Reduzir a folga diminui a quantidade de vazamento do lado de descarga para o lado de sucção do impulsor; isso, em última análise, melhora a eficiência da bomba. Anéis de desgaste podem ser instalados no impulsor, na carcaça ou em ambos.
Impulsor
O fluido flui para o olho do impulsor e depois para fora radialmente. À medida que o fluido se move para fora através das pás do impulsor, sua energia cinética é convertida em energia de pressão. Existem três tipos de impulsor centrífugo, que são os tipos fechado, parcialmente fechado e aberto; o tipo usado depende do fluido que está sendo bombeado. O tipo de impulsor mostrado neste modelo 3D é um impulsor do tipo fechado (totalmente coberto).
Carcaça Voluta
As carcaças de bombas centrífugas são do tipo difusor ou voluta. Bombas de estágio único (um impulsor) quase sempre utilizam carcaças voluta, enquanto bombas de múltiplos estágios (>1 impulsor) geralmente utilizam carcaças difusoras. Independentemente de se usar uma carcaça difusora ou voluta, seu propósito é converter energia cinética (fluxo) em energia de pressão (carga).
Vedação de Compressão
A vedação de compressão sela o espaço entre o eixo e a carcaça. A vedação de compressão é geralmente referida simplesmente como 'vedação'. Uma alternativa à vedação de compressão é o selo mecânico.
Caixa de Gaxeta
A área onde a vedação e o anel de lanterna são instalados é conhecida como 'caixa de gaxeta'. A vedação é literalmente 'encaixada' neste espaço. Neste modelo, o marcador de anotação foi colocado acima da caixa de gaxeta.
Anel de Lanterna
Os anéis de lanterna são usados para distribuir líquido de resfriamento para a vedação. O líquido de resfriamento resfria e lubrifica a vedação, o que reduz a probabilidade de superaquecimento (vedação superaquecida não veda corretamente). Líquidos de resfriamento típicos incluem óleo, emulsões e água.
Mancais
Os mancais suportam as cargas axiais e radiais geradas pela bomba quando está estacionária e em serviço. O tipo de mancal usado depende de muitos fatores, incluindo carga, direção da carga e velocidade de rotação. Rolamentos de esferas são considerados adequados para muitas aplicações de serviço, embora sejam menos favorecidos para cargas mais pesadas. Rolamentos de esferas e rolamentos de rolos são tipos de mancais antifricção.
Entrada do Impulsor
O fluido é aspirado para dentro do impulsor através desta entrada.
Recursos Adicionais
https://en.wikipedia.org/wiki/Turbopump
https://www.globalspec.com/learnmore/flow_transfer_control/pumps/turbine_pumps