Turbina de reação

Turbina a vapor de reação

Uma turbina a vapor de reação é uma turbina na qual o vapor se expande não apenas nos bocais, mas também dentro das pás móveis. As pás móveis de uma turbina de reação são submetidas não apenas à força gerada pelo impacto do fluxo de vapor, mas também à força produzida pela expansão e aceleração do vapor dentro das próprias pás.

Em uma turbina a vapor de reação, o vapor se expande e acelera não apenas nos bocais, mas também ao fluir pelas passagens das pás móveis. Isso significa que, dentro das cascatas de pás móveis, a direção do fluxo de vapor muda e sua velocidade relativa também aumenta. Consequentemente, as pás móveis são submetidas tanto à força de impulso do jato de vapor de alta velocidade que sai dos bocais quanto à força de reação do vapor que sai das cascatas de pás móveis. Em outras palavras, a turbina a vapor de reação utiliza os princípios de impulso e reação para realizar trabalho.

Uma turbina a vapor de reação é um tipo de máquina movida a vapor. Seu princípio de funcionamento baseia-se na expansão do vapor que ocorre tanto nas pás fixas (bocais) quanto nas pás móveis, aproveitando a força de impulso e a força de reação do vapor para acionar a rotação do rotor.

Princípio de funcionamento e características estruturais: Em uma turbina a vapor de reação, o vapor primeiro se expande e acelera dentro das cascatas de pás estacionárias, resultando em uma queda de pressão e um aumento na velocidade. Em seguida, ele entra nas cascatas de pás móveis, onde o vapor continua a se expandir. Essa expansão não apenas altera a direção do fluxo, gerando uma força de impulso, mas também, devido à aceleração causada pela expansão, produz uma força de reação. Essas duas forças atuam em conjunto para acionar o rotor e realizar trabalho. Esse projeto resulta em uma diferença de pressão entre os dois lados das pás móveis. Portanto, o rotor normalmente emprega uma estrutura tipo tambor para evitar empuxo axial excessivo e, frequentemente, é equipado com um pistão de balanceamento para contrabalançar esse empuxo. Estruturalmente, as turbinas a vapor de reação podem ser divididas em tipos de fluxo axial (onde o vapor flui axialmente e as pás são montadas em um tambor) e tipos de fluxo radial (onde o vapor flui radialmente, com dois rotores girando em direções opostas).

Comparação com turbinas a vapor de impulso: A principal distinção entre turbinas de reação e de impulso reside no processo de expansão. Nas turbinas de impulso, a expansão do vapor ocorre principalmente nas pás fixas, com quase nenhuma expansão nas pás móveis. Em contraste, nas turbinas de reação, a expansão é quase igual tanto nas pás fixas quanto nas móveis. Consequentemente, as turbinas de reação oferecem maior eficiência de estágio. No entanto, elas geram maior empuxo axial, geralmente não podem operar com admissão parcial de vapor e frequentemente utilizam um estágio de impulso no primeiro estágio.

As vantagens das turbinas a vapor de reação refletem-se principalmente nos seguintes aspetos:

1. Maior Eficiência do Estágio: O vapor se expande tanto nas pás fixas quanto nas móveis, utilizando forças de impulso e reação para realizar trabalho. Isso permite um projeto de triângulo de velocidades mais racional e resulta em menores perdas de fluxo. Portanto, a eficiência de um único estágio é tipicamente cerca de 2% a 3% maior do que a das turbinas a vapor de impulso.

2. Estrutura de pás similar reduz custos de fabricação: Os formatos das seções transversais das pás móveis e estacionárias são essencialmente idênticos. Essa simetria simplifica o projeto e os processos de fabricação das pás, facilitando a produção em massa e reduzindo os custos com peças de reposição.

3. Melhor desempenho em cargas parciais: Devido à distribuição uniforme do processo de expansão do vapor ao longo dos estágios, as turbinas a vapor de reação podem manter uma eficiência relativamente alta mesmo em condições de carga parcial, apresentando maior adaptabilidade à operação com carga variável.

4. Adequado para condições de média e baixa pressão: Suas características de projeto garantem uma operação estável em condições de vapor de média e baixa pressão. Além disso, a estrutura multiestágios facilita o uso de tecnologias como o reaquecimento para aumentar ainda mais a eficiência geral.

5. O empuxo axial pode ser controlado por um pistão de balanceamento: Embora o empuxo axial seja significativo, ele pode ser efetivamente neutralizado por meio de projetos como a estrutura do tambor e o pistão de balanceamento, garantindo a estabilidade operacional.