Turbina combinada de impulso reverso

Turbina a vapor de ciclo combinado

Uma turbina a vapor de ciclo combinado é um equipamento de geração de energia de alta eficiência, normalmente operado em conjunto com uma turbina a gás. Ela é acionada por vapor gerado a partir da recuperação do calor residual dos gases de escape da turbina a gás. Esta turbina pertence à categoria de turbinas a vapor de condensação com reaquecimento e múltiplas pressões. Seu projeto estrutural inclui um cilindro combinado de alta/média pressão (projeto de impulso) e um cilindro de baixa pressão (projeto de reação de fluxo reverso simétrico) para aumentar a eficiência, atingindo uma eficiência de geração de energia de aproximadamente 60%.

A configuração de ciclo combinado que utiliza turbinas a vapor de reação e de impulso apresenta as seguintes características:

1. Utilização de energia de alta eficiência: Os gases de escape em alta temperatura da turbina a gás acionam a turbina a vapor, permitindo uma eficiência de ciclo combinado superior a 60%.

2. Complementaridade estrutural: As turbinas de impulso são adequadas para geração de energia e regulação de velocidade, enquanto as turbinas de reação adaptam-se bem a condições operacionais variáveis ​​para acionamento de cargas. Seu projeto combinado otimiza o desempenho geral.

3. Tecnologia de Fabricação e Montagem: As principais tecnologias envolvidas incluem soldagem de metais diferentes, alinhamento de componentes do fluxo de materiais e transporte modular, garantindo precisão nas folgas dinâmicas/estáticas e no alinhamento do eixo.

4. Adaptabilidade de aplicação: Os sistemas de ciclo combinado são amplamente utilizados em usinas de grande escala, equilibrando o fornecimento estável de energia com as demandas variáveis ​​de carga.

Em uma turbina a vapor combinada, alguns estágios empregam o princípio do impulso (onde o vapor se expande principalmente nas pás fixas, com as pás móveis redirecionando o fluxo), enquanto outros estágios utilizam o princípio da reação (onde o vapor se expande tanto nas pás fixas quanto nas móveis). Esse projeto visa otimizar a eficiência — os estágios de impulso são adequados para seções de alta pressão e os estágios de reação para seções de baixa pressão — distribuindo racionalmente o processo de expansão para reduzir as perdas.

O cilindro de alta pressão é uma turbina de impulso, e o cilindro de baixa pressão é uma turbina de reação de fluxo duplo. Essa configuração aproveita ao máximo as vantagens dos estágios de impulso e de reação, aprimorando o desempenho da turbina.

A turbina a vapor híbrida de impulso-reação é uma estrutura de turbina principal de dois cilindros amplamente adotada em aplicações marítimas.

A turbina a vapor de alta pressão utiliza estágios de impulso porque:

1. Quando as lâminas são muito curtas, pode-se utilizar a admissão parcial para aumentar a altura da lâmina.

2. O valor relativo da folga radial da pá de trabalho é maior, ajudando a reduzir as perdas por vazamento interno e a melhorar a eficiência do estágio.

A turbina a vapor de baixa pressão utiliza estágios de reação porque:

1. Com lâminas longas e forças de reação significativas, evita reações adversas na raiz da lâmina.

2. O valor relativo da folga radial é menor, reduzindo as perdas por vazamento interno.

3. A menor velocidade do vapor nos estágios de reação diminui a erosão das pás móveis pelas gotículas de água no vapor úmido.

Além disso, os estágios de impulso servem como estágios de controle ou, para ganhos de eficiência, podem ser projetados com um pequeno grau de reação, o que também pode ser denominado turbina híbrida de impulso-reação.

A função principal de uma turbina a vapor combinada é melhorar o desempenho geral. Os aspectos específicos incluem:

1. Melhoria da Eficiência Térmica: Ao misturar os tipos de estágios, o processo de expansão do vapor se aproxima mais do ciclo ideal, reduzindo a perda de gases de escape.

2. Aprimoramento da flexibilidade operacional: Adaptação a diferentes demandas de carga, como lidar com grandes quedas de pressão na seção de alta pressão e garantir uma transição suave na seção de baixa pressão.

3. Otimização do design das pás: as pás do estágio de impulso são mais espessas, adequadas para ambientes de alta pressão/alta temperatura; as pás do estágio de reação são mais aerodinâmicas, reduzindo as perdas de fluxo.

Em aplicações práticas, as turbinas a vapor combinadas são amplamente utilizadas para geração de energia e acionamentos industriais. Por exemplo, em usinas termelétricas, elas acionam geradores de forma eficiente para a produção de eletricidade. Em indústrias como a química ou de refino de petróleo, podem acionar diretamente compressores ou bombas, possibilitando o aproveitamento de energia em cascata.