BRPI1003008A2 - alojamento de turbina com revestimento de parede - Google Patents

Abstract

ALOJAMENTO DE TURBINA COM REVESTIMENTO DE PAREDE. A presente invenção refere-se a um alojamento de turbina (1), no qual um revestimento de parede (8) é provido sobre uma parede interna (7) do alojamento de turbina (1), na região de flange de junção (5, 6), o dito revestimento de parede (8) sendo disposto e incorporado de tal forma que reduz a transferência convectiva de calor e a radiação térmica na região dos flanges de junção (5, 6).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ALOJAMEN- TO DE TURBINA COM REVESTIMENTO DE PAREDE".

A presente invenção refere-se a um alojamento de turbina, em particular uma turbina a vapor, que consiste em uma parte inferior do aloja- mento de turbina e uma parte superior do alojamento de turbina, que são unidos juntos em um estado montado e desta forma cada um incorpora uma junção nas suas áreas de junção, com cada parte do alojamento de turbina compreendendo um flange de junção na região da junção, para fim da qual as partes do alojamento de turbina são aparafusadas uma à outra por meio dos parafusos de junção.

Os alojamentos exteriores dos alojamentos de turbina são nor- malmente incorporados em duas partes e incluem uma parte inferior do alo- jamento de turbina e uma parte superior do alojamento de turbina. A modali- dade das duas partes do alojamento de turbina facilita a montagem do rotor. A parte inferior do alojamento de turbina e a parte superior do alojamento da turbina são unidas uma a outra no estado de montagem para fim das áreas de junção. A parte inferior do alojamento de turbina e a parte superior do alojamento de turbina formam uma com a outra uma junção nas suas áreas de junção. Na região da junção, as partes da turbina são aparafusadas uma a outra por meio de parafusos de junção.

Na região das junções podem freqüentemente ocorrer vazamen- tos durante a operação da turbina, de modo que no caso de uma turbina de vapor, o vapor quente pode escapar externamente através da junção. Os vazamentos com o mesmo ocorre particularmente entre as câmaras adja- centes do alojamento da turbina. As razões atrás do vazamento são em par- ticular as diferenças de alta temperatura entre as câmaras adjacentes, e co- mo um resultado da distribuição de temperatura dentro das partes do aloja- mento da turbina. A distribuição de temperatura do componente é influencia- da de um modo decisivo aqui por meio da temperatura de fluido, a transfe- rência convectiva de calor entre o fluido e as partes do alojamento e por meio da radiação térmica. A espessura da parede das partes do alojamento é não-uniforme por conta do flange de junção, como um resultado da qual uma distribuição de temperatura não-uniforme e assim o estresse aparece no componente, que resulta em vazamentos na área de junção.

O problema foi previamente resolvido por meio do tamanho, dis- posição, seleção de material e pré-tensão dos parafusos de junção e/ou alte- rando os parâmetros termodinâmicos.

Com base nisso, o objetivo da presente invenção é alcançar uma selagem das junções que é simples e aperfeiçoado em comparação com a técnica anterior.

O objetivo é alcançado pelas características da reivindicação 1 independe. As modalidades e desenvolvimentos vantajosos, que podem ser usados individualmente ou em combinação com um outro, formam a matéria de assunto das sub-reivindicações.

O alojamento de turbina inventivo, incluindo uma parte inferior do alojamento de turbina e uma parte superior do alojamento de turbina, que são unidas uma a outra no estado de montagem, e umas com as outras for- mam uma junção em suas áreas de junção, com cada parte do alojamento da turbina na região da junção possuindo um flange de junção, por meio da qual as partes do alojamento de turbina são aparafusadas umas às outras por meio dos parafusos de junção, é caracterizado pelo fato de um revesti- mento de parede é provido sobre uma parede interna do alojamento de tur- bina, na região do flange de junção, o dito revestimento de parede sendo disposto e incorporado de tal forma que reduz a transferência convectiva de calor e a radiação térmica na região do flange de junção. A redução na transferência convectiva de calor e na radiação térmica na região do flange de junção resulta na redução no gradiente de temperatura e também permite uma selagem confiável do alojamento de turbina na região das junções no evento de diferenças de altas temperaturas entre as câmaras adjacentes. O revestimento de parede é uma medida simples e eficaz.

Uma modalidade vantajosa da presente invenção provê que o revestimento de parede essencialmente consiste em um material metálico. O material metálico é dispendioso, pode ser facilmente fabricado e facilmente fechado à parede interna do alojamento de turbina. Se necessário, um re- vestimento de parede danificado pode ser facilmente substituído, uma vez que os materiais metálicos são fáceis de obter e processar no local.

Uma modalidade particularmente preferida da invenção provê para o revestimento de parede ser fechado à parede interna do alojamento de turbina por meio de um fechamento termoelástico. O fechamento termoe- lástico do revestimento de parede garante que nenhum estresse resulta no revestimento de parede como um resultado de gradientes de temperaturas, o que pode resultar em danos para o revestimento de parede e/ou o qual pode destruir e/ou danificar o fechamento para a parede interna.

Uma modalidade particular da invenção provê pelo fechamento termoelástico ocorrer por meio de aparafusamento. O aparafusamento pode ser incorporado muito facilmente e provê por um fechamento durável e con- fiável do revestimento de parede para a parede interna do alojamento de turbina e/ou parte do alojamento de turbina.

O aparafusamento particularmente de preferência ocorre por meio de pelo menos um parafuso à distância. O parafuso à distância garante que o revestimento de parede não apoia diretamente contra uma parte do alojamento de turbina. Uma lacuna é obtida com o mesmo entre o revesti- mento de parede e o alojamento de turbina, que provê por uma proteção aperfeiçoada contra a transferência convectiva de calor e radiação térmica.

Uma modalidade preferida adicional da invenção provê que um revestimento de parede se estende na direção axial através de uma a três divisões nos parafusos de junção. Uma cobertura adequada da junção é ga- rantida com a mesma e a exigência do material é reduzida ao mínimo ne- cessário. Um revestimento de parede maior não contribuiria com um aperfei- çoamento na selagem na região de junção. Por contraste, uma redução na extensão axial do revestimento de parede iria resultar em não ser possível garantir uma selagem confiável da junção.

A idéia que enfatiza o alojamento de turbina inventivo é que a transferência convectiva de calor e a radiação térmica proveniente do fluido para a parede do alojamento de turbina possam ser reduzidas de forma efi- caz por meio de um revestimento de parede simples na região de junção, como um resultado de que vazamentos na região das junções possam ser evitados de um modo simples e dispendioso. Tal revestimento pode ser usa- do em particular para alojamentos de turbina de vapor, onde problemas de vazamento normalmente ocorrem na região da junção e devem ser reduzi- dos com empenho significante.

Modalidades exemplares e vantagens adicionais da invenção são descritas abaixo com o auxílio dos desenhos, nos quais:

a Figura 1 mostra uma representação esquemática de uma se- ção tridimensional através de um alojamento de turbina;

a Figura 2 mostra uma representação esquemática de uma se- ção radial através do alojamento de turbina.

As figuras ilustram representações simplificadas em cada caso, em que apenas os componentes essenciais necessitam descrever a inven- ção são mostrados. Os componentes idênticos e/ou funcionalmente idênti- cos são providos com os mesmos caracteres de referência ao longo de to- das as figuras.

A Figura 1 mostra uma seção tridimensional através de um alo- jamento de turbina inventivo. O alojamento de turbina 1 inclui uma parte infe- rior do alojamento de turbina 2 e uma parte superior do alojamento de turbi- na 3. As duas partes do alojamento de turbina 2, 3 são unidas uma a outra no estado de montagem. As junções 4 se formam através das mesmas so- bre as áreas de junção em cada caso. Para garantir que nenhum fluido pos- sa escapar para fora do interior do alojamento de turbina 1, as junções 4 de- vem ser fechadas tão apertadas quanto possíveis. Para esta finalidade, a parte inferior do alojamento de turbina 2 e a parte superior do alojamento de turbina 3 são fixamente aparafusadas uma à outra. Para permitir uma boa conexão de aparafusamento entre as duas partes do alojamento da turbina 2 e 3, ambas as partes do alojamento de turbina compreendem flanges de junção 5, 6 em cada caso. Os parafusos de junção 11 (não aparentes na Figura 1) são dispostos nos flanges de junção 5, 6. O alojamento de turbina 1 é selado por meio da conexão de parafuso das duas partes do alojamento de turbina 2, 3. Malhas 12 para receber a portadora de lâmina fixa são provi- das em diferentes pontos sobre o interior do alojamento externo. Diferentes câmaras 13, 14 são incorporadas dentro do alojamento de turbina 1 por meio de vãos de guia. Existem diferenças de alta temperatura entre as câmaras individuais 13, 14. As diferenças de altas temperaturas entre as câmaras adjacentes 13, 14 dão em torno de uma temperatura de componente diferen- te e/ou de distribuição de temperatura de componente, o que resulta em dife- rentes expansões dos componentes, como um resultado de que vazamentos ocorrem na região de junção 4. A distribuição de temperatura do componen- te é influenciada de uma maneira decisiva pela temperatura de fluido, a transferência convectiva de calor entre o fluido e os componentes e pela ra- diação térmica. Para evitar os vazamentos como um resultado das expan- sões diferentes dos componentes, uma minimização do gradiente de tempe- ratura axial na região de flange de junção é necessária. A minimização do gradiente da temperatura axial na região do flange de junção é alcançada por meio de um revestimento de parede 8. O revestimento de parede 8 é disposto e incorporado de modo que reduz significativamente a transferência convectiva de calor e a radiação térmica na região do flange de junção 5, 6. A expansão diferente dos componentes é significativamente reduzida com o mesmo e uma selagem confiável na região do flange de junção 4 é alcança- da. A modalidade do revestimento de parede 8 é mostrada em detalhes na Figura 2 e é descrita em maiores detalhes abaixo.

A Figura 2 mostra uma seção radial através do alojamento de turbina 1, como já mostrado em maiores detalhes na Figura 1. Para minimi- zar os gradientes de temperatura axial na região do flange de junção, um revestimento de parede 8 é provido sobre a parede interna 7 do alojamento de turbina 1, na região do flange de junção 5, 6. O revestimento de parede 8 essencialmente consiste em um material metálico. Outros materiais resisten- tes ao calor podem naturalmente ser também usados. O revestimento de parede 8 é fechado para a parede interna 7 das partes do alojamento de tur- bina 2, 3 por meio de um fechamento termoelástico 9. O fechamento termoe- lástico 9 garante que o revestimento de parede 8 não seja danificado no ca- so de uma expansão como um resultado da expansão térmica. Na presente modalidade exemplar, o revestimento de parede 8 é incorporado em duas partes, com um revestimento de parede 8 sendo provido em cada caso para proteger um flange de junção 5, 6.

No entanto, a invenção também inclui revestimentos da parede de uma peça, que se estende através de ambos os flanges 5, 6. Em contras- te com a modalidade de uma parte, a modalidade de duas partes é apenas vantajosa em termos de uma montagem e desmontagem simples da parte superior do alojamento de turbina 2 e da parte inferior do alojamento de tur- bina 3. O fechamento termoelástico 9 ocorre por meio de uma conexão 10. A conexão de parafuso 10 ocorre aqui em uma extremidade do revestimento de parede 8. A outra extremidade do revestimento de parede 8 pode ser di- retamente soldada à parte do alojamento correspondente. A conexão de pa- rafuso 10 ocorre por meio de pelo menos um parafuso à distância 11.0 uso de um parafuso à distância 11 alcança uma certa distância entre o revesti- mento de parede 8 e a parede interna 7 do alojamento de turbina 1. A trans- ferência de calor do revestimento de parede 8 para o flange de junção 5, 6 é significativamente reduzida pelo espaço intermediário entre o revestimento de parede 8 e a parede interna 7 do alojamento de turbina 1. Uma transfe- rência de calor pode assim apenas ocorrer por meio do parafuso à distância 11 e do ponto de fusão. A radiação térmica do revestimento de parede para o flange de junção 5, 6 é significativamente menor que a radiação térmica sem o revestimento de parede.

O revestimento de parede 8, portanto, reduz significativamente tanto a transferência convectiva de calor como também a radiação térmica na região do flange de junção, como um resultado de que o gradiente de temperatura axial na região do flange de junção é minimizado e uma sela- gem confiável da junção 4 é alcançado. O respectivo revestimento de parede 8 é se estende, no caso de uma modalidade de duas partes, preferencial- mente através de um ângulo α de aproximadamente 30° a 60°, medido a partir da respectiva junção 4. Com um ângulo circunferencial menor α do revestimento de parede, a proteção térmica é reduzida, como um resultado de que uma selagem confiável da junção 4 não pode ser garantida. Ângulos circunferenciais maiores α de acima de 60° não se dão em torno de vanta- gem apreciável relativa para a proteção. Na direção axial, o revestimento de parede 8 deve se estender através de aproximadamente uma a três divisões dos parafusos de junção a fim de garantir uma proteção confiável e assim a selagem das junções 4. O revestimento de parede 8 é disposto axialmente entre 2 câmaras do alojamento de turbina 1 em cada caso.

Por meio do alojamento de turbina inventivo 1 possuindo um re- vestimento de parede 9 disposto sobre a parede interna 7 do alojamento de turbina 1, é possível, portanto minimizar os gradientes de temperatura axial na região do flange de junção. O vazamento da junção 4 é aumentado com a mesma consideravelmente e a confiabilidade operacional é melhorada. O alojamento de turbina 1 com o revestimento de parede 8 pode ser usado particularmente de modo eficaz para turbinas de vapor. Ele é, portanto basi- camente adequado a qualquer tipo de alojamento de turbina. O reajuste do alojamento de turbina já existente é possível.

Claims (8)

1. Alojamento de turbina (1), incluindo a parte inferior do aloja- mento de turbina (2) e a parte superior do alojamento de turbina (3), as quais são unidas uma à outra no estado de montagem com a qual forma uma jun- ção (4) em suas áreas de junção respectivamente, com cada parte do aloja- mento de turbina (2, 3) compreendendo a flange de junção (5, 6) na região da junção (4), por meio da qual as partes do alojamento de turbina (2, 3) são aparafusadas uma à outra por meio de parafusos de junção, caracterizado pelo fato de que um revestimento de parede (8) é provido em uma parede interna (7) do alojamento de turbina (1), na região do flange de junção (5, 6), o dito revestimento de parede sendo disposto e incorporado de tal forma que ele reduz a transferência convectiva de calor e a radiação térmica na região do flange de junção (5, 6).

2. Alojamento de turbina, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado pelo fato de que o revestimento de parede (8) essencialmente consiste em um material metálico.

3. Alojamento de turbina, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, o revestimento de parede (8) é preso à pare- de interna (7) da parte do alojamento de turbina (2, 3) por meio de um fe- chamento termoelástico (9).

4. Alojamento de turbina, de acordo com a reivindicação 3, ca- racterizado pelo fato de que, o fechamento termoelástico (9) ocorre por meio de uma conexão de parafuso (10).

5. Alojamento de turbina, de acordo com a reivindicação 4, ca- racterizado pelo fato de que a conexão de parafuso (10) ocorre por meio de pelo menos um parafuso à distância (11).

6. Alojamento de turbina, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, o respectivo revesti- mento de parede (8) se estende através de um ângulo circunferencial de 30° a 60°, medido a partir da respectiva junção (4).

7.

Alojamento de turbina, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o revestimento de pa- rede (8) se estende na direção axial através de uma das três divisões nos parafusos de junção.