PT82094B - Processo de fabrico de, uma roda de regulacao para o rotor de alta pressao de uma turbina de vapor - Google Patents
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Description
presente invento refere-se a uma roda de regulação para soldar no rotor de alta pressão de uma turbina de vapor fabricada a partir de um anel de pás soldadas umas às outras. Para o efeito todas as pás recebem chanfros de solda^dura (4) nas placas de topo (2) e placas de base (3). Depois de soldadas em conjunto, formando um anel fechado por todos os lados, a roda de regulação é recozida, maquinada e em seguida submetida a tratamento térmico de beneficiação.
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MEMÓRIA DESCRITIVA invento refere-se a um processo de fabrico de uma roda de re gulação para o rotor de alta pressão de uma turbina de vapor, de acordo com o conceito da reivindicação 1. Refere-se igualmente a uma roda de regulação fabricada de acordo com o conceito da reivindicação 5..
Para se conseguir uma boa eficiência em regime de carga parcial na parte de alta pressão de uma turbina, instala-se com frequência um andar de pressão constante com a função de andar de regulação. 0 andar de regulação pode, em consequência do seu projecto, funcionar a carga parcial, com pequeno grau de reacção. Através da carga parcial do andar de regulação, regula-se o fluxo de vapor através da turbina e concomitantemente a sua potência. Os andares de reacção seguintes, pelo contra rio, trabalham em todos os regimes de plena carga.
andar de regulação é normalmente composto por uma fiada de pás directrizes e uma fiada de pás motrizes passando a designar-se as prima, ras por tubeiras e as segundas, em conjunto com a respectiva parte do ro_ tor, por roda móvel.
A roda móvel forma-se soldando uma roda de regulação pré-fabrji cada na parte correspondente do rotor. A roda de regulação em si é tam bém uma peça de construção soldada. A soldadura é, em comparação com as outras ligações mecânicas, a mais consistente e homogénea. Este tipo de ligação oferece a garantia das ligações entre as pás e o veio absorverem com segurança os esforços estáticos resultantes da força centrífuga e os esforços dinâmicos provocados pelo fluxo intermitente de vapor, mesmo a temperaturas extremas.
São conhecidos já um processo de fabrico e uma roda de regulação do tipo atrás referido. No fabrico da roda de regulação fresam-se as pás (com o seu perfil, placa de base e placa de topo) a partir de barras. As pás são soldadas pelas bases e placas de topo formando um anel completo. Este é por sua vez soldado ao rotor por uma soldadura, com um grande chanfro em forma de tulipa executado pelo processo de so_l dadura com protecção por pó. Depois do tratamento térmico de eliminação
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Neste processo as placas de topo são soldadas em grupos conjugados de forma a evitar a excitação de vibrações pelo fluxo de vapor saído das tubeiras. Estes grupos compoêm-se de três, quatro ou mais pás. Não se encontram ligados entre si pelas bandas ou placas de topo.
Para se conseguir um anel fechado, as pás ou grupos de pás têm que ser ligadas pelas bases. Para tal as placas de base têm radialmente maior dimensão que as placas de topo. As soldaduras não atingem a parede da placa de base que limita o fluxo. Em consequência as zonas da raiz da soldadura nas bases das pás são eliminadas por furação, na periferia do disco, o que confere à roda de regulação soldada a sua configuração característica.
No referente aos materiais utilizados, trata-se de materiais soldáveis, por exemplo X22CrMoV121. Assim produzem-se ligações.por sol dadura com a mesma resistência e elasticidade do material de base. Para tal o material de soldadura tem que ser submetido a um tratamento térmico de beneficiação. 0 material de soldadura utilizado, que deve conter um alto teor de carbono a fim de não se tornar bifásico, tem no entanto a propriedade de se não transformar lentamente a temperaturas de pré-aquecimento de cerca de 300° C como acontece com os aços de baixa liga mantendo-se, pelo contrário, austenítico podendo apenas ser tran£ formado por meio de arrefecimento. Normalmente e por esta razão procede-se ao arrefecimento da roda de regulação já soldada em conjunto a fim de que se processe a transformação indispensável. A estrutura martensítica quebradiça que por esse motivo se forma é em seguida transformada numa estrutura mais macia e resistente através de um aquecimento adequa do.
A desvantagem desta solução está em que durante a referida fase de arrefecimento as soldaduras correm o risco de fissurar. Na verdade a transformação faz-se melhor com arrefecimentos mais fortes, a temperatu ras mais baixas e obtêm-se melhores tenacidades pela efectivação de reve64 577
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nidos subsequentes mas, no entanto, o risco de fissuraçâb aumenta enor memente. Por este motivo não foi até agora possível soldar as placas de topo em anel fechado.
Um outro inconveniente consiste no facto de as raízes das sojL daduras das placas de base não poderem ser verificadas pelo que, por razões de segurança, se eliminam por furação, pelo menos, as raízes de soldadura com maior risco de fissuração.
Assim o invento caracterizado nas reivindicações 1 a 5 tem por objectivo proporcionar um processo de fabrico do tipo atrás referido no qual o perigo de fissuração , mesmo quando existam entalhes, seja mí nimo e seja possível o fabrico de uma roda de regulação optimizada quer no que se refere tanto a solicitações extremas provocadas pela pressão do vapor e força centrífuga como à geometria e número de pás.
De especial vantagem é o facto de as soldaduras das bases das pás serem acessíveis para verificação e teste.
Nos desenhos representam-se esquematicamente três exemplos de execução da roda de regulação conforme o invento.
Os desenhos representam:
Fig.l uma perspectiva de um segmento constituído por quatro pás. Fig.2 uma vista de topo de uma primeira variante de soldadura. Fig.3 um corte de um anel preparado para soldar.
Fig.4 um corte de um anel soldado no rotor.
Fig.5 um corte de uma roda completamente maquinada.
Fig.6 uma vista de topo de uma segunda variante de soldadura.
Fig.7 um corte de um anel soldado segundo uma terceira variante de soldadura.
Nas figuras, onde os mesmos elementos são identificados pelas mesmas referências, só se representam as peças importantes para a compre ensão do invento. Assim não se representa na totalidade o rotor da turbj. na de vapor.
A roda de regulação, que na Fig.l está representada apenas em parte, é constituída por um anel fechado por todos os lados, composto por pás unidas umas às outras. Estas pás que apresentam umafetUia de pá 1,
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uma placa de topo 2 e uma placa de base 3 são em regra maquinadas a partir de material em bloco. No caso presente trata-se de material be neficiável por tratamento térmico, como aço de alta liga, refractário do tipo CrMoV, por exemplo, aço X22CrMoV121 segundo DIN 17240.
A placa de topo 2 e a placa de base 3 estão providas cada uma com dois chanfros de soldadura 4 que são cheios com cordões^soldadura transversais 5.
A preparação da soldadura pode ver-se na Fig.2. Os flancos .6 do chanfro 4 dispõem-se em V. Evidentemente pode escolher-se igualmente uma disposição dos flancos do chanfro em U ou com outra configuração apropriada. Os flancos 6 terminam em lábios de soldadura 7 que definem entre si uma junta 13. Os lábios de soldadura 7 estão si. tuados na proximidade imediata do lado inferior 8 da placa de topo 2 loposta à folha de pá 1 ou respectivamente do lado superioizda placa de base 2 (Fig.l).
A soldadura do fundo 9 é uma soldadura feita pelo processo volfrâmio-gás inerte (WIG) com material de adição. Para melhor percepção do processo, os lábios 7 são apresentados com a forma que têm antes de efectuada a soldadura do fundo. É evidente que estes lábios de soldadura, pelo menos parcialmente, se fundem e consolidam em con junto com a raiz da soldadura. Dado que os lábios de soldadura 7 se encontram dispostos nos topos mais afastados das placas, as raízes formadas ficam acessíveis para uma maquinagem subsequente e para verificação.
A soldadura de enchimento 11 é efectuada por soldadura manual com eléctrodo revestido. Os flancos 6 são ligados um ao outro pela de posição de cordões de soldadura partindo alternadamente de um e de ou tro.
Na Fig.3 mostra-se como se faz a ligação das pás umas às outras. As pás são ligadas formando um anel. De ambos os lados são sol. dados às pás anéis 15 por meio de cordões ligeiros que vedam o conjun to aos gases, porquanto a soldadura de fundo é feita sob gás de protecção.
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- 6 Em seguida efectuam-se as soldaduras de fundo e de enchimento descritas em relação à Fig.2 vindo cada pá, com as suas pás vizinhas, a formar um anel fechado em que tanto as placas de topo 2 como as placas de base 3 estão ligadas respectivamente umas às outras. Em seguida a roda de regulação é submetida a tratamento térmico.
Imediatamente a seguir à soldadura a roda é aquecida directa mente à temperatura de recozimento de cerca de 700° C. Durante a fa se de aquecimento dá-se no material de soldadura e na zona de influên cia do calor uma transformação isotérmica. A estrutura que se forma não é utilizável tecnicamente. Porém nesta fase do processo não há qualquer risco de fissuraçâb uma vez que as tensões de transformação a 700° C são diminutas, eliminam-se as tensões de soldadura e a tenacidade do material é superior à conferida pela estrutura martensílica. Depois de completado o recozimento, a roda é arrefecida ao ar. Nesta altura pode proceder-se à maquinagem, que compreende todas as operações necessárias ao aprontamento da roda de regulação na configuração adequada à sua soldadura num disco 16 do rotor 17. Os anéis 15 são retirados por corte e os topos das rodas são torneados à sua cota final. Nesta altura merece referência especial a eliminação da raiz das soldaduras das placas de topo e placas de base, como se indica na Fig.2, pela s_e ta 10. Esta raiz, assim como qualquer fenda residual, são eliminadas por exemplo por fresagem e em seguida polidas. Em seguida pode-se proceder aos testes de ultrassons ou de partículas magnéticas dado te rem as zonas de interesse ficado acessíveis.
Depois de efectuados os testes segue-se o importante passo da beneficiação por tratamento térmico. Para este efeito soldam-se nova mente os anéis 15 por cordões estanques ao gás, dado que durante os aque cimentos se utilizarão gases de protecção como, por exemplo, Argon. 0 tratamento de beneficiação consiste primeiro numa têmpera, isto é, um aquecimento até uma temperatura superior a 1000° C seguido de um arrefecimento por meio de ar comprimido ou projecção de gotículas de água e em segundo lugar num revenido a temperaturas da ordem dos 700° C seguido de arrefecimento no forno até a temperatura ambiente.
Terminado o tratamento térmico de beneficiação torneia-se a parte das placas de base da roda de regulação às cotas adequadas à sua
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soldadura no disco 16 do rotor 17. Esta soldadura, que se apresenta esquematicamente na Fig.4 é feita, com preparação de um grande chanfro em túlipa 18, pelo processo de soldadura sob protecção de pó.
A parte da roda já acabada, em que a transição entre o rotor e as pás foi facejada ao torno de ambos os lados, encontra-se representada na Fig. 5. Deverá notar-se que a raiz da soldadura em túlipa 18, que tende a originar fissuras, foi eliminada por torneamento. A roda e o rotor constituem agora uma unidade indissociável.
A variante mostrada na Fig.6 apresenta a vantagem das soldaduras transversais, que unem as placas de topo e as placas de base, serem pequenas.
As pás produzidas a partir de material em bloco apresentam neste ca so placas de base e placas de topo 2' de pequena espessura, por exemplo 4 mm que formam uma coroa delgada depois de soldadas umas às outras. No caso representado, as soldaduras transversais são formadas por uma soldadura de fundo 9 efectuada pelo processo WIG e uma solda dura de enchimento 11' executada à mão com poucos cordões. A toda a largura da placa aplica-se em seguida uma camada de soldadura 19 de preferência fazendo a deposição ao longo da periferia da roda de re gulação por meios automáticos de soldadura sob protecção de pó. Tem-se assim um meio de aumentar à vontade a altura das faixas de base e de topo. Em consequência de haver poucas soldaduras manuais, consegue-se com esta solução uma qualidade ainda melhor.
Eventualmente pode mesmo dispensar-se completamente a camada 11' feita por deposição manual de eléctrodos revestidos, isto é, a camada envolvente 19 poderá ser aplicada imediatamente sobre a solda, dura de fundo 9 efectuada pelo processo WIG.
Evidentemente, o invento não fica limitado às soluções até aqui apresentadas e descritas. Em vez da soldadura de fundo efectuada pelo processo WIG nos tipos de construção das Figs. 2 e 6, as placas de topo e de base podem ser soldadas umas às outras numa pri. meira fase por soldaduras por feixe de electrões, plasma ou feixe laser. Obviamente nestes casos as juntas nas zonas a soldar serão conformadas de modo diferente.
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A Fig.7 mostra uma variante de execução, em que as placas de topo 2 e as placas de base 3' são ligadas ao longo do seu desenvolvi mento radial, nas juntas 13, por soldadura por feixe de electrões. As placas de base 3’ que, neste caso, apresentam uma espessura extre mamente grande e que podem evidentemente formar também uma coroa del^ gada semelhante à das placas de topo 2’ da Fig.6 são revestidas por uma camada 19 efectuada pelo processo de soldadura sob protecção de pó.
Designações — Folha de pá.
2, 2' — Placa de topo.
3,3' — Placa de base.
— Chanfro de soldadura.
— Soldadura transversal.
— Flanco.
— Lábio de soldadura.
— Lado inferior de 2.
— Soldadura de fundo.
— Raiz de soldadura eliminada.
11, 11' — Soldadura de enchimento.
— Lado superior de 3.
— Junta.
— Soldadura ligeira.
— Anel.
— Disco.
— Rotor.
— Chanfro em túlipa.
— Camada de soldadura periférica.
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Claims (2)
15. - Processo de fabrico de uma roda de regulação para o rotor de alta pressão de uma turbina de vapor no qual as pás geralmente maquinadas dum bloco de material de preferência um aço de alta liga (CrMoV, refractário) sejam em primeiro lugar dispostas em anel e soldadas umas às outras pelas placas de base (3) e placas de topo (2), após o que o anel é submetido a tratamento térmico, maquinagem e tejs te, sendo depois soldado no disco correspondente (16) do rotor (17) processo esse caracterizado pelo facto de cada pá ser soldada às pás adjacentes pelas placas de base (3) e placas de topo (2) formando um anel fechado por todos os lados.
25. - Processo conforme a reivindicação 1 caracterizado pelo facto de
- depois da soldadura não se deixar arrefecer o anel, aquecendo-o imediatamente até à temperatura de recozimento pelo que o material de soldadura e a zona de influência da temperatura passam por uma transformação isotérmica,
- depois da maquinagem e teste, o anel ser beneficiado por tratamento térmico ficando as ligações por soldadura e o material de base com caracteristicas idênticas.
35. - Processo conforme a reivindicação 1 caracterizado pelo facto de as pás serem soldadas nas juntas (13) por soldaduras (9) por feixe de electrões, feixe de plasma, feixe laser ou soldadura a argon, soldaduras estas efectuadas com ou sem material de adição e ainda por em seguida os flancos (6) formados por um chanfro (4) serem ligados por cordões de soldadura que formam a soldadura de enchimento (11), saindo alternadamente de um e outro dos referidos flancos, p.e. estas soldaduras são feitas manualmente com eléctrodos recobertos.
45. - Processo conforme a reivindicação 1 caracterizado pelo facto de as pãs serem soldadas nas juntas (13) por feixe de electrões, feixe de plasma ou feixe laser com ou sem material de adição.
55. - Processo conforme a reivindicação 1 caracterizado pelo
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- 10 facto de após a soldadura das placas de base e de topo se aumentar a dimensão radial do conjunto pela deposição de várias camadas de cordões de soldadura sobre o perímetro da roda de regulação, soldaduras estas efectuadas pelo processo de protecção por pó.
6^. - Roda de regulação para soldar no rotor de alta pressão de uma turbina de vapor obtida pelo processo das reivindicações 1 a 5 composta por um anel constituído por pás providas de juntas (13) nas suas placas de topo (2) e placas de base (3) caracterizada pelo facto de, para evitar a formação de grupos, cada pá ser soldada às pás adjói centes tanto pela placa de topo (2) como pela placa de base (3).
75. - Roda de regulação para soldar no rotor de alta pressão de uma turbina de vapor obtida pelo processo das reivindicações 1 a 5 composta por um anel constituído por pás providas de chanfros (4) nas placas de topo (2) e nas placas de base (3) conformando-se na prepara ção da soldadura os chanfros das placas de topo, num V ou U que termi na num lábio de soldadura (7) que forma uma junta (13) situada na pr£ ximidade imediata do lado (8) (oposto à pá (1) ) da placa de topo (2), roda essa caracterizada pelo facto de:
- também a preparação das soldaduras nas placas de base serem os chanfros conformados em V ou U terminando num lábio de soldadura (7) que forma uma junta (13) situada na proximidade imediata do lado (12) (oposto à pá (1) ) da placa de base (3),
- para evitar a formação de grupos, cada pá ser soldada às pás adjacentes por soldaduras nas placas de topo (2) e nas placas de base (3).
85. - Roda de regulação conforme as reivindicações 6 ou 7 caracterizada pelo facto de as placas de topo (21) e/ou as placas de base (3') das pás (1) terem uma espessura pequena que forma a coroa so bre a qual,após a soldadura que liga umas às outras as pás referidas,se aplica uma camada de soldadura (19) com a espessura que se pretender.
Lisboa, ' : Pela BBC AKTIENGESELLSCHAFT BROWN,
BOVERI & CIE.
óSC AKTO/óESE.LLSCUÃfT BoVEKE. & C|'g
2 Á 5
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Fig.6 bSC A!CTÍEMG£5£LLSCUAfr BROWAZ, BMFX& CÍ£.
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1 13 2
Fig.7
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