aula 8 turbinas a vapor-parte2
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7/28/2019 Aula 8 Turbinas a Vapor-parte2
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Turbinas a vapor
Parte 2 Coroas de palhetas
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Sumrio Coroas de palhetas Caractersticas
geomtricas Perdas de energia no escoamento atravs das
palhetas Escoamento supersnico nas coroas
Coeficientes de consumo e ngulos de escape
do fluxo nas coroas Fluxo de vapor mido nas coroas
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Componentes principais das turbinasde vapor
http://dc391.4shared.com/doc/DaJD9-hS/preview.html
Carcaa
Rotor
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Componentes principais
http://fabioferrazdr.files.wordpress.com/2008/08/turbinas-a-vapor.pdf
Palhetas fixas
Palhetas mveis
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Componentes principais
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Componentes principais
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Componentes principais
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Componentes principais
Diafragmas
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Coroas de palhetas Caractersticasgeomtricas
Fig. Coroas de palhetas Caractersticas geomtricas da coroa de palhetas fixas (a) e rotatrias(b)
fixasrotatrias
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Coroas de palhetas Caractersticasgeomtricas
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Coroas de palhetas Caractersticas
geomtricas
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Perfis de palhetas de turbinas a vapor
Palhetas fixas Palhetas mveis
subsnicas
supersnicas
subsnicas
supersnicas
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Coroas de palhetas Caractersticas
geomtricas A ttulo de informao so apresentados diferentes tipos de perfis de palhetas de
turbinas, que foram tirados do livro:
Turbinas de Vapor , Volumes 1 e 2, A V. Schegliiev, Editorial MIR, Mosc,URSS, 1978.
Cada estgio da turbina formado por uma coroa de palhetas fixas (aderidas
carcaa da turbina) e um rodete de palhetas mveis, aderidas pela base ao rotor.As coroas so circulares, assim como o rodete. As dimenses caractersticasdas palhetas so; a corda, e a espessura do perfil na entrada e na sada. Os perfisapresentam uma parte cncava (lado de alta presso) e uma convexa (de pressobaixa), no slide seguinte veremos isto em detalhe.
A forma destes perfis constitui parte do know how do fabricante, como seobserva seu traado no bvio, e determinado a partir de exaustivos estudosnumricos e experimentais do escoamento nas mesmas
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Distribuio de presso no contorno das palhetas
de turbinas de vapor
fixas
mveis
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Coroas de palhetas Caractersticas
geomtricas No grfico acima esto reportados os perfis de presso em torno das palhetas de uma turbina a vapor.
Foram tirados do livro:
Turbinas de Vapor , Volumes 1 e 2, A V.Schegliiev, Editorial MIR, Mosc, URSS, 1978.
Para ler os grficos devem ser identificados os pontos de medida das presses indicados nos esquemas
esquerda. Observar que os pontos 1 a 15 correspondem regio convexa das palhetas, e os pontos
17 30 correspondem regio cncava. O diagrama superior corresponde a uma coroa de palhetas
fixas, o de baixo a uma coroa de palhetas mveis, as duas tm canais ligeiramente convergentes.
O eixo das presses v do valor da presso na entrada do perfil, p0, at o valor na sada do mesmo, p1.
Analisando o grfico correspondente s palhetas fixas se observa que o fluxo entra pela parte superior e
se bifurca, neste ponto, a velocidade estritamente igual zero e a presso chega a seu mximo valor.A partir deste ponto a presso continua alta na parte cncava da superfcie, mas cai, inclusive a valores
inferiores presso de sada, na parte convexa da superfcie. Esta queda de presso na parte convexa
acompanhada de uma intensa acelerao do fludo, o que acontece at a regio dos pontos 9 11
aproximadamente. Depois desta regio 9 11 a presso recupera o valor p1, de sada do canal. Na
regio alm do ponto 11 (borde de fuga) onde aparecem efeitos de turbulncia no escoamento e pode
acontecer descolamento da camada limite.
Do lado da superfcie cncava, a distribuio de presses diferente, mantm o valor da entrada at o
ponto 27 aproximadamente, onde comea a cair, acompanhando a acelerao do escoamento.
O diagrama na parte inferior, a esquerda, um diagrama vetorial da distribuio de presso nas
palhetas mveis (valores de presso normais superfcie em cada ponto). O diagrama da direita feito
para calcular o impulso no rotor, nele, os valores da presso em cada ponto foram multiplicados pelo
coseno do ngulo beta, sendo beta o ngulo formado entre a direo de rotao (horizontal) e a direo
perpendicular superfcie em cada ponto. Se observa que a grande diferena no valor das presses aum lado e outro da palheta o que produz o impulso no rotor.
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Fig. esquema da formao da camada limite no perfil da cora de palhetas fixas
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Perdas de energia no escoamento
atravs das palhetas
Perdas por perfilPerdas por atrito
Perdas na borda
Perdas ondulatrias
Perdas terminais
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Perdas de energia no escoamento
atravs das palhetas
Perdas por perfilPerdas por atrito
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Perdas de energia no escoamento
atravs das palhetas
Perdas por perfilPerdas por atrito
Espessura de deslocamento
Espessura de perda deimpulso
= 1 I
I"
"
"
=
I
I""
1
I$
I"$
"
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Perdas de energia no escoamento
atravs das palhetas
Perdas por perfilPerdas na borda: devido ao descolamento do
fluxo na borda de espessura finita
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Perdas de energia no escoamento
atravs das palhetas
Perdas por perfilPerdas ondulatrias: em regies de escoamento
na palheta com velocidades supersnicas (saltos
de presso)
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Perdas de energia no escoamento
atravs das palhetas
Perdas por perfilPerdas ondulatrias: em regies de escoamento
na palheta com velocidades supersnicas (saltos
de presso)
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Perdas de energia no escoamento
atravs das palhetas
Perdas por perfilPerdas terminais
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Escoamento supersnico nas coroas Mudana qualitativa no escoamento atravs das
palhetas.
Ondas de choque obliquas
Saltos de compresso (descontinuidade naspropriedades do fludo)
Aumento da entropia com acompanhamento deperdas de energia
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Coeficientes de consumo e ngulos de
escape do fluxo nas coroas Presena da camada limite, irregularidade dos
campos de velocidade e fluxos secundriosfazem com que o consumo verdadeiro difirado terico.
Para levar em considerao esta diferena
utilizamos o coeficiente de consumo:
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Coeficientes de consumo e ngulos de
escape do fluxo nas coroas
Fig. Influncia dos parmetros de regime no coeficiente de consumo
1 para l/b -> infnito
2 para l/b =0,5
__ palhetas fixas
- - - palhetas mveis
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Fluxo de vapor mido nas coroasltimos estgios da turbina decondensao
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Fluxo de vapor mido nas coroas Nos ltimos estgios das turbinas de condensao e/ou nos estgios de
vapor saturado e levemente reaquecido nas centrais nucleares.
O escoamento atravs das coroas acontece no mdio bifsico (fase vapor+ fase lquida)
O vapor mido pode estar microdisperso (em forma de nvoa) oumacrodisperso, em forma de gotas, como uma pelcula que se movimentana superfcie dos perfis das palhetas
O grau de disperso da umidade se caracteriza pelo tamanho das gotas.
O mdio bifsico pode se encontrar em equilbrio termodinmico estvelou em equilbrio temporal instvel (equilbrio metaestvel) ou em
processo de transio de fases.
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Fluxo de vapor mido nas coroas Ttulo : x
Umidade: y = 1-x
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Fluxo de vapor mido nas coroas
http://www.desware.net/Sample-Chapters/D12/E3-10-03-05.pdfFig. Linha de Wison xw=const em funo da mudana
da presso p (Fonte: Shegliaiev 1976)
J = IJ
J
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Fluxo de vapor mido nas coroas A linha xw constante que depende em particular
de
J chamada de linha de Wilson.
J depende das dimenses e da forma da coroaassim como do regime do escoamento e da
presso do vapor
Na zona entre a linha de saturao x=1 e a xw os
parmetros do vapor mido podem-se tomaraproximadamente iguais aos de vaporsuperaquecido.
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Fluxo de vapor mido nas coroas O fluxo de vapor mido nas coroas das palhetas fixas da turbina
possui em caso geral as seguintes particularidades:
a) A expanso do vapor se opera com condensao retardada, dizer com sub-resfriamento.
b) entrada da coroa o vapor pode incluir gotas de umidade dediferente tamanho com velocidades diferentes (tanto pelamagnitude como pela direo). Dentro do canal podem formar-senovas gotas ou podem-se evaporar as existentes.
c) As trajetrias das gotas, no caso geral, se desviam das linhas decorrente do mdio do vapor.
d) Na superfcie do perfil pode-se formar um filme de gua quedependendo da posio e do regime de escoamento temespessura diferente.
e) No canal tem-se atrito, troca de calor e de massa entre as fases.
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Fluxo de vapor mido nas coroas Como resultado deste complexo processo
mudam:
Parmetros locais do fluxo de vapor sada como:velocidades, ngulos de fluxo, distribuio dapresso na superfcie do perfil e na altura.
Resultam diferentes parmetros integrais comocoeficientes de perda de energia e de consumo.
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Fluxo de vapor mido nas coroas
Fig. Trajetrias das gotas de gua no canal da coroa de palhetas fixas
(a) Gotas com direo de entrada: I com dg=2m; II com dg=20m e III com dg=200m
(b) Gotas de iguais dimenses na entrada com dg=10m
(c) Gotas de iguais dimenses na entrada com dg < 1m
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Fluxo de vapor mido nas coroas
Fig. Esquema do movimento das partculas de umidade no canal de coroas de palhetasfixas com 0=90 e c0=c0 (Fonte Shegliaiev, 1976)
1. Fluxo de gota do borde; 2 e 3 fluxo de gotas de desprendimento; 4 fluxo de gotas
refletido
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Fluxo de vapor mido nas coroas As pesquisas tem demonstrado que o coeficiente
de perda de energia no fluxo de vapor midocresce devido :
Aumento das perdas por atrito no filme de gua ena camada limite do vapor e das gotas
Perdas de energia do fluxo de vapor devido aoaceleramento das partculas de lquido
Atrito entre as fases
Aumento nas perdas de borde (fragmentao dfilme que deixa o borde e turbulnciacomplementria)
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Fluxo de vapor mido nas coroas Coeficiente de consumo do vapor mido
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