Turbina Centaur

8/18/2019 Turbina Centaur

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GERMAQ/TURBINA SOLAR CENTAUR I -1

PREFÁCIO

Este trabalho constitui de estudos, traduções e versões dos manuais fornecidos pelofabricante e tem o objetivo de auxiliar o treinamento de turbomáquinas do Pacote SolarCentaur para os funcionários da empresa que, direta ou indiretamente, trabalham com estetipo de equipamento.

O objetivo geral do curso é familiarizar o treinando com as características próprias doequipamento sob sua responsabilidade, de forma a aprimorar seu desempenho profissional,principalmente nas tarefas voltadas á turbomáquinas, além de uniformizar conhecimentosnecessários aos cursos avançados.

Eng.: Ricardo Marcos E. BastosTOP: José Roberto C. CardosoTM : Ewaldo Mayrinck Blunck


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ÍNDICE GERAL

PARTE l

- TURBINA

SEÇÃO I - TERMODINÂMICA BÁSICA ..............................................................

1-13

SEÇÃO II - SUBCONJUNTOS DA TURBINA .......................................................

1-7

- Conjunto de admissão de ar ..............................................................

1

- Conjunto de acionamento de acessórios .........................................

2

- Compressor de ar ..........................................................................

3-4

- Seção decombustão

........................................................................

..5-6

- Turbina geradora de gás .................................................................

..

6-7

- Turbina de potência ..........................................................................

7

SEÇÃO III - EFICIÊNCIA TÉRMICA E PERFORMANCE .....................................

1-5

SEÇÃO IV - SISTEMA DE AR DA TURBINA .......................................................

1-10

SEÇÃO V - SISTEMA DE PARTIDA ...................................................................

1-6

SEÇÃO VI - SISTEMA DE GÁS COMBUSTÍVEL ................................................

1-10

SEÇÃO VII - SISTEMA DE ÓLEO LUBRIFICANTE E SERVO-ÓLEO .................. 1-9

SEÇÃO VIII - LAVAGEM DA TURBINA ................................................................... 1-3

PARTE II - COMPRESSORES CENTRÍFUGOSSEÇÃO I - TEORIA SOBRE COMPRESSORES CENTRÍFUGOS .................... 1-27SEÇÃO II - COMPRESSORES CENTRÍFUGOS SOLAR .................................. 1-4SEÇÃO III - CAIXA MULTIPLICADORA E ACOPLAMENTOS .............................

.1-3

SEÇÃO IV - SISTEMA DE BALANCEAMENTO AXIAL .......................................

1-2

SEÇÃO V - SISTEMA DE SELAGEM ...................................................................

1-3

SEÇÃO VI - SISTEMA DE ÓLEO E GÁS DE SELAGEM .......................................

1-10

SEÇÃO VII - PLANTA DE PROCESSO ................................................................

1-5

PARTE III - CONTROLESEÇÃO I - SISTEMA ELÉTRICO

- Descrição geral .................................................................................

1-2

- Descrição funcional ............................................................................

3-5

SEÇÃO II - PAINEL DE CONTROLE ................................................................... 1-9SEÇÃO III - SISTEMA DE CONTROLE COMBUSTÍVEL, TEMPERATURA E


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VELOCIDADE........................................................................................1-9

SEÇÃO IV - SISTEMA DE SEGURANÇA DO CASULO .......................................

1

SEÇÃO V - SISTEMA DE CONTROLE DE VIBRAÇÃO / TEMPERATURA........... 1-5SEÇÃO VI - SISTEMA DE CONTROLE DE SURGE E CAPACIDADE .................. 1-11SEÇÃO VII - INSTRUÇÕES OPERACIONAIS ......................................................

.

1-4

SEÇÃO VIII - FLUXOGRAMA LÓGICO DA SEQUÊNCIA DE PARTIDA ................

5


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SEÇÃO VII

FIG. VII-1 - FILTRO DUPLEX DE ÓLEO LUBRIFICANTEFIG. VII-2 - CONJUNTO REGULADOR DE ÓLEO LUBRIFICANTEFIG. VII-3 - VÁLVULA REGULADORA DE PRESSÃO

PARTE II - COMPRESSOR

SEÇÃO II

FIG. II-1 - VISTA LATERAL DO TC DE P-24FIG. II-2 - VISTA DOS COMPRESSORES DO TC-A DE P-12FIG. II-3 - VISTA EXPLODIDA DO COMPRESSOR C-284

SEÇÃO III

FIG. III-1 - VISTA EXPLODIDA DA CAIXA MULTIPLICADORA

FIG. III-2 - ACOPLAMENTO ENTRE TURBINA E CAIXA MULTIPLICADORAFIG. III-3 - ACOPLAMENTOS DOS COMPRESSORES

SEÇÃO IV

FIG. IV-1 - FORÇAS AXIAIS NO IMPELIDORFIG. IV-2 - PISTÃO DE BALANCEAMENTO

SEÇÃO V

FIG. V-1 - VISTA EM CORTE DE IMPELIDORES E ESTATORESFIG. V-2 - SEÇÃO DO SELO DE LABIRINTOFIG. V-3 - PISTÃO DE BALANCEAMENTO EM CORTE

SEÇÃO VI

FIG. VI-1 - VISTA PARCIAL DO SISTEMA DE ÓLEO DE SELAGEMFIG. VI-2 - VISTA EM CORTE DA VÁLVULA REGULADORA PRINCIPALFIG. VI-3 - VISTA EM CORTE DA VALV. REG. DE ÓLEO/GÁS DE SELAGEMFIG. VI-4 - VISTA EM CORTE DO SEPARADOR GÁS/ÓLEOFIG. VI-5 - VISTA DO CONSOLE DE SELAGEM DO TC-A DE P-12FIG. VI-6 - FLUXO DE ÓLEO/ GÁS NO COMPRESSOR C-284

PARTE III - CONTROLE

SEÇÃO I

FIG. I-1 - PAINEL DE CONTROLE LOCALFIG. I-2 - CARREGADOR DE BATERIAS E DISJUNTORES ASSOCIADOS

SEÇÃO II

FIG. II-1 - VISTA FRONTAL DO PAINEL DE CONTROLEFIG. II-2 - PAINEL DE CONTROLE DE SEQÜÊNCIA DE VÁLVULAS

FIG. II-3 - PAINEL DE CONTROLE VISTA EXTERNAFIG. II-4 - PAINEIS LATERAIS DO COMPRESSOR


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SEÇÃO III

FIG. III-1 - PAINEL DE CONTROLE( INTERNO)FIG. III-2 - SINAL DE SAÍDA DO MFACFIG. III-3 - ESQUEMA DO SISTEMA DE CONTROLE DE GÁS COMBUSTÍVEL,

TEMPERATURA E VELOCIDADE

SEÇÃO IVFIG. IV-1 - PAINEL CONTROLADOR DO SISTEMA CONTRA INCÊNDIO

SEÇÃO V

FIG. V-1 - PAINEL DE VIBRAÇÃO/TEMPERATURA (METRIX)FIG. V-2 - SENSOR DE VIBRAÇÃO DA TURBINA (PT)

SEÇÃO VI

FIG. VI-1 - CONTROLADOR DE PERFORMANCE

FIG. VI-2 - PAINEL DE PROGRAÇÃO DO CONTROLADOR DE PERFORMANCEFIG. VI-3 - CONTROLADOR ANTI-SURGEFIG. VI-4 - PAINEL DE PROGRAMAÇÃO DO CONTROLADOR ANTI-SURGEFIG. VI-5 - GRÁFICO DE OPERAÇÃO DO CONTROLADOR ANTI-SURGEFIG. VI-6 - GRÁFICO DE OPERAÇÃO DO CONTROLADOR ANTI-SURGEFIG. VI-7 - OPERAÇÃO DO CIRCUITO DE “RECYCLE TRIP”FIG. VI-8 - GRÁFICO DE RESPOSTA DO CIRCUITO DE “RECICLE TRIP”FIG. VI-9 - GRÁFICO DE OPERAÇÃO DO CIRCUIT “SAFETY ON”

FLUXOGRAMAS

PARTE I - TURBINA

SEÇÃO V

FLUX. V-3 - FLUXOGRAMA FUNCIONAL DO SISTEMA DE PARTIDA

SEÇÃO VI

FLUX. VI-7 - FLUXOGRAMA DE GÁS COMBUSTÍVEL

SEÇÃO VII

FLUX. VII-4 - FLUXOGRAMA DE ÓLEO LUBRIFICANTE

PARTE II - COMPRESSOR

SEÇÃO VI

FLUX. VI-7 - FLUXOGRAMA DO SISTEMA DE ÓLEO/GÁS SELAGEM


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SEÇÃO VII

FLUX. VII-1 - FLUXOGRAMA DA PLANTA DE PROCESSO

PARTE III - CONTROLE

SEÇÃO VIII

FLUX. VIII 1 - FLUXOGRAMA LÓGICO DE PARTIDA


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DESCRIÇÃO GERAL DO CONJUNTO

O sistema de turbocompressão Solar Centaur é composto dos seguintesequipamentos:

1 - Equipamento acionador ( máquina motriz).Turbina a gás Solar modelo Centaur T-4500 cuja potência ISO ( 1atm , 15°C), a

rotação nominal de 15000 rpm na geradora de gás (GG) e 15500 rpm na turbina depotência (PT), é de 4500 BHP.

2 - Equipamento acionado ( máquina operatriz).

O modulo de compressão Solar padrão compreende dois compressores em sériemodelo C-284 e C-160K com capacidade nominal de vazão de 480.000 Nm3/dia (1atm e20°C) para pressão manométrica de sucção de 7 Kgf/cm2 e de descarga de 112 Kgf/cm2.No TC-A de P-12 o modelo do compressor de alta é o C-160T.

O módulo de compressão existente em P-24 compreende três compressores emsérie modelo C-168 com capacidade nominal de vazão de 495.000 Nm3/dia para pressãode sucção de 135 psig e de descarga 1685 psig.

3 - Sistemas auxiliares.

- Sistema de ar- Sistema de partida- Sistema de óleo de lubrificação e servo-óleo- Sistema de gás combustível- Sistema de de proteção do casulo e cabine de controle- Caixa multiplicadora e acoplamentos- Sistema de balanceamento axial dos compressres centrífugos- Sistema de selagem dos compressores centrífugos- Sistema de controle anti-surge e capacidade dos compressores- Planta de processo de compressão

4 - Cabine de controle

Na cabine de controle encontra-se instalado o painel de controle doturbocompressor. Em módulo separado estão o painel do controlador anti-surge eperformance, o carregador e banco de baterias e as gavetas dos equipamento elétricos do

TC. Em P-15 encontra-se também neste módulo o painel do aquecedor de gáscombustível.Em P-24 o painel de controle do TC e o painel anti-surge estão na sala de controle

da producão. O carregador, banco de baterias e gavetas dos equipamentos elétricos estãoem sala ao lado da sala de produção.


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ologia dos Diagramas (Título)

PARTE - I


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TURBINA

INTRODUÇÃO

A turbina Solar Centaur, de dois eixos, velocidade variável e fluxo axial é a unidademotriz do conjunto Turbocompressor.

A turbina produz um fluxo contínuo de ar comprimido para a seção do compressorbem como combustão contínua dentro da câmara de combustão e fornece uma potênciacontínua. A exaustão dos gases é feita para a atmosfera através da seção de exaustão.

CAIXA DE ACESSÓRIOS

CONJUNTO DE ADMISSÃO

COMPRESSOR AXIAL

CÂMARA DE COMBUSTÃO

TURBINA DA GERADORA DE GÁS

TURBINA DE POTÊNCIA

COLETOR DE EXAUSTÃO

ACOPLAMENTO DE SAÍDA EXAUSTÃO

EXPANSÃO

COMBUSTÃO

COMPRESSÃO

Figura I - 1Turbina Solar Centaur


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PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Termodinâmica básica

Para uma perfeita compreensão do princípio de funcionamento, definiremos, aseguir, alguns conceitos de termodinâmica básica:

Grandezas

VELOCIDADE - É uma grandeza que corresponde a relação entre o espaçopercorrido e tempo gasto para percorre-lo. É dividida emvelocidade escalar e vetorial. A escalar expressa o valor,enquanto a vetorial expressa o valor e o sentido.

ve

t =

∆

∆

ACELERAÇÃO - É a grandeza vetorial que corresponde a variação da velocidadeno tempo.

av

t =

∆∆

TEMPERATURA - É a sensação de quente ou frio. Representa o grau de agitaçãodas moléculas.

MASSA - É a quantidade de matéria.

IMPULSO - É o produto da massa pela velocidade. É a propriedade de um corpoem movimento que determina o período de tempo requerido paratraze-lo à condição de repouso sob ação de uma força constante.

FORÇA - É um agente capaz de produzir ou cessar um movimento.PRESSÃO - É a relação entre uma força e a área na qual ela está atuando.

Também pode ser definida como sendo o número de choques dasmoléculas nas paredes de um recipiente por unidade de tempo.

Leis de Newton

1°.LEI - Um corpo em repouso tende a permanecer em repouso, um corpo emmovimento tende a permanecer em movimento.

A resultante de forças em um corpo é igual a 0 (zero) quando o corpoestiver em repouso ou em movimento retilíneo uniforme.

2°.LEI - A força agindo sobre um corpo produz uma aceleração cuja direção é amesma da força aplicada e sua amplitude é proporcional a força einversamente proporcional a massa do corpo.

aF

m=

3° .LEI- A toda ação corresponde uma reação, igual, mas oposta.

Energia

É a capacidade de realizar trabalho. Se divide em energia cinética e energiapotencial.


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ENERGIA CINÉTICA (Ev) - É a energia que um corpo possui quando emmovimento.

ENERGIA POTENCIAL DE ALTURA (Eh) - É a energia que um corpo possui emfunção da altura em que ele seencontra.

ENERGIA POTENCIAL DE PRESSÃO (Ep) - É a energia que um fluido possui

quando submetido a uma pressão.ENERGIA INTERNA (u) - É a energia potencial do fluido associada a suatemperatura.

TRABALHO (W) - É a energia associada ao deslocamento de uma partícula. Tododeslocamento de um corpo necessita de trabalho para serealizar.

CALOR (Q) - Energia térmica em trânsito no sentido da maior para menortemperatura.

ENTALPIA (h) - É o nível energético em que um fluido se encontra. Podemos dizerque é a soma da energia de pressão com a energia interna.

ENTROPIA (S ) - É uma variável matemática que expressa a energia relacionadaao grau de afastamento em que um processo se realiza emcomparação a idealidade.

Propriedades do Fluído

MASSA ESPECÍFICA (r) - É a relação entre a massa e volume do fluido.

ρ =m

v VISCOSIDADE (µ) - É a propriedade que representa a maior ou menor facilidade

do fluido em escoar.

PESO MOLECULAR (PM) - É a massa de um mol de uma substância (1 molequivale a 6,023 x 1023 moléculas). Um mol dequalquer gás ocupa 22,4 litros na CondiçõesNormais de Temperatura e Pressão (C.N.T.P.) ( 0 oCe 1 atm).

FATOR DE COMPRESSIBILIDADE (Z) - É o fator empregado para corrigir ovolume do gás real com relação aovolume do gás ideal, nas mesmas

condições de pressão e temperatura.

Z V r

V i

=

CALOR ESPECÍFICO (c) - É o coeficiente que indica o grau de dificuldade de trocatérmica. É o calor necessário para que uma grama de

um fluido varie de 14,5o

C para 15,5o

C. Para a água, ocalor específico é 1 cal/g oC.


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Para o gás, tem-se dois calores específicos:

- Calor específico a volume constante ( cv ) - É o calor necessário para que umagrama de um gás varie 1°C, mantendo seu volume constante.

- Calor específico a pressão constante ( cp ) - É o calor necessário para que umagrama de um gás varie 1°C, mantendo sua pressão constante.

Ao se aquecer um gás a volume constante a temperatura sobe mais rápido do que

a pressão constante, pois neste caso, além da temperatura subir, uma parte docalor cedido é transformado em trabalho no deslocamento das moléculas para semanter a pressão. Com isso a variação de temperatura é menor. Sendo assim ocalor necessário para aquecer um gás a pressão constante é maior do que avolume constante.

C C p v>

COEFICIENTE ISOENTRÓPICO (K) - É a relação entre o cp e o cv. Expressa amaior ou menor facilidade que um gás temem ser comprimido. Quanto maior o K maistrabalho é demandado para a compressão.

K C

C

P

V

=

Nota:

As propriedades do fluido se alteram ao serem alteradas as condições depressão e temperatura, sendo que o peso molecular é o único que não sealtera.

Equação universal dos gases

A pressão do gás em um recipiente é diretamente proporcional a temperatura, ouseja, quanto maior a temperatura maior a pressão e vice-versa.Ex: Ao se deixar um botijão de gás exposto ao sol, sua temperatura irá aumentar,proporcionando o aumento da pressão.A pressão do gás é inversamente proporcional ao volume, ou seja, quanto maior ovolume menor a pressão e vice-versa.Ex: A bomba manual utilizada para encher pneu de bicicleta. Ao ser reduzido ovolume para deslocar o ar, a pressão sobe.A pressão do gás é diretamente proporcional ao número de moléculas (n) em umdado recipiente.

Analisando-se conjuntamente as três condições temos:

Pressão (P) é diretamente proporcional ao produto de n e da temperatura (T) einversamente proporcional ao volume específico (V).


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Para obtermos uma equação temos que utilizar uma constante para correção dasunidades, é a constante universal dos gases (R), que possui vários valores, adepender das unidades utilizadas.

Pn R T

V

P V n R T = ⇔ =. .

. . .

Nota:

As unidades de pressão e temperatura utilizadas devem estar em valores absolutos.

Equação da continuidade

A vazão de um fluido em escoamento é o produto da seção transversal (S) com avelocidade do fluido (v).

Q S v= ρ . .

Com base nesta equação podemos concluir que para uma vazão constante, seocorrer uma redução da seção transversal a velocidade é aumentada e vice-versa.

Leis da termodinâmica

LEI ZERO DA TERMODINÂMICA

Retrata a existência da temperatura e estabelece o zero absoluto, onde asmoléculas se encontram inertes. São as escalas kelvin (K) e Rankine (R).

1° LEI DA TERMODINÂMICA

Retrata a conservação da energia, onde fica esclarecido que a energia total dofluido não se altera sem interação com o meio. E o meio somente interage com osistema (fluido) através do calor ou trabalho. Podemos dizer, que ao se aquecer umfluido e o mesmo realizar trabalho (está recebendo calor e cedendo trabalho) adiferença entre o calor recebido e o trabalho cedido é a variação da energia total dofluido. É o que fica efetivamente com o fluido.

Q W Et Et + = −2 1

Sendo

Et Ep Ev u Eh= + + +

Como exemplo temos, que, ao se aquecer isobaricamente o gás num cilindro, a

temperatura irá aumentar e o gás irá se expandir realizando trabalho ao deslocar o êmbolo.

A diferença entre o calor recebido e o trabalho realizado pelo gás é a variação da energia

total do gás.


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2° LEI DA TERMODINÂMICA

Retrata a existência da máquina térmica, onde fica estabelecido que se pode

extrair trabalho de uma máquina que possua uma fonte quente ( alta temperatura )

e uma fonte fria ( baixa temperatura ). Quanto maior a diferença de temperatura

entre as duas fontes, maior será o trabalho extraído.

Efeito difusor e efeito bocal

Para fluxo subsônico, ao se analisar o escoamento de um fluido numa tubulação,

verifica-se que onde a seção transversal é aumentada, a velocidade é reduzida e

vice-versa. Nestas situações, ao se analisar as energias do fluido, verifica-se que,

se a energia de velocidade é aumentada, outro tipo de energia tem que ser

reduzida, pois a soma das parcelas de energia de velocidade, pressão, altura e

temperatura não se altera, com base na primeira lei da termodinâmica. Isso

significa que o fato da redução ou ampliação da seção transversal da tubulação, na

qual o fluido escoa, não provoca nenhuma de calor ou trabalho, mantendo-se

constante a energia total. Como exemplo analisaremos o escoamento de um

líquido numa tubulação num mesmo plano horizontal, onde se tem uma redução da

seção transversal. Neste caso:

Q S v= ρ . .

para líquidos ρ varia pouco e como S foi reduzido, a velocidade é aumentada, pois

a vazão é constante.

Analisando a equação de conservação de energia:

Et Ep Ev u Eh= + + +

onde Et permanece inalterada e considerando que:

• u é constante, pois não há alteração da temperatura,

• Eh é constante, pois não há alteração da altura,

• Ev aumenta pois a velocidade aumentou,

• Concluímos que:

• Ep diminui ou seja, a pressão cai


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Figura I - 2

Processo de compressão

Existem várias formas de se aumentar a pressão de um fluido através de umacompressão:

• Isotérmica.

• Com resfriamento.

• Adiabática.

• Politrópica.

Analisaremos esses processos com auxílio dos gráficos P x V e T x S abaixo.

Figura I - 3

No gráfico P x V é verificado o aumento da pressão com a queda do volumeespecífico, e no gráfico T x S é verificado a compressão com o aumento datemperatura.

O processo 1-2 representa a compressão isotérmica, onde no gráfico T x S verifica-se que a temperatura é constante. Este processo só é possível em laboratório,efetuando-se uma compressão lenta. É o processo que demanda de menortrabalho para ser realizado, pois somente a energia de pressão é aumentada.


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O processo 1-3 é uma compressão rápida com resfriamento. É empregada nos

compressores alternativos, onde por meio de resfriamento dos cilindros se

consegue reduzir o trabalho necessário para compressão.

O processo 1-4 é uma compressão adiabática ou isoentrópica. É a empregada para

compressores dinâmicos (centrífugos e axiais). Na prática esses compressores

efetuam o processo 1-5, que é politrópico, pois a entropia, inevitavelmente, éaumentada.

Comparação entre os ciclos de funcionamento de motores

Podemos fazer comparação entre os ciclos de funcionamento de uma turbina (ciclo

Brayton) e de um motor convencional de 4 (quatro) tempos (ciclo Otto). Em uma

turbina a combustão ocorre a uma pressão constante, ao passo que em um motor

convencional a combustão ocorre a um volume constante.

Figura I - 4

O Ciclo OttoEm ambos os ciclos ocorrem as etapas de admissão, compressão, combustão e

exaustão. Em um motor de ciclo convencional (Otto), essas etapas ocorrem no

mesmo local (cilindro) em tempos diferentes, sendo portanto um ciclo intermitente.


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Em uma turbina (ciclo Brayton),essas etapas ocorremcontinuamente em locais diferentescom os processos de compressão,combustão, expansão e exaustãoseparados.

Do ponto 1 ao ponto 2 o ar éadmitido, ocorrendo aumento dovolume sem variação da pressão.Do ponto 2 ao 3 ocorre omovimento ascendente do pistãoacarretando a redução do volume,aumento da pressão e conseqüenteaumento da temperatura, visto queé um processo de compressãopolitrópica. No ponto 3 ocorre aignição com grande aumento da

temperatura da mistura. O termo, "volume constante", é devido ao fato de que doponto 3 ao ponto 4, a combustão da mistura, não ocorre mudança considerável novolume, mas ocorre um grande aumento da pressão. Do ponto 4 ao ponto 5 ocorre aexpansão com queda da temperatura e da pressão e aumento do volume.

É importante notar que esta é a única etapa em que a energia pode ser extraída(trabalho extraído do processo). Quando a válvula de exaustão abre, ponto 5 ao ponto2, resulta em uma rápida queda de pressão a volume constante. O pistão então sobeforçando os gases remanescentes para a exaustão ( ponto 2 ao ponto 1). O cicloentão é reiniciado.

O Ciclo Brayton

As turbinas operam no cicloBrayton ( pressão constante )que comumente é denominadociclo aberto. As etapas desteciclo são mostradas no gráfico Px V da figura 9. O ar é admitido ecomprimido do ponto 1 ao ponto2 com conseqüente aumento depressão e temperatura, eredução do volume. Do ponto 2

ao 3 temos representado acombustão à pressão constante,mas com um aumento acentuadodo volume. Este aumento devolume se manifesta emaumento acentuado develocidade porque não hámudança acentuada na área


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desta seção da turbina. A partir da combustão ocorre a expansão dos gases nas rodas daturbina causando uma redução da pressão e temperatura e aumento de volume. Esteprocesso continua do ponto 4 ao 5 através da turbina de potência.

CICLO TEÓRICO (BRYTON)

Abaixo são mostradas algumas variações do ciclo teórico básico

CICLO REGENERATIVO (MAIOR EFICIÊNCIA EM RELAÇÃO AO BÁSICO)

T

S


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CICLO COM REAQUECIMENTO (MENOR EFICIÊNCIA, MAIOR POTÊNCIA)

CICLO COM REGENERAÇÃO E REAQUECIMENTO

T

S


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CICLO COM RESFRIAMENTO INTERMEDIÁRIO NA COMPRESSÃO(POUCO UTILIZADO)

Princípio Básico de Funcionamento da Turbina à Gás

A turbina gás é basicamente um motor que gera energia térmica e a converte em

energia mecânica mediante a aplicação de processos termodinâmicos dispostos deforma a ocorrerem num ciclo de eventos.

Os eventos de ciclo compreendem os quatros processos seguintes::

1 Compressão - O ar é admitido e comprimido em um compressor axial de 11 (onze)estágios onde as energias de pressão e temperatura do fluido (ar) aumentam.

2 Combustão - O ar comprimido flui para a câmara de combustão, onde ocombustível, a alta pressão, é injetado e queimado a uma pressãoaproximadamente constante. A ignição da mistura ar/combustível ocorre durante apartida, através 1 (um) ignitor. Posteriormente a combustão se auto sustenta.

3 Expansão - Gases em alta temperatura e pressão são expandidos a uma altavelocidade através dos estágios da turbina geradora de gás, que converte parte daenergia dos gases em potência no eixo para acionar o compressor de ar (2/3 daenergia gerada com a queima).

4 Exaustão - Em um avião a jato, os gases remanescentes da expansão na turbinapassam através de um bocal para aumentar sua velocidade e, consequentemente,o impulso (propulsão). Na aplicação industrial, os gases são direcionados para umaturbina de reação ou potência onde a energia residual, 1/3 da energia gerada, dosgases é convertida em potência no eixo para acionar um componente como umcompressor de gás, gerador elétrico ou uma bomba. Finalmente os gases fluempara o duto de exaustão, onde sua energia remanescente pode ainda seraproveitada em um sistema de recuperação de calor (aquecimento de água,

geração de vapor, aquecimento do ar de combustão, etc.).

Figura I - 5Diagrama de Transferência de Potência

CONJUNTOIMPULSOR DE SAÍDA

ESCAPECOMBUSTÍVEL

ADMISSÃODE AR

COMPRESSOR TURBINACOMPRESSOR

DE GÁS NATURAL


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Funcionamento Simplificado da Turbina à Gás

Os processos termodinâmicos presentes na turbina são contínuos. Um fluxocontínuo de ar comprimido é produzido a partir da seção compressora, uma combustãocontínua dentro da câmara de combustão, e uma saída contínua de potência pela seção daturbina.

O ar é aspirado para a seção compressora através do coletor de admissão porintermédio do rotor do compressor, inicialmente pela potência fornecida ao rotor docompressor pelo motor de arranque e posteriormente pela potência produzida pela seção daturbina ao iniciar a combustão.

O ar comprimido passa através do difusor, onde uma parte da sua energia cinéticaé transformada em pressão e passa depois para a câmara de combustão onde ocombustível é injetado no ar pressurizado.

Durante o ciclo de arranque do motor, um ignitor, que penetra na câmara decombustão, é alimentado por uma tubulação de combustível separada, é inflamado por

intermédio de uma vela de ignição.Por sua vez, o ignitor inflama a mistura ar-combustível que entra na câmara decombustão, onde se mantém uma combustão contínua enquanto houver um fluxo adequadode ar pressurizado e combustível. O ignitor é apagado posteriormente.

O rápido aumento de temperatura dentro da câmara de combustão produz umaumento considerável de volume e de velocidade de fluxo dos gases de combustão. Não seregistra, no entanto, nenhuma alteração de pressão.

Os gases de combustão tem sua velocidade aumentada e expandidos nas rodasda turbina, onde cedem potência às rodas.

PALHETAS DOCOMPRESSOR

PALHETAS DOESTATOR

(ESTÁTICAS)

CÂMARA DECOMBUSTÃO

EXAUSTÃO

ENTRADA DECOMBUSTÍVEL

TURBINA

PALHETAS DOESTATOR (ESTÁTICAS)

Figura I - 7Diagrama simplificado de Ar através da Turbina


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Conseqüentemente, os gases quentes expandem-se através da seção da turbinaproduzindo-se um movimento de rotação (ou energia cinética) no rotor da turbina quando osgases fazem desviar as palhetas do rotor. Os gases em expansão acionam tanto o rotor dageradora de gás como o da turbina de potência.

O rotor da geradora de gás e o rotor de turbina de potência são mecanicamenteindependentes um do outro; a turbina geradora de gás de dois estágios é utilizada para

impulsionar unicamente o compressor e os acessórios. O rotor da turbina de potência, deum estágio, absorve a energia restante dos gases, fornecendo a potência para impulsionaro equipamento, a , ele acoplado, através do eixo de transmissão.

Durante a aceleração pode-se acumular uma certa quantidade de ar comprimidonos estágios finais de compressão, o que causaria a parada da turbina. Evita-se este fato,fazendo passar parte do ar em excesso, através da válvula de sangria, para coletor dedescarga.


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II - SUBCONJUNTOS DA TURBINA

A turbina a gás modelo CENTAUR é composta de vários subconjuntos quesão conectados em linha através de seus flanges por parafusos e porcas

Os principais conjuntos são:Conjunto de admissão de ar. Conjunto de transmissão de rotação - acionamento de acessórios. Compressor de ar e difusor.Seção de combustão

Turbina geradora de gás Turbina de potência.

Figura II - 1ACESSÓRIOS PRINCIPAIS DA TURBINA

COLETOR DEADMISSÃO DE AR

CAIXA DEACESSÓRIOS

CONJUNTO DEENTRADA DE AR

CONJUNTO DECOMBUSTÃO E GG

COLETOR DEEXUSTÃO

TURBINA DE POTÊNCIA

DIFUSOR

COMPRESSOR

CONJUNTO DEPALHETAS

VARIÁVEIS

PRODUTORA GÁSAXIAL DE MANCAL


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1. Conjunto de Admissão de Ar

Conjunto de admissão de ar tem a função de direcionar o ar para o compressoraxial.

2. Conjunto de Acionamento de Acessórios

O conjunto de acionamento de acessórios, montado na parte dianteira da turbina,

possibilita a transmissão de potência a diverssos componentes, na velocidade requerida,através de engrenagens de dentes retos.Na face anterior da caixa estão incorporados suportes para montagem da bomba

de lubrificação, bomba de óleo de selagem, bomba servo-óleo, e motor de arranque. Asrotações dos componentes são:

- bomba de lubrificação - 1915 rpm- bomba de óleo de selagem - 2006 rpm- bomba servo-óleo - 4212 rpm- motor de arranque - 6017 rpm

O jogo de engrenagens é acionado pelo motor de arranque, por intermédio de suaembreagem durante o arranque (aceleração), e pelo pinhão acoplado a GG em operaçãonormal.

Figura II - 2Caixa de Acessórios da Turbina


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3. Compressor e Difusor

3.1. Introdução

O compressor de ar possui 11 estágios, e é do tipo fluxo axial, e consiste dacarcaça de entrada de ar, de um conjunto de palhetas variáveis, carcaça do compressor, dodifusor, da caixa de mancal e do rotor.

A carcaça de entrada de ar possui uma abertura anular coberta com uma telagrossa ( a tela não é considerada como dispositivo de filtragem), e suporta o mancal dorotor do compressor e a caixa acessórios.

As três primeiras rodas estatora permitem variações dos seus ângulos de palhetas.Esta variação tem a função de restringir o fluxo de ar durante a aceleração e desaceleraçãoda turbina, com a finalidade de evitar o surge no compressor axial. As vanes iniciam suaabertura em, aproximadamente 70% de NGG e estão totalmente aberta a 87% de NGG.Este movimento é proporcionado pelo atuador/controlador, que tem como sinal de entrada apressão de descarga do compressor axial (PCD).

O difusor tem a função de transformar a velocidade do fluxo de ar em pressão.

CARCAÇA DE SUPORTE DOMANCAL DO COMPRESSOR

CARCAÇA DODIFUSORCARCAÇA DO

COMPRESSOR

CONJUNTO ROTORDO COMPRESSOR

CONJUNTO DE PALHETASGUIAS VARIÁVEIS

CONJUNTO DEADMISSÃO DE AR

Figura II - 3Compressor de Ar


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3.2. Estágios do Compressor

O conjunto do rotor do compressor é composto por 11 discos rotores dotados depalhetas, que estão ligados por intermédio de um parafuso que os atravessa.O conjuntoestá apoiado em mancais de pastilhas (tipo tilt-pad) em ambas as extremidades.

Os estatores são palhetas estacionárias colocadas entre cada fileira de palhetas dorotor do compressor que orientam o fluxo de ar em ângulo apropriado de entrada para oestágio seguinte de compressão.

Uma fileira de palhetas rotativas do rotor juntamente com uma de palhetasestacionárias do estator constituem um estágio. O compressor axial Centaur possui 11estágios.

3.3. Princípio de Funcionamento

O ar é comprimido quando asua velocidade é alternadamente aumentada e reduzida. As palhetas do rotor

imprimem energia cinética (movimento) ao ar de entrada.Quando o ar é projetado contra os estatores, a sua velocidade diminui e uma parte

da energia cinética se transforma em pressão estática ( e calor).O ar passa então para o estágio seguinte onde o processo se repete até se obter a

pressão desejada.

Nota:

A velocidade e a pressão são inversamente proporcionais

Figura II - 4Fluxo de Ar Através das Palhetas do Estator e do Rotor


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4. Seção de Combustão

4.1. Introdução

O combustor da turbina Centaur é do tipo anular.A carcaça do combustor é conectada ao difusor do compressor e à carcaça da

turbina de potência. O combustor consiste da carcaça, proteção interna e externa ( inner eouter shroud), câmara de combustão anular (annular liner), tocha de ignição, e bicosinjetores. Dez bicos injetores estão instalados ao redor da carcaça do combustor, e seprojetam perpendicularmente à carcaça entrando na parte dianteira da câmara decombustão. Estes foram projetados para remoção individual de modo a facilitar a inspeção emanutenção. A carcaça do combustor também incorpora o flange da válvula de sangria(bleed valve).

4.2. Combustão e Fluxo de ar

O ar comprimido proveniente do compressor passa para o difusor, onde éexpandido, tendo por resultado uma redução de energia cinética e o aumentocorrespondente de pressão estática.

O ar pressurizado do difusor passa para a câmara de combustão onde executaduas funções: (1) cerca de um quarto do seu volume é misturado com o combustível einflamado; (2) os três quartos restantes são utilizados para arrefecer os gases decombustão e o revestimento da câmara de combustão, além de promover a selagem dosmancais.

Uma parte da corrente de ar fria passa entre a câmara de combustão e a carcaçada mesma. Convém salientar que temperaturas “frias” da corrente de ar só são “frias” emcomparação com as temperaturas muito mais elevadas que são geradas pelo processo decombustão.

Os orifícios e aberturas na cúpula do combustor fornecem o ar primário para acombustão e servem para delimitar o cone de chama, evitando que ele se alargue e entremem contato com camisa interior como a exterior.

Figura II - 5Fluxo de Ar/Gás através de uma Câmara de Combustão


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Os orifícios nas camisas ( interior e exterior) permitem a circulação de ar

secundário, que também é dirigido para trás, o que evita que a chama entre em contato

com as superfícies internas das camisas.

Este ar adicional também assegura uma combustão completa e absorve parte do

calor do combustível que se está queimando, reduzindo assim a temperatura dos gases que

entram na turbina.A finalidade do processo de combustão é de aumentar a velocidade dos gases que

passam através da seção da turbina, fazendo com que eles se expandam mais

rapidamente.

É importante ter em mente que o ar circula do difusor para o combustor e é

expulso através da seção da turbina. Portanto, a pressão de ar é sempre maior na seção

difusora do que na câmara de combustão.

O processo de combustão não tem como fim específico aumentar a pressão. A

performance da turbina é determinada essencialmente pela velocidade dos gases ao

passarem através da seção da turbina.Deve-se evitar que o cone de chama entre em contato com as superfícies da

camisa interior e exterior. É necessário um fluxo de ar adequado para assegurar uma

combustão completa, bem como um arrefecimento dos gases quentes até à temperatura

apropriada de admissão a turbina.

Se qualquer destes requisitos não for cumprido, serão provocados graves danos na

câmara de combustão ou em componentes da turbina.

A seção da turbina é semelhante à seção do compressor. Consta de vários

conjuntos de palhetas rotativas intervalados por estatores. No entanto, a função e a

operação da seção da turbina são opostas as que ocorrem na seção do compressor axial.A seção do compressor transforma energia mecânica (movimento) em pressão

estática; a seção da turbina converte pressão estática em energia mecânica.

5. Turbina Geradora de Gás

A turbina geradora de gás (GG) inclui o rotor de 2 estágios, 2 estatores a montante

de cada rotor e a caixa de mancal da turbina (GG).

As palhetas estatoras (nozzles) da turbina são montadas numa carcaça que se

projeta para frente do flange traseiro do combustor (em direção à câmara de combustão), esão refrigeradas por ar adicional que passa através da turbina (ar não utilizado para

queima).

A potência fornecida pelo gás a GG é utilizada para comprimir o ar no compressor

axial e girar os equipamentos da caixa de acessórios.


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6. Turbina de Potência

A turbina de potência (PT) consiste de um rotor, um estator, caixa de mancal daPT, difusor e coletor de exaustão.

A parte dianteira da caixa de mancal da turbina, a qual suporta o mancal dianteiro(Nº 4), é acoplada ao difusor de exaustão. O difusor de exaustão é fixado ao flange traseirodo combustor. O coletor anular de exaustão é isolado termicamente por uma proteção deaço inox, e fixado ao flange traseiro do difusor de exaustão.

O eixo da PT é independente do eixo da GG, podendo ambos girar em velocidade

diferentes.A turbina de potência fornece a potência para o acionamento do(s) equipamento(s)

aclopado(s) a turbina (compressores).

VÁLVULADE

SANGRIA

DIFUSORDE

EXAUST O

COMBUSTOR

COLETORDE

EXUAST O

TURBINAGERADORA DE G S

CONJUNTO DETRANSMISSÃO DE

POTÊNCIA

CAIXA DE MANCAL

CAIXA DEMANCAL DA PT

MANIFOLDDE GÁS

COMBUST VEL

CONJUNTOTURBINA DEPOT NCIA

BICOINJETOR

Figura II - 7Turbina de Potência e Coletor de Exaustão

ESTATORAS

Figura II - 6Câmara de Combustor e Turbina Geradora de Gás


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III - EFICIÊNCIA TÉRMICA E PERFORMANCE

EFICIÊNCIA TÉRMICA

1. Eficiência

A eficiência térmica de uma turbina é definida por:

EFICIÊNCIA = Trabalho Disponível / Energia FornecidaouPotência Disponível / Energia fornecida por Unidade de Tempo

Quanto maior a eficiência de uma turbina, menor será o consumo de combustívelpara uma determinada potência fornecida. Por este motivo os fabricantes trabalham nosentido de aumentar a eficiência de suas máquinas.

A eficiência das turbinas Centaur, o modelo T-4.500, instaladas na Bacia é de,aproximadamente, 27,6%.

A Tabela abaixo mostra Valores de Eficiência e Potência de turbinas solar

Potência

Produto KW hp Eficiência %

Satum 10-1402 1.080 1.450 23.0Satum 20-1602 1.185 1.590 23.80Centaur 40-4702 3..505 4.700 28.0Centaur 40L-5302* 3.930 5.270 29.0Centaur 50-5702 4.235 5.680 29.1Centaur 50-5802 4.335 5.820 29.6Centaur 50L-5902** 4.430 5.940 30.2Taurus 60-7002 5.190 6.960 32.0Taurus 60M –7002 5.250 7.040 32.0Taurus 70-9000 6.635 8.900 33.5Mars 90-13000 9.695 13.000 33.1Mars 100-15000 11.185 15.000 34.0


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2. Performance em Turbina

Alguns fatores alteram a performance de uma turbina a gás, dentre eles estão:

Temperatura do ar de admissão;

Pressão ambiente do ar de admissão (altitude);

Perdas de pressão na admissão e no escape;

Alteração de folgas internas, sujeiras nas palhetas

As turbinas a gás Centaur tem curvas características, fornecidas pelo fabricante,que correlacionam parâmetros do equipamento.

Essa curvas são válidas para determinadas condições nas quais foram realizadosos testes. Para mudanças de condições existem fatores de correção a serem aplicados.

Hipóteses para utilização das curvas apresentadas.

Operação ao nível do mar ( = 1,0), umidade relativa - 60 por cento.

Perdas de pressão nos sistemas de dutos de admissão e de escape-zero

Saída da sangria do ar do compressor- zero. (Válvula do ar de sangriana posição fechada).

Sem utilização de força auxiliar (somente o equipamento auxiliar padrão).

Velocidade nominal da turbina de 100%, 15.000 rpm (GG) 15.500 rpm (PT).

A seguir são mostrados gráficos que correlacionam alguns parâmetros de turbina.Temperatura de ar de admissão e rotação da PT X Potência de saída e consumo

específico de combustível.


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TURBINA DE GÁS DE EIXO BINÁRIO CENTAUR T- 4500

CAPACIDADE NOMINAL - 80F MATCH COMBUSTÍVEL GÁS NATURAL (LHV: 20610 BTU/LB) UMIDADE RELATIVA 60% PERDA "ZERO" DE PRESSÃO DO DUTO EXTERNO NENHUMA EXTRAÇÃO DE FORÇA DO GG NENHUMA CAIXA DE ENGRENAGEM DE SAÍDA ALTITUDE: NÍVEL DO MAR

Figura III - 1

Temperatura de Ar de Admissão e Rotação da PT X Potência de Saídae Consumo específico de Combustível


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COMO CONSULTAR:

POTÊNCIA DE SAÍDA

1. Comece (no gráfico), pela temperatura de admissão de ar da turbina (exemplo60°F); siga a curva correspondente aos 60°F de temp eratura até esta interceptar avelocidade da turbina de potência (exemplo 97 por cento NPT).

2. Prossiga horizontalmente para achar a máxima potência de saída do eixo (4220hp) para esta temperatura de admissão e esta velocidade da turbina.

CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTÍVEL

1. Comece (no gráfico), com a temperatura de admissão de ar (exemplo80°F); siga a curva dos 80°F para a esquerda até es ta interceptar a velocidade daturbina de potência (exemplo 85 por cento NPT).

2. Fazendo a interpolação do ponto de intercepção entre as curvas deconsumo de combustível 9,6 e 9,3, encontrará um consumo específico decombustível de 9,55 kBtu/hp-h.

EFEITO DAS PERDAS DE PRESSÃO NOS DUTOS DE ADMISSÃO E DEESCAPE

As perdas de pressão (pressão de retorno) nos sistemas dos dutos deadmissão e de exaustão possuem um profundo efeito sobre o desempenho e, casonão seja mantida a um mínimo, pode resultar numa redução considerável napotência de saída disponível.

A figura III-2 mostra o efeito destas perdas na potência de saída disponível.O gráfico mostra a perda da potência por polegada de queda pressão da água(polegadas de H20) numa dada potência de saída. Por exemplo, o gráfico mostraque com uma saída de 4.000 hp, cada polegada de queda de pressão de água nosistema de admissão resultará numa perda de potência de quase 20 hp e umacondição semelhante no sistema do escape reduzirá a potência de saída paraaproximadamente 10 hp.

Dos exemplos anteriores, torna-se evidente que o projeto minucioso dossistemas de admissão e de exaustão, cuja finalidade é manter as perdas o mínimopossível, é de suma importância.

FATOR DE CORREÇÃO DE DESEMPENHO PARA ALTITUDES (Figura 12)

Como afirmado anteriormente, as curvas precedentes e os dadosdesempenho estão baseados numa operação realizada ao nível do mar.

Consequentemente, um fator de correção de altitude deve ser aplicado aosparâmetros de desempenho afetado. O fator de correção da altitude é mostrado nafigura III - 3 e inclui altitudes e pressões ambientais correspondentes de até 10.000pés . Para usar o gráfico, vá até a parte inferior onde existe indicação de altitude eda pressão ambiente adequada (psi) e comece a utiliza-lo no sentido vertical demodo a criar um ponto de interseção com a linha de pressão . Da esquerda para adireita, no sentido horizontal, leia o fator correspondente ().


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Para realizar a correção da altitude, apenas multiplique os parâmetrosafetados pelo fator de correção. Por exemplo, se o local da instalação estivesse a1.000 pés acima do nível do mar, o fator de correção seria 0,964. Aplicando-se ofator 0,964, num dia em que a temperatura fosse de 60°F, os parâmetros deoperação do combustível seria reduzido da seguinte forma:

Com potência contínua máxima e fluxo de combustível:

3.650 hp x 0,964 = 3.518 hp e 35 MMBtu/h x 0,964 = 33,7 MMBtu/hFluxo da massa do escape:132.300 lbs/h x 0,964 = 127.537 lbs/h

Figura III – 2

Perdas nos Dutos de Entradae Saída

Figura III – 3

Fator de Correção doDesempenho em

Relação à Altitude


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IV - SISTEMA DE AR DA TURBINA

O sistema de ar supre ar a pressão e vazão adequadas para várias finalidades nociclo de funcionamento da turbina a gás. O sistema de ar da turbina se divide em 4 (quatro)subsistemas:

1- Sistema de filtragem do ar de combustão.

2- Sistema do ar de combustão.

3- Sistema do ar de resfriamento e selagem da turbina.

4- Ar de suprimento para os sistemas de controle da turbina.

Considerando que o ar é o fluido motriz da turbina a gás, descrevemos abaixodetalhadamente cada subsistema.

1. SISTEMA DE FILTRAGEM DO AR DE COMBUSTÃO

Durante o ciclo de funcionamento de uma turbina à gás o ar succionado pelocompressor axial do gerador de gás ( aproximadamente 55131 m3/h ) escoa através daseção do alojamento de filtragem, junta flexível, silenciador / cotovelo, e seção do pleno deadmissão. Considerando que o ar succionado é utilizado com vários propósitos comocombustão, resfriamento, selagem, etc, é indispensável a sua filtragem, para evitar danosde erosão e corrosão devido ao acúmulo de sujeira no conjunto estator / rotor docompressor axial e demais partes da turbina, que consequetemente causariam redução desua eficiência.

Características Técnicas :

- Vazão de ar na aspiração 55.131 m3/h

- Pressão barométrica do local 1,013 bar- Temperatura ambiente 25 ºC- Umidade relativa do ar 70%

Os equipamentos que compõe o sistema de filtragem são:

1.1- casa de filtragem1.2- porta de visita1.3- unidades filtrantes1.4- silenciador de entrada1.5- sistema de drenagem1.6- pressostatos e manômetros

1.1. Casa de Filtragem

A casa de filtragem é formada por um invólucro, o qual é constituído por paineis epor uma transição, sendo que ambos são interligados por solda. Tanto os paineis como atransição, são construídos em chapa de aço inox (AISI 304L).


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1.2. Porta de Visita

Construída em aço inox, esta porta é provida de dobradiças padrão, fechadurastrancada a chave e trinco anti - pânico. Sua abertura se faz para o lado externo, permitindoo acesso ao interior da mesma. A vedação da mesma é de neoprene adequada paraimpedir a entrada de ar.

1.3.Unidades Filtrantes

Esta unidade instalada frontamente a casa de filtragem é formado por doismódulos, cada módulo é construído por uma moldura, que delimita uma certa quantidade depalhetas defletoras de ar. Estas palhetas estão dispostas verticalmente com espaçamentosequidistantes sustentadas por travessas de travamento, tanto externamente quanto na parteinterna.

A seção da casa de filtragem se localiza sobre o casulo da turbina e é compostopor 3 estágios de filtragem a saber :

- Primeiro estágio, sendo um separador tipo inercial, constituído de venezianas tipo“Weather louvre”. É utilizado para eliminação das partículas pesadas e das gotas de água.É constituído de palhetas defletoras, onde o fluxo de ar é dividido em correntes individuais

de forma que, por inércia as gotículas são levadas a se chocarem contra elas, vindo daí, asua condição de separadores por impacto. Este estágio quando sujo deverá se lavado, coma turbina parada. Toda água retida por este estágio é drenada através do sistema dedrenagem, localizado no piso do alojamento de filtragem.

- Segundo estágio ( pré-filtro ), do tipo coalescente de fibras de vidro, filtro AmerKleen modelo M-80. A manta constituída por essas fibras forma uma blindagem resistente aágua, facilitando assim o processo de coalescência. A densidade de filtragem é progressivada entrada para saída variando-se a densidade e o diâmetro das fibras. São em número de15 (quinze) elementos com a dimensão de 620 x 620mm. A sustentação das mantas se fazatravés de uma grade construída em arame de aço inox (AISI 304L), com articulação etravamento. Todo líquido retido será eliminado através do dreno localizado na base do

suporte dos filtros.Em relação à manutenção, deverá ser feita a reposição total dos filtros, quando aperda de carga atingir o diferêncial de pressão de 38,1 mm CA (1,5 “CA).

- Terceiro estágio ( filtro final ), do tipo alta eficiência, modelo DURACEL XL90MG.É constituído por 15 (quinze) elementos medindo 24” x 24” x 12”, internamente compostospor aletas de metal galvanizado intermediadas por mantas finas de fibra de vidro. O meiofiltrante utilizado é do tipo “Marine Grade” à prova de penetração de umidade, foramrealizados testes e confirmado uma eficiência de retenção em torno de 90% à 95%. Esteestágio de filtragem tem a finalidade de reter as partículas mais finas contidas no ar, e aumidade, que não foram retidas nos estágios filtrantes anteriores. Todo líquido coalescidonesta etapa de filtragem, é retido para fora do sistema através do dreno instalado na base

do suporte do mesmo. A face de encosto dos filtros comprimem uma junta em neoprenecontra o encosto do suporte, a mesma impede a entrada de ar sem filtragem na turbina.A substituíção dos filtros deverá ser efetuada totalmente, quando a perda de carga

atingir o diferencial de pressão de 63,5 mm CA (2,5 “CA).

PERDA DE CARGA DO CONJUNTO DE FILTRAGEM

Perda de carga inicial oferecida pelo elemento filtrante, quando este estiver limpo, ea final quando o mesmo estiver saturado, no qual é o momento recomendado para trocados filtros.


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Perda de Carga Inicial (mm CA) Final (mm CA)

Weater Louvre - 1°stg 10 10Amer Kleen - 2° stg 14 40Duracel - 3° stg 20 64Total 44 114

1.4. Silenciador de EntradaTrata-se de um equipamento instalado na entrada da turbina e projetado para se

adequar ao sistema de filtragem, tendo como objetivo a atenuação dos ruídos gerados pelaturbina quando em funcionamento. O modelo SDM 4x 4,5”, está formado por uma carcaçametálica de forma cúbica, tendo suas quatro faces laterais construídas em aço inox (AISI304L), reforçadas convenientemente para suportar as condições de operação. Internamentea esta carcaça estão alojados e distribuídos 7 (sete) atenuadores de energia sonora(splitter), dispostos vertical e longitudinalmente ao sentido do fluxo de ar horizontal. Cada“splitter” é composto por : uma lã mineral (lã de rocha), protegida por um tecido em fibra devidro que evita a erosão da lã, na passagem do ar. Estes isolamentos acústicos sãosustentados e revestidos por chapas perfuradas de aço inox (AISI 304L), soldadas na

carcaça do silenciador. Todo os “splitter ” são providos de uma proteção semicilindrica naborda de ataque e uma redução gradual na borda de fuga de ar, ficando reduzida assim, aperda de carga bem como a turbulência no fluxo de saída no silenciador.

À jusante do silenciador, está instalado um duto de transição em aço inox (AISI304L) com a finalidade de desviar o fluxo de ar horizontal para o sentido vertical na entradada turbina. Após o referido duto, está acoplado ainda uma junta flexível em forma de duto,que faz a interligação com a turbina. Esta junta tem a finalidade de absorver as vibraçõesdecorrentes do funcionamento do conjunto, a mesma é construída em borracha comflangeamento aço inox AISI 304L.

1.5. Drenagem

O conjunto é dotado de drenos que são conectado as principais unidades defiltragem, bem como ao silenciador.Trata-se de uma tubulação projetada para eliminar aságuas retidas no processo de filtragem, proveniente da umidade relativa do ar, impedindoque haja a entrada de ar por esta mesma tubulação.

1.6. Pressostatos e manômetros

Estão instalados na lateral externa da casa, 02 (dois) pressostatos da marcaBristol, modelo SPDT (2 contatos/rearme automático), 120 vac - 0,3A. Estes equipamentospermitirão o controle da pressão de funcionamento do sistema. Cada pressostato diferencialinstalado no sistema, contém pontos de atuação de alarme e desarme, indicados na tabelaabaixo, o aumento da pressão diferencial até o ponto de alarme ou desarme acionará umcontato elétrico, que emitirá um sinal através do qual será possível verificar as condições defuncionamento do sistema de filtragem. Possui também 02 (dois) manômetros diferencial damarca “Dwyer”, série 2000.

Pontos de atuação

Pressostato Alarme DesarmePD1 60 mm CA 90 mm CAPD2 120 mm CA 150 mm CA


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Leitura dos manômetros

Manômetros/ p. carga Escala de leitura Inicial mm CA Final mm CAMD1 0 - 130 mm CA 30,4 63,5MD2 0 - 130 mm CA 37,4 101,5

ATENÇÃO

1- Não se deve abrir as portas de visita do alojamento dos filtros e pleno de admissãocom a turbina em operação. Este ato poderá, causar sérios danos materiais e pessoais.

2- Durante inspeção e manutenção nas seções do alojamento de filtragem ou pleno deadmissão, é expressamente proibido o acesso a esses locais, utilizando botas econduzindo pequenos materiais nos bolsos, para evitar a contaminação dessesambientes e queda desses materiais que causarão sérios danos à turbina. Ao seremfinalizados os trabalhos, a inspeção visual deve ser rigorosa a fim de evitar o

esquecimento de materiais ( trapos, ferramentas ) nesses ambientes.3- Independente da condição da pressão diferencial, a substituição dos elementos

filtrantes de 2°estágio ( pré-filtro ) e de 3°estágio ( filtro final ), deverá ser feita a cada12 meses ou 8.000 h de operação.


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2. SISTEMA DO AR DE COMBUSTÃO

O ar admitido após passar pelo sistema de filtragem é direcionado para a sucçãodo compressor axial de 11 estágios onde é comprimido e descarregado com uma pressãoP2 (PCD) de aproximadamente 118 psig. Após ser descarregado pelo compressor, o arescoa para a seção de combustão, onde somente 25% do ar (ar primário) participa daqueima isobárica de combustível, gerando uma quantidade de calor necessária para elevar

a temperatura de toda massa de ar utilizada como fluido motriz, para gerar energiamecânica através dos 2 (dois) estágios da turbina geradora e de 1(um) estágio da turbinade potência. Os 75% da massa de ar frio, passam entre a câmara de combustão e acarcaça da mesma, tem a finalidade de resfriamento (ar secundário). Convêm salientar quetemperaturas “frias” da corrente de ar só são “frias ”, em relação as geradas pelo processode combustão.

Os orifícios e aberturas na cúpula do combustor, fornecem o ar primário para acombustão e servem para delimitar o cone da chama, evitando que ele se alargue econtacte tanto a camisa interior como a exterior.

Os orifícios nas camisas (interior e exterior) permitem a circulação de ar

secundário, que também é dirigida para trás, o que evita que a chama entre em contatocom as superfícies internas das camisas. Este ar adicional também assegura umacombustão completa e absorve parte do calor proveniente da combustão, reduzindo assim atemperatura dos gases que entram na turbina.

Figura IV - 1Fluxo de Ar da Turbina


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3. SISTEMA DO AR DE RESFRIAMENTO E SELAGEM DA TURBINA

Ar de resfriamento

Para absorver e dispersar o calor transferido pelo fluxo de gases para a turbinaGG, mancais e carcaças internas, um fluxo de ar de resfriamento escoa sobre essescomponentes, garantindo assim uma temperatura abaixo dos limites metalúrgicos dosmetais: Em adição, o fluxo de ar é usado para pressurizar vários selos de óleo.

O fluxo de ar proveniente do 110 estágio é direcionado através de orifícios nosuporte da caixa de mancal do compressor de ar para o tirante central da turbina. A partirdaí o ar passa por orifícios nos cubos de discos rotores. Parte deste ar é utilizado pararesfriar a parte frontal dos disco rotores sendo dosificado através da passagem em seloslabirintos instalados nos respectivos cubos. outra parte é direcionado para resfriar a regiãotraseira do disco do segundo estágio.

Uma pequena quantidade de ar escoa por um duto anular existente no bocal dodiafragma do 1° estágio e resfria a parte frontal do disco do primeiro estágio.

Uma outra quantidade de ar é dirigido para resfriar as palhetas estatoras do 1 ° estágio. Este ar, é proveniente do espaço anular externo à câmara de combustão passa poruma tabela interna a turbina para reter particulas passam entupir os orifícios internos das

palhetas.Ar de pressurização dos selos

A turbina possui quatro selos de labirinto pressurizados a ar para prevenirvazamento de óleo lubrificante dos mancais. Ar da descarga do compressor arial é retiradoem um ponto da carcaça do mancal do gerador de gás, é encaminhado através depassagens internos para o selo traseiro do compressor de ar (mancal 2) e para o selo daturbina do gerador de gás (mancal 3). O ar do compressor do 11°estágio é encaminhadopara selagem do mancal frontal do compressor (mancal 1) e frontal da turbina de potência(mancal 4).

Figura IV - 2Ar Selagem da Turbina


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4. AR PARA OS SISTEMAS DE CONTROLE DA TURBINA

O ar de controle, é retirado da carcaça do mancal do gerador de gás eencaminhado através de linhas separadas para pressurizar os selos de óleo, alimentar aválvula reguladora de combustível e operar o atuador das palhetas variáveis.

Sistema de palhetas variáveis.

Este sistema tem a finalidade de ajustar a vazão de ar do compressor axial deacordo com a sua condição operacional, com os seguintes propósitos:

- Evitar danos causados por efeitos aerodinâmicos ( stall e choques ) embaixas rotações.

- Controlar o fluxo de ar na admissão do compressor mantendo ajustada sua curvade desempenho com a curva do sistema.

O compressor é projetado para operar com alta eficiência em altas rotações, que éa situação nominal de operação. Na condição de baixa rotação a faixa operacional estávelde operação é muito estreita, podendo sair dessa faixa e entrar na zona de instabilidadeoperacional onde ocorre efeitos aerodinâmicos danosos ao compressor, que são odeslocamento da camada limite que envolve as palhetas e ondas de choque. Oprimeiro, conhecido como “stall”, provoca o bloqueio do fluxo de ar e se inicia nos estágiosdianteiros. O segundo, conhecido como “surge”, são sucessivas inversões e reversões dofluxo, provocando os choques das massas de ar e consequentes vibrações a nível dedanificar o compressor.

O sistema atua em função da pressão de descarga do compressor alternando oângulo das pás guias de entrada, e do 1° e 2° estágios, de maneira a ajustaraerodinâmicamente os estágios de baixa pressão do compressor com os de alta pressão.Esta mudança de posição das pás, altera o ângulo efetivo do fluxo de ar através das pás daturbina. O ângulo determina as características de compressão para qualquer estágio de

compressão.

As pressões de admissão (P1) e descarga (P2 ou PCD) determinam a curva dosistema, ou seja, a curva que determina qual é a mínima energia necessária para deslocaruma determinada vazão de ar. A curva de desempenho tem que interagir com a curva dosistema no ponto da vazão requerida. Para ajustar a vazão requerida pelo sistema e avazão de operação do compressor tem-se instalado um conjunto de palhetas variáveis deentrada do compressor axial, que proporcionam uma alteração das curvas de desempenho,através da variação do ângulo de incidência do fluxo de ar sobre as palhetas do rotor dos 3primeiros estágios do compressor axial. Essas palhetas que se encontram na posiçãomáxima de fechamento na partida da turbina, proporcionam uma curva de desempenhobaixa inicialmente. De acordo com o incremento da pressão de descarga do compressor

axial, elas vão se abrindo para se ajustar a vase fornecida pelo compressor. Para umapressão de descarga inferior a 32 psig (2,25 kgf/cm2) as pás se encontram na posiçãomínima de abertura, e acima de 76,5 psig (5,38 kgf/cm2) na posição máxima de abertura.

O atuador das pás variáveis é um servo atuador hidráulico / pneumático com linhasde alimentação de ar de descarga do compressor axial e óleo lubrificantes à 55 psig (3,87kgf/cm2). O atuador movimenta um mecanismo que executa a mudança de posição das 3(três) primeiras seções de rodas fixas do compressor, conforme mostam as figuras a seguir.


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Figura IV - 3Esquemático do sistema de PCD para controle


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Figura IV - 4 Sistema de Palhetas Variáveis


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Válvula de Sangria (Bleed valve)

Esta válvula tem a função de evitar o surge no compressor axial da turbina empartidas e paradas, através da sangria para o coletor de exaustão, de parte do arcomprimido pelo equipamento. Esta sangria atua reduzindo a contra-pressão oferecidapelos estágios da turbina.

Esta vávula encontra-se fisicamente instalada na carcaça do combustor na suaparte superior e consiste basicamente de alojamento, pistão e mola.

Descritivo funcional da válvula de sangria.

Quando o ciclo da partida é iniciado, ar é admitido na válvula, porém a molamantém o pistão na sua posição inicial permitindo a passagem do ar para o coletor dedescarga através de 4 orifícios. A velocidade da turbina aumenta, e a pressão de descargainicia o movimento do pistão (em oposição à força da mola) à uma pressãoaproximadamente de 22 psig (1,55 kgf/cm2).

A válvula é completamente fechada, impedindo a passagem de ar, quando apressão de descarga alcança o valor de 72 psig (5,06 kgf/cm2) e a velocidade da turbina é

aproximadamente 83%. Desse modo a pressão é aliviada à velocidades próximas dacondição de surge, enquanto em altas velocidades a vazão total de ar é utilizada paraoperação normal.

NOTA:

O contole da posição de abertura e fechamento da válvula é feito por PCD, quevaria proporcionalmente a rotação da GG.

Figura IV - 5Válvula de Sangria (bleed valve)


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TURBINA DE GÁS DE EIXO BINÁRIO CENTAUR T- 4500

CAPACIDADE NOMINAL - 80F MATCH COMBUSTÍVEL GÁS NATURAL (LHV: 20610 BTU/LB) UMIDADE RELATIVA 60% PERDA "ZERO" DE PRESSÃO DO DUTO EXTERNO NENHUMA EXTRAÇÃO DE FORÇA DO GG

NENHUMA CAIXA DE ENGRENAGEM DE SAÍDA ALTITUDE: NÍVEL DO MAR

Figura III - 1

Temperatura de Ar de Admissão e Rotação da PT X Potência de Saída

e Consumo específico de Combustível


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COMO CONSULTAR:

POTÊNCIA DE SAÍDA

1. Comece (no gráfico), pela temperatura de admissão de ar da turbina (exemplo60°F); siga a curva correspondente aos 60°F de temp eratura até estainterceptar a velocidade da turbina de potência (exemplo 97 por cento NPT).

2. Prossiga horizontalmente para achar a máxima potência de saída do eixo (4220hp) para esta temperatura de admissão e esta velocidade da turbina.

CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTÍVEL

1. Comece (no gráfico), com a temperatura de admissão de ar (exemplo 80°F);siga a curva dos 80°F para a esquerda até esta inte rceptar a velocidade daturbina de potência (exemplo 85 por cento NPT).

2. Fazendo a interpolação do ponto de intercepção entre as curvas de consumode combustível 9,6 e 9,3, encontrará um consumo específico de combustível de9,55 kBtu/hp-h.

EFEITO DAS PERDAS DE PRESSÃO NOS DUTOS DE ADMISSÃO E DE ESCAPE

As perdas de pressão (pressão de retorno) nos sistemas dos dutos de admissão ede exaustão possuem um profundo efeito sobre o desempenho e, caso não seja mantida aum mínimo, pode resultar numa redução considerável na potência de saída disponível.

A figura III-2 mostra o efeito destas perdas na potência de saída disponível. Ográfico mostra a perda da potência por polegada de queda pressão da água (polegadas deH20) numa dada potência de saída. Por exemplo, o gráfico mostra que com uma saída de4.000 hp, cada polegada de queda de pressão de água no sistema de admissão resultaránuma perda de potência de quase 20 hp e uma condição semelhante no sistema do escapereduzirá a potência de saída para aproximadamente 10 hp.

Dos exemplos anteriores, torna-se evidente que o projeto minucioso dos sistemasde admissão e de exaustão, cuja finalidade é manter as perdas o mínimo possível, é desuma importância.

FATOR DE CORREÇÃO DE DESEMPENHO PARA ALTITUDES (Figura 12)

Como afirmado anteriormente, as curvas precedentes e os dados desempenhoestão baseados numa operação realizada ao nível do mar. Consequentemente, um fator decorreção de altitude deve ser aplicado aos parâmetros de desempenho afetado. O fator decorreção da altitude é mostrado na figura III - 3 e inclui altitudes e pressões ambientaiscorrespondentes de até 10.000 pés . Para usar o gráfico, vá até a parte inferior onde existeindicação de altitude e da pressão ambiente adequada (psi) e comece a utiliza-lo no sentido

vertical de modo a criar um ponto de interseção com a linha de pressão . Da esquerda paraa direita, no sentido horizontal, leia o fator correspondente ().

Para realizar a correção da altitude, apenas multiplique os parâmetros afetadospelo fator de correção. Por exemplo, se o local da instalação estivesse a 1.000 pés acimado nível do mar, o fator de correção seria 0,964. Aplicando-se o fator 0,964, num dia em quea temperatura fosse de 60°F, os parâmetros de opera ção do combustível seria reduzido daseguinte forma:

Com potência contínua máxima e fluxo de combustível:

3.650 hp x 0,964 = 3.518 hp e 35 MMBtu/h x 0,964 = 33,7 MMBtu/hFluxo da massa do escape:132.300 lbs/h x 0,964 = 127.537 lbs/h


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Figura III – 2

Perdas nos Dutos de Entradae Saída

Figura III – 3

Fator de Correção doDesempenho em

Relação à Altitude


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V - SISTEMA DE PARTIDA

INTRODUÇÃO

A finalidade do sistema de partida é de retirar a turbina GG da inércia

proporcionando um fluxo de ar para a purga da GG, PT e dutos de exaustão. O sistema departida eletro-hidráulico, utiliza um motor de indução como um motor primário para acionaruma bomba hidráulica de deslocamento variável. Esta bomba fornece pressão de óleonecessária a uma transmissão hidráulica, para dar partida na turbina. Após a purga se iniciaa ignição seguida da combustão, onde com a sustentação da rotação do motor eletro-hidráulico de partida e com o encremento de combustível, o torque no eixo do motor vaireduzindo e a rotação aumentando. Assim segue até o ponto em que o ciclo defuncionamento gere energia suficiente para se auto-sustentar (aproximadamente 60%NGG), nesse ponto o sistema de partida é desacoplado e posteriormente o motor de partidaé desligado. O sistema de partida eletro-hidráulico, se baseia em resumo, num motorhidráulico operado por uma bomba hidráulica, acionada por um motor elétrico.

O sistema de partida também propicia a GG girar a uma velocidade de

aproximadamente 30%, para que possa ser executada a lavagem interna da turbina.

COMPONENTES

Os principais componentes do sistema de partida são:- Motor elétrico- Filtro de óleo- Bomba hidráulica- Motor de arranque hidráulico- Válvulas de alívio

- Sistema de embreagem

O motor elétrico (B330)

O motor é um motor de acionamento elétrico ca, é energizado por meio de umcontator de arranque, que por sua vez é atuado por um sinal de partida proveniente dosistema de controle. O mesmo desenvolve uma rotação em plena carga em torno de 1750rpm à 60 Hz. Funciona com 460 Vca, corrente nominal de 150 A. O motor produzaproximadamente 60 HP destinados à acionar a bomba hidráulica.

Filtro de óleo (FS924)

O filtro de óleo está instalado na linha de entrada de óleo proveniente do tanque delubrificação. O filtro está instalado em um suporte próximo à bomba hidráulica e possui umelemento de filtro de reposição com uma taxa nominal de 10 micra. Uma válvula de alíviointegral permite que óleo seja desviado do filtro caso o elemento fique entupido.


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Bomba hidráulica (P921)

A bomba hidráulica (tipo pistão, de alta pressão de deslocamento variável) está instaladaem uma estrutura de montagem existente no motor elétrico de acionamento elétrico, quepor sua vez está instalado no lado direito da estrutura base do conjunto, próximo aoconjunto do alojamento do compressor da turbina. Os eixos da bomba e do motor elétricoestão alinhados e conectados por meio de um acoplamentos de elos flexíveis. A pressão

máxima de descarga é 5000 psia, entrada máxima de força de 90 HP e a velocidadeoperacional nomimal de 1750 rpm com um ângulo do came de 15 graus.

Figura V - 1Componentes do sistema de partida

Motor de arranque hidráulico (M921)

O motor hidráulico (tipo pistão, de alta pressão e deslocamento variável),

acoplado a embreagem de partida instalada na caixa de acessórios, transmite potência aoeixo da GG na partida da turbina. Durante o ciclo de partida, quando a GG atinge avelocidade de 60%, o motor de arranque é desligado pelo sistema de controle elétrico, e aembreagem começa girar livremente, isto equivale a uma velocidade de 4200 rpm do motorde arranque. O valor total de torque desenvolvido pelo motor de arranque é deaproximadamente 370 lb/pés (500 N.m) a uma pressão hidráulica nominal de 5000 psi e umângulo de 15 graus do came do motor. A regulagem de alívio de alta pressão é 5500 psi e ade baixa 300 psi.


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Válvulas de alívio de alta e baixa pressão

A válvula de alívio de baixa pressão controla a pressão de descarga da bomba (300psig) e de alta pressão tem como função básica segurança do sistema, permitindo o alívioda pressão caso esta exceda o ponto de ajuste (5500 psig). Ambas estão localizadas nomotor hidráulico.

Sistema de embreagem e arranque provem o acoplamento e desacoplamento do

motor ao eixo principal da turbina.

Nota

A bomba e o motor hidráulico possuem combinações de cames, montados emmunhões que controlam o percurso dos pistões da turbina e da bomba pela mudançados ângulos da chapa do came, em resposta aos sinais de pressão provenientes doscontroles servo da bomba e da turbina. O acréscimo ou redução do percurso dos

pistões, de acordo com as necessidades do sistema fluxo e a pressão no circuitoshidráulicos, são minuciosamente controlados de modo a atender as exigênciasoperacionais durante todo o ciclo de partida. Desta forma é obtido, um padrão detorque mais elevado e uma rápida aceleração da turbina, otimizando o motor elétricosem sobrecarregá-lo.

OPERAÇÃO DO SISTEMA

O sistema de partida eletro-hidráulico é ativado automaticamente pelo sistema decontrole elétrico CC. Ao iniciar-se uma sequência de partida da turbina (local), o sistema departida torna-se operante imediatamente após a conclusão do ciclo de pré-lubrificação daturbina. O relé de partida do sistema de controle faz o contato de transferência e o motorelétrico de acionamento da bomba hidráulica é energizado. Quando este motor começa agirar, o came da bomba hidráulica que controla o percurso dos pistões da bomba é mantidona posição correspondente ao ângulo mínimo do came (e percurso mínimo do pistão)graças a ação carregada por mola servo. A carga inicial baixa resultante, permite que omotor elétrico e a bomba hidráulica acelerem a plena velocidade operacional em menos deum segundo, fazendo uma ótima utilização da energia elétrica disponível.

Durante aceleração do motor elétrico, a bomba de carregamento do tipo deengrenagem, de baixa pressão, contida no conjunto da bomba hidráulica, começa a

carregar as linhas de transmissão do sistema, assegurando uma pressão positiva nospistões da bomba e do motor. A pressão é mantida a um nível nominal de 300 psig, atravésda válvula de alívio de baixa pressão, existente no motor hidráulico. A medida que a pressãode carga se acumula no servo da bomba hidráulica, ela é direcionada para a bomba-came-pistão e cilindro atuador, fazendo com que o atuador do pistão aumente o ângulo do came eo percurso dos pistões da bomba. A bomba permanece “em percurso “e a pressão crescerapidamente nas linhas de transmissão de alta pressão. O servo está disposto de forma quea pressão nominal de 5.000 psig mantenha a bobina do servo em equilíbrio (5.000 psi sobreo pino de pressão da bobina servo compensa a pré-carga de mola servo). O came dabomba está posicionado de modo a atingir o percurso da bomba necessário para manter apressão.


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A pressão de carregamento é igualmente sentida pelo servo do motor hidráulico edirecionado para um lado do pistão de atuação do came do motor hidráulico, fazendo comque o atuador do pistão mantenha o came do motor em seu ângulo mínimo deaproximadamente 5 graus. Tão logo a bomba hidráulica funcione “em percurso”, a pressão

se eleva nas linhas de transmissão de alta pressão provocando uma mudança na posiçãobobina do servo do motor hidráulico ( a pressão exercida sobre o pino de pressão de bobinado servo é maior do que a pré-carga de mola-servo ). A pressão do servo é então aplicadaao lado oposto do pistão de atuação do came do motor hidráulico, fazendo com que oatuador do pistão mova o came do motor em direção ao seu ângulo máximo(aproximadamente 15 graus) a medida que a pressão aumenta, e os pistões da turbinahidráulico movem-se em direção a posição de percurso máximo. O motor a começa girarlentamente em alto torque(aproximadamente 90 HP) proveniente do fluxo de pressãohidráulica do circuito de transmissão do sistema de partida, fazendo a geradora de gásacelerar. O excesso de pressão /fluxo é desviado por meio da válvula de alívio de altapressão.

O circuito hidráulico foi projetado para desenvolver uma potência de

aproximadamente 90 HP. Isto exige um programa de fluxo/pressão no qual o fluxo érapidamente aumentado em oposição a uma pressão inicial constante até que o nível depotência desejado seja obtido (aproximadamente 20% NGG). A pressão do sistemacomeçará então a cair enquanto o fluxo aumenta a uma razão determinada pelatemperatura do óleo. Isto na verdade constitui o programa de fluxo/pressão do sistema, oqual é determinado pela disposição dos mecanismo do servo da bomba para manter aentrada de potência do sistema dentro dos limites necessários para evitar uma sobrecarga.

O programa de fluxo/pressão é controlado mecanicamente por um came deregeneração e um transportador incorporados no servo da bomba hidráulica. Quando oatuador do pistão do came da bomba se move para variar o percurso dos pistões, os pivôsdo came de retroalimentação e a lâmina do transportador mudam progressivamente àposição da luva da bobina do servo. Consequentemente, ocorre uma mudança no programa

de fluxo/pressão, determinada pela curvatura do came de retroalimentação.A medida que o motor hidráulico acelera e a demanda de fluxo do sistema

aumenta, a bomba hidráulica aumentará o percurso dos pistões da bomba com a finalidadede manter a pressão nominal exigida de 5000 psi na linha de transmissão de alta pressão,até que o nível de potência determinado seja alcançado. Neste momento, que correspondeà partida da ação do came de retroalimentação, o sistema começará a aumentar o fluxo emoposição à diminuição da pressão ao longo da linha de potência pré-determinada. Amedida que a pressão do sistema cai lentamente a um valor nominal de 3.500 psi, opercurso dos pistões do motor hidráulico diminui, e o motor continua a acelerar a uma taxaaproximadamente constante de pressão e rendimento da bomba hidráulica. Os programasde fluxo/pressão da bomba e do motor hidráulicos estão combinados e regulados de modo

que seja obtido o rendimento máximo no acionamento do arranque.


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Figura V - 2(Figura 4 bmp)Esquemático do Sistema de Partida Eletro-Hidrálico


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Figura V - 3 (Figura 6.bmp)Esquemático Funcional do sistema de Partida


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Figura V.ASistema de Partida pneumático dos TC’s de P-24


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VI - SISTEMA DE GÁS COMBUSTÍVEL

INTRODUÇÃO

O sistema de combustível, em conjunto com o sistema elétrico de controle e o sistema de ar,tem o objetivo principal de suprir gás com pressão e vazão reguladas, para manter uma misturaadequada de ar/gás no interior da câmara de combustão da turbina, a fim de manter uma queima

controlada na sua aceleração, desaceleração e operação normal. O sistema possui controles delimitação (topping) para sobrevelocidades e sobretemperatura através de redução do fluxo decombustível, possuindo também dispositivos para parada automática no caso de mau-funcionamentodos componentes do sistema de gás combustível.

O gás para suprimento do sistema deverá ter vazão de 700 scfm (19Nm3/min), uma pressãoentre 165 e 200 psig e atender a especificação Solar ES9-98. Basicamente, o gás deverá ter o valordo poder calorífico inferior entre 800 e 1100 Btu/scf e deverá ser livre de enxofre, água adsorvida,contaminantes e hidrocarbonetos líquidos (condensado ou petróleo).

Uma porção do suprimento de gás combustível é utilizado para operar o sistema de válvulaspiloto. O sistema de gás piloto também requer uma pressão de gás entre 165 a 200 psig.

COMPONENTES

Filtro de entrada de gás combustível (FS931)

O filtro de entrada de gás combustível é de 2” tipo “Y”, com dreno, e tela cilíndrica lavável comfuros de 0,8 mm.

Pressostatos de alta e baixa pressão de gás combustível (S386-1, S386-2)

Os pressostatos de baixa e alta pressão (S386-1 e S386-2) monitoram a pressão de gáscombustível aplicada a válvula primária de corte. Os pressostatos normalmente transferem seuscontatos (abrem) com o aumento da pressão acima do seu set de alta, e retransferem (fecham) com aqueda da pressão abaixo do seu set de baixa. Os pressostatos causam parada da turbina caso apressão de gás combustível aplicada a válvula primária de corte. Os pressostatos normalmentetransferem seus contatos (abrem) com o aumento da pressão acima do seu set de alta, e

retransferem (fecham) com a queda da pressão abaixo do seu set de baixa. Os pressostatos causamparada da turbina caso a pressão de gás combustível esteja fora dos limites pré-determinados. Ospressostatos necessitam que a pressão vá abaixo ou acima dos valores de reset para que os contatosretransfiram. Um manômetro de 0 a 300 psi, colocado em paralelo com os pressostatos, indica apressão de gás combustível.

Na partida da turbina existe outro pressostato, instalado posteriormente, que permite o inícioda operação com 110 psi.

Set do pressostato de alta pressão (S386-2):

Set do pressostato de baixa pressão (S386-1):

Indicador de pressão de gás combustível (PI931)

Um manômetro de 0 a 300 psi é utilizado para iniciar a pressão de gás combustível e estáinstalado no painel de controle da turbina.

205 + 3 psi subindo.174 + 17 psi descendo.165 + 3 psi subindo.143 + 17 psi descendo.


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Figura VI - 1Componentes do Sistema de Gás Combustível


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Pressostato de seqüência de válvula gás de combustível (S342)

Durante o ciclo de partida, o pressostato S342 verifica o funcionamento da válvula primária esecundária de corte de gás combustível. Se uma das válvulas não estiver operando corretamente, opressostato não irá fechar e isto provocará a parada da turbina quando esta atingir 15% NGG. Seráindicado no painel de falhas da turbina.

O set do pressostato de teste da válvula de corte é 53 + 2.1 psi subindo e 49 + 0.8 psidescendo.

Filtro de gás piloto (FS932)

O filtro de gás piloto está localizado a montante das válvulas piloto L341, L342-1 e L342-2. Ofiltro possui elemento substituível de 10 micra.

Válvula de alívio de gás piloto (VR931)

Uma válvula de alívio, normalmente fechada, protege as válvulas primária e secundária contrauma pressão excessiva de gás piloto. A válvula é calibrada para abrir com 200 psi.

Válvulas piloto da válvula primária (L341-1 E 341-2)

As válvulas solenóides L341 e L341-2 são do tipo 3 vias normalmente fechada e controlam a

pressão de gás piloto para abrir e fechar a válvula primária de corte. A válvula de corte primária estaránormalmente fechada quando as válvulas piloto estiverem desenergizadas.

Válvula de corte primária (V2P931)A válvula primária de corte de gás combustível é pneumaticamente atuada, para a posição

totalmente aberta ou posição totalmente fechada, por pressão de gás piloto. Quando as válvulas pilotoL341-1 e L341-2 são energizadas a pressão de gás piloto é aplicada para abrir a válvula primária.Desenergizada, as válvulas piloto ventam a pressão piloto de um lado da válvula primária e aplicampressão ao outro lado, fechando a válvula.

Válvula de corte secundária (V2P932)A válvula secundária de corte de gás combustível possui um diafragma atuador de borracha,

que fecha a válvula com aplicação de pressão piloto. Uma válvula solenóide piloto (L342), é do tipo

carregada por mola, fecha a válvula secundária quando desenergizada. Quando energizada, apressão piloto é ventada e a válvula secundária abre forçada pela pressão do fluxo de gáscombustível (caso a válvula primária esteja aberta).

Válvula reguladora de gás combustível (VGF931) - (válvula Loader)

Durante a operação de turbina, a válvula contro

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Turbina Centaur