CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
SEÇÃO 2 PRINCÍPIOS BÁSICOS DE TURBINAS A GÁS
Princípios Básicos de Turbinas a Gás
2-1
CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
CARGA
CARGA
CARGA
MOTOR
MOTOR MOTOR
ADMISSÃO DEAR
PALHETAS DO COMPRESSOR ALETAS DO DIFUSOR ESTATOR EST T IC ICO
COMBUSTOR ESCAPE
CARGA COMBUSTÍVEL DENTRO
MOTOR
TURBINA PEÇAS ESTÁTICAS
PEÇAS GIRATÓRIAS
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE TURBINAS A GÁS
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE TURBINAS A GÁS Os desenhos dos balões acima ilustram os princípios básicos pelos q uais os motores de turbina a gás operam. O air comprimido comprimido dentro de um balão, como em (A) acima, exerce força dentro dos limites do balão. O ar, que pesa e ocupa espaço, tem por definição massa. A massa de ar é proporcional à sua densidade e a densidade é proporcional à temperatura e pressão. As moléculas de ar são afastadas para mais longe conforme a temperatura e a pressão aumentam e ficam mais próximoas à medida que a temperatura e a pressão diminuem, conforme declarado na lei de Boyle e Charles ( PV/T ). PV/T = K ). A massa de ar confinada dentro do balão acelera a partir do balão, criando uma força quando é liberada como em (B) acima. Esta força aumenta conforme a massa massa e a aceleração aumentam, conforme declarado F = MA). A força criada pela aceleração da massa na segunda lei de Newon ( F massa de ar dentro do balão resulta resulta em uma força igual e oposta que faz com que o balão seja impulsionado na direção oposta, conforme a terceira lei de Newton. (Toda ação produz uma reação igual e oposta). A reposição do ar dentro do balão, como em (C) acima, sustenta a força e, embora não prático, permite que uma carga seja acionada pela força da massa de ar acelerando e acionando uma turbina, como em (D) acima.
Princípios Básicos de Turbinas a Gás
2-2
CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
Em (E) acima, está ilustrado um meio mais prático de sustentar a força de uma massa de ar acelerando utilizada para acionar uma carga. Um alojamento contém um volume de ar fixo, que é comprimido por um compressor acionado por motor. A aceleração do ar comprimido do alojamento aciona uma uma turbina conectada à carga. Em (F) acima, o combustível é injetado entre o compressor e a turbina para acelerar ainda mais a massa de ar, multiplicando então a força usada para acionar a carga. Em (G) acima, o motor é removido e o compressor é acionado por uma porção do gás de combustão, tornando o motor auto-suficiente enquanto houver combustível suprido. Em (H) acima, está representada uma operação típica de turbina turbina a gás. O ar de admissão é comprimido, comprimido, misturado com combustível e incendido. incendido. O gás quente é expandido por uma turbina turbina para fornecer energia mecânica e escapado para a atmosfera.
Princípios Básicos de Turbinas a Gás
2-3
CONJUNTO GERADOR LM6000
ADMISSÃO DE AR
PALHETAS DO COMPRESSOR
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
DIFUSOR
ALETAS DO ESTATOR (ESTÁTICO)
COMBUSTOR
ESCAPE
ALETAS DO ESTATOR (ESTÁTICO) OU TURBINA BOCAIS
PROCESSO CONVERGENTE-DIVERGENTE CONVERGENTE-DIVERGENTE
PRESSÃO
CICLO DE BRAYTON DE VOLUME (MOTOR DE TURBINA A GÁS)
CICLO BRAYTON
CICLO BRAYTON BRAYTON Cinco processos ocorrem com os motores de turbina a gás, conforme conforme ilustrado acima. Esses processos, primeiro descritos por George Brayton e chamados de ciclo Brayton, ocorrem em todos os motores de combustão interna. Os passos Brayton Brayton são os seguintes: seguintes:
A compressão ocorre entre a admissão e saída do compressor (Linha A-B). Durante este processo, processo, a pressão e temperatura do ar aumentam.
A combustão ocorre na câmara e combustão onde o combustível e o ar são misturados para proporções explosivas e incendidos. A adição de calor provoca um grande aumento de volume (Linha B-C).
A expansão ocorre à medida que o gás quente é acelerado a partir da câmara de combustão. Os gases a pressão constante e aumento de volume entram na turbina e se expandem por ela. O tamanho das passagems também aumenta, o que permite um maior aumento de volume e grande redução de pressão e temperatura (Linha C-D).
Princípios Básicos de Turbinas a Gás
2-4
CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
PRESSÃO DE DESCARGA DO HPC PRESSÃO DE ADMISSÃO DO HPC PRESSÃO DE ADMISSÃO DO LPT
I S P
F S U A R G
PRESSÃO DE ESCAPE DO DIFUSOR
PRESSÃO DE ADMISSÃO DO HPC PRESSÃO DE ADMISSÃO DO LPC
ESTAÇÕES PARA O LM6000
O escape ocorre na chaminé de escape do motor com grande queda de volume e a pressão constante (Linha D-A).
O número de estágios de compressão e o arranjo de turbinas que convertem a energia do gás quente acelerado em energia mecânica são variáveis de projeto. No entanto, a operação básica de todas as turbinas a gás é a mesma.
CONDUTOS CONVERGENTES E DIVERGENTES Os compressores em motores de turbinas a gás usan condutos convergentes e divergentes para gerar as a lta pressões necessária para (a) oferecer uma “pressão de parede,” evitando que a expansão do gás quemte saia pela admissão do motor, assim como pelo escape; e (b) forneça a devida proporção de ar-para-combustível para uma combustão e resfriamento eficientes da câmara de combustão. A pressão diminui pelos condutos convergentes e aumenta pelos condutos divergentes, um fenômeno que é demonstrado em equipamentos de borrifamento de tinta. O ar comprimento, forçado por um conduto convergente, gera uma pressão mais baixa através de uma seção estreita para puxar a tinta. A expansão através de uma seção divergente então aumenta a pressão e volume de ar, dispersando a tinta em forma de névoa atomizada.
Princípios Básicos de Turbinas a Gás
2-5
CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
GRANDE VOLUME PEQUENO VOLUME
ROTOR
BAIXA VELOCIDADE
ALTA VELOCIDADE
ALTA PRESSÃO PRESSÃO BAIXA
COMPRESSOR DE FLUXO AXIAL
COMPRESSOR DE FLUXO AXIAL A ilustração acima mostra um compressor de fluxo axial. Ele comprime um grande volume de ar de baixa pressão a baixa velocidade em um pequeno volume de ar de alta velocidad e a alta pressão. Uma aparente contradição na operação do compressor de fluxo axial é que a alta pressão é gerada embora a forma divergente geral aparentaria causar uma pressão de saída mais baixa. A pressão de saída é aumentada pela divergência em cada seção estática interestágio. As palhetas rotativas do compressor entre cada estágio estático aumentam a velocidade do ar sendo comprimido.
PÁS-FIXAS DE ENTRADA As aletas fixas de admissão dirigem, ou alinham, o fluxo de ar para a primeira seção de palheta rotativa onde a velocidade aumenta pela adição de energia. A seção seguinte de aleta do estator é divergente, fornecendo um aumento em pressão estática e uma redução na velocidade do ar. O fluxo de ar então penetra no segundo estágio a uma velocidade e pressão iniciais mais elevadas do que na entrada para o estágio anterior. Cada estágio subseqüente fornece um aumento incremental de velocidade e pressão estática até que o nível de pressão e velocidade desejado seja alcançado.
Princípios Básicos de Turbinas a Gás
2-6
CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
ESTATOR
FLUXO DE AR
ALETAS DIRETRIZES DE ADMISSÃO
ALETAS DO ESTATOR
FLUXO DE AR
PALHETAS ROTATIVAS
ALETAS FIXAS DE ADMISSÃO
ALETAS FIXAS DE ADMISSÃO Algumas aletas do estator do compressor são projetadas para mover mudando a sua divergência, permitindo que a regulagem da pressão de saída e velocidade do compressor atinja a devida proporção de ar para combustão de combustível e resfriamento versus a velocidade do motor e rendimento de força.
Princípios Básicos de Turbinas a Gás
2-7
CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
TOTAL DE QUEIMA
TOTAL DE DILUIÇÃO
APORCIONAMENTO DO FLUXO DE AR
AR DE RESFRIAMENTO/DILUIÇÃO AR DE COMBUSTÃO
PADRÕES DE ESTABILIZAÇÃO DE CHAMA E FLUXO GERAL
PADRÕES DE ESTABILIZAÇÃO DE CHAMAS E FLUXO GERAL Os padrões de estabilização de chamas e fluxo geral são ilustrados acima para uma câmara de combustão típica “tipo lata.” Embora os motores modernos usem uma câmara de combustão anular contínua, o tipo lata simplifica a ilustração das técnicas de resfriamento e combu stão usadas em todas as câmaras de combustão. A temperatura da chama ilustrada no centro do combustor é de aproximadamente 3200° F na sua ponta quando o motor está operando com carga total. Os metais usados na construção da câmara de combustão não são capazes de suportar temperaturas nesta faixa. Portanto, o design apresenta passagens de fluxo de ar entre as paredes internas e externas da câmara para resfriamento e moldar a chama. O ar fluindo para dentro da câmara interna é direcinado através de pequenos orifícios para moldar a chama, centralizando-a dentro da câmara para evitar contato com as paredes da câmara. Aproximadamente 82% do fluxo de ar para dentro das câmaras de combustão é usado para refriamento e para moldar a chama. Apenas 18% é usado para combustão de combustível.
Princípios Básicos de Turbinas a Gás
2-8
CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
A regulagem de fluxo de combustível determina a velocidade do motor. O controle da aleta do estator no compressor controla a pressão e velocidade para dentro da câmara de combustão como função da velocidade do compressor. BOCAL FIXO ESTÁGIO 1 ROTAÇÃO
PALHETAS ROTATIVAS ESTÁGIO 1
BOCAL FIXO ESTÁGIO 2
PALHETAS ROTATIVAS ESTÁGIO 2
AR
GÁS QUENTE
ROTAÇÃO
ROTAÇÃO
TURBINA DE ALTA PRESSÃO (TÍPICO PARA TURBINA DE BAIXA PRESSÃO)
ACIONAMENTO DE TURBINA TIPO REAÇÃO DE IMPULSO
ACIONAMENTO DE TURBINA TIPO REAÇÃO DE IMPULSO As turbinas que acionam os compressores LM6000 são do tipo “reação de impulso” projetadas para máxima eficiência na conversão de fluxo de gás quente para energia mecânica rotacional. Um bocal fixo de primeiro estágio direciona o fluxo para dentro das palhetas rotativas do primeiro estágio. O impulso da expansão de gás quente na superfície inferior de cada palheta rotativa propulsiona moção no sentido ascendente. O fluxo de gás quente acima da palheta seguinte cria uma pressão mais baixa acima da palheta como se fosse acima da asa de um avião, provocando força rotacional adicional. Os estágios subseqüentes operam de maneira idêntica, multiplicando a força rotacional. As turbinas que acionam os compressores ou outras cargas consistem de vários estágios, dependendo da carga acionada e outras considerações de design.
Princípios Básicos de Turbinas a Gás
2-9
CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
SEÇÃO 2A
DETALHES DE CONSTRUÇÃO DO LM6000
Detalhes de Construção do LM6000
2-10
CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
TURBINA DE BAIXA PRESSÃO (5 ESTÁGIOS) COMBUSTOR COMPRESSOR DE BAIXA PRESSÃO (5 ESTÁGIOS)
TURBINA DE ALTA PRESSÃO (2 ESTÁGIOS) COMPRESSOR DE ALTA PRESSÃO (14 ESTÁGIOS)
MOTOR DE TURBINA A GÁS LM6000 TÍPICO
GENERALIDADES SOBRE O MOTOR O motor de turbina a gás General Electric LM 6000 é um motor a gás estacionário derivado da família dos motores a jato CF6. A versão do motor para aeronave, o turbo-ventilador CF6-80C2 é usado para acionar os Boeing 747-400 e várias outras aeronaves comercais de “grande capacidade.” A experiência e tecnologia do CF6-80C2 e o comprovado LM2500 foram aplicados ao LM6000 para tornálo um dos motores mais eficientes e confiáveis atualmente no mercado. O motor de turbina a gás LM6000 foi introduzido em 1992 como parte do continuado desenvolvimento de motores de turbina aero-derivativas da General Electric (uma turbina a gás primeiramente projetada como um motor de vôo e depois reprojetado para uso industrial). O CF6-80C2 e o LM6000 possuem um total combinado de mais de 30 milhões de horas operacionais. Os motores de turbina da General Electric possuem uma disponibilidade geral de 99,6%. A série LM (Terrestre e Marinha) dos motores de turbinas a gás inclui os seguintes tipos: LM500, LM1500 (obsoleto), LM1600, LM2500, LM2500+, LM5000 (obsoleto) e LM6000. Esses motores variam em rendimento de força de 14 MW a 50 MW. Os seguintes componentes foram modificados para converter o CF6-80C2 para o LM6000:
Ventilador frontal removido e aletas fixas de admissão adicionadas. Compressor LP do CF6-50 / LM5000 usado. Estruturas dianteiras e traseiras adaptadas. Eixos de saída adicionados na frente do LPC e traseira da LPT.
Detalhes de Construção do LM6000
2-11
CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
Mancal 7R adicionado. Novo sistema de combustível industrial adicionado. Disco de equilíbrio adicionado à LPT. Sistema de controle hidráulico para a geometria variável adicionado.
O motor de turbina a gás LM6000 é um motor de turbina de eixo de acionamento concêntrico de rotor duplo, capaz de acionar uma carga a partir da frente e/ou traseira do rotor de baixa pressão (LP). Os principais componentes consistem de um conjunto de aleta fixa de admissão variável (VIGV) ou conjunto de estrutura de admissão, um compressor de baixa pressão de 5 estágios (LPC), um compressor de alta presão(HPC) de geometria variável de 14 estágios, um combustor anular, uma turbina de alta pressão de 2 estágios (HPT), uma turbina de baixa pressão de 5 estágios (LPT), um conjunto de caixa de engrenagens de acessórios (AGB) e acessórios. O rotor de baixa pressão (LP) consiste do LPC e da LPT que o aciona. Flanges de conexão são fornecidas tanto na frente como na traseira do rotor LP para conexão com o eixo de força e carga fornecidos pelo montador. O rotor de alta pressão consiste do HPC de 14 estágios e HPT de 2 estágios que o aciona. O núcleo de alta pressão (HP) consiste do HPC, do combustor, e da HPT. As turbinas de alta e baixa pressão acionam os compressores de alta e baixa pressão através de eixos de acionamento conêntricos. O ar penetra na turbina a gás nas VIGVs e penetra no LPC. O LPC comprime o ar numa proporção de aproximadamente 2,4:1. O ar saindo do LPC é direcionado para dentro do HPC. As válvulas de derivação variáveis (VBVs) são arranjadas na passagem de fluxo entre os dois compressores para regular o fluxo de ar entrando no HPC em march lenta e baixa potência. Para maior controle do fluxo de ar, o HPC é equipado com aletas de estator variáveis (VSVs). O HPC comprime o ar para uma proporção de aproximadamente 12:1, resultando em uma proporção de compressão total de 30:1, relativa ao ambiente. A partir do HPC, o ar é direcionado para dentro da seção do combustor anular, onde se mistura com o combustível dos 30 bocais de combustíl. Um ignitor inicialmente incende a mistura de combustível-ar e, quando a combustão fica auto-sustentável, o ignitor é desligado. O gás quente que resulta da combustão é redirecionado para dentro da HPT que aciona o HPC. Este gás se expande mais pela LPT, que aciona o LPC e a carga de saída.
Detalhes de Construção do LM6000
2-12
CONJUNTO GERADOR LM6000
COMPRESSOR DE BAIXA PRESSÃO
CÁRTER A
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
COMPRESSOR DE ALTA PRESSÃO
TURBINA DE ALTA PRESSÃO
CÁRTER B-C
TURBINA DE BAIXA PRESSÃO
CÁRTER D-E
MANCAIS E CÁRTERES
MANCAIS E CÁRTERES Oito mancais de roletes e de esfera sustentam os componentes rotativos e as cargas ae rodinâmicas do LM6000. Esses mancais anti-atrito são montados com um conjunto de caixa e pista. Por natureza, os mancais não geram muito calor resultante de atrito. No entanto, eles absorvem o calor transmitido da trajetória de gás quente do motor e, devido a isso, o óleo lubrificante é suprido para os mancais tanto para lubrificação como para resfriamento. Os mancais de roletes sustentam as cargas radiais e as cargas de empuxo axial são sustentadas por mancais de esfera. Estes mancais estão localizados nas áreas dos cárteres A-, B-, C-, D-, e E. O cárter A aloja os mancais No. 1B, No. 2R e No. 3R. O mancal No. 1B é um mancal de encosto tipo esfera que carrega as cargas de empuxo para o LPR (LPC e LPT). O mancal No. 2R sustenta o rotor do compressor de baixa pressão (LPCR) e o mancal No. 3R sustenta o eixo dianteiro do rotor do compressor de alta pressão (HPCR). Os cárteres B e C alojam o mancal No. 4R, o mancal No. 4B e o mancal No. 5R. O mancal No. 4R sustenta o eixo posterior do HPCR. O mancal No. 4B carrega as cargas de empuxo para o HPR (HPC e HPT). O mancal No. 5R sustenta o rotor da turbina de alta pressão (HPTR) no sei eixo dianteiro. Os cárteres D e E alojam os mancais No. 6R e No. 7R. O mancal No. 6R sustenta a extremidade dianteira do eixo do rotor da turbina de baixa-pressão (LPTR). O mancal No. 7R sustenta a extremidade posterior do eixo LPTR e o sistema de pistão equilibrador. Os selos tipo labirinto controlam o fluxo de a r para dentro das áreas dos cárteres para evitar o consumo de excesso de óleo. O cárter A drena para dentro da caixa de engrenagens da turbina (TGB) através do mesmo
Detalhes de Construção do LM6000
2-13
CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
montante da estrutura frontal que aloja o eixo da caixa de engrenagens. O óleo é então retornado pela caixa de engrenagens. As zonas dos mancais No. 4R/4B e No. 5R dos cárteres B e C são individualmente retornados, asscim como as zonas dos mancais No. 6R e No. 7R do cárter D e E. Todos os cárteres emitem ar borrifante e são ventilados para um volume de separador de ar-óleo fornecido pelo montador.
PRINCIPAIS COMPONENTES
PRINCIPAIS COMPONENTES A ilustração acima é uma vista ampliada do motor da turbina a gás LM6000 e ilustra os principais componentes do motor. Cada um desses componentes é descrito com maiores detalhes nas páginas desta seção:
Conjunto de aletas diretrizes de entrada variáveis (VIGV) Conjunto do compressor de baixa-pressão (LPC) Coletor de ar derivado do compressor de baixa pressão Conjunto da estrutura dianteira do compressor de baixa pressão Conjunto do compressor de alta pressão (HPC) Conjunto da estrutura traseira do compressor Conjunto do combustor Conjunto da turbina de alta pressão Conjunto da turbina de baixa pressão Conjunto da estrutura traseira da turbina Caixa de engrenagens dos acessórios
Detalhes de Construção do LM6000
2-14
CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
ANEL DE ATUAÇÃO ABERTO FECHADO
ATUADOR
CONJUNTO DE ALETAS DIRETRIZES DE ENTRADA VARIÁVEIS
C ONJUNTO DE ALETAS DIRETRIZES DE E NTRADA V ARIÁVEIS A seção de entrada de ar é projetada para ter contato com um duto de admissão radial (que permite que o ar de admissão seja recolhido pela parte lateral ou de cima ao invés de pela frente) ou um sistema de admissão axial. O duto de admissão radial é compatível com as instalações de acionamento diantiera ou traseira,; a admissão axial só pode ser usada nas instalações de acionamento traseiro. O conjunto VIGV está localizado na parte dianteira do LPC. Ele permite a modulação de fluxo com força parcial, resultando em maior eficiência do motor. O sistema VIGV consiste de 43 aletas estacionárias de estremidade de ataque e abas variáveis de fuga. As abas variáveis podem ser giradas de –10 graus abertas para +60 graus fechadas por meio de um anel de atuação que é acionado por atuadores hidráulicos idênticos nas posições 3 horas e 9 horas. Ambos os atuadores são equipado com transformadores lineares variáveis-diferenciais (LVDTs). A operação normal do motor é de aproximadamente –5 graus aberto (força total) a +35 graus fechado (em marcha lenta). As abas também se fecham durante grandes reduções de força para reduzir rapidamente a taxa de fluxo do LPC para manter a margem de perda (estól) do LPC. O controle fornecido pelo montador é projetado para fornecer excitação e condicionamento de sinal para ambas os LVDTs e para controlar a posição da VIGV por meio de programação de loop fechado da posição do atuador da VIGV, baseado na temperatura de admissão do LPC (T2) e pressão estática de descarga do HPC (PS3) corrigida para condições de pressão de admissão da turbina a gás (P0). O Sistema VIGV melhor o desempenho tanto para o ciclo simples como para o ciclo de recuperação de calor. Ele também ajuda a minimizar os níveis de fluxo e pressão da VBV, reduzindo assim o ruído de fluxo associado. Um selo pressurizado rotativo entre o cubo da VIGV e o rotor do LPC evitam a
Detalhes de Construção do LM6000
2-15
CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
ingestão de ar não filtrado para a trajetória do fluxo. O motor LM6000 PC pode ser fornecido com ou sem o conjunto VIGV. Os modelos LM6000 PC sem o conjunto VIGV possuem uma estrutura de admissão de 43 montantes. CAIXA DO LPC (METADE SUPERIOR)
ROTOR DA CAIXA DO LPC
ESTRUTURA DIANTEIRA DO COMPRESSOR CAIXA DO LPC (METADE INFERIOR)
CONJUNTO DO COMPRESSOR DE BAIXA PRESSÃO (LPC)
C ONJUNTO DO C OMPRESSOR DE BAIXA P RESSÃO (LPC) O LM6000 LPC é um compressor de fluxo axial de 5 estágios com um estator fixo de 5 estágios. A caixa do estator LPC contém as aletas do estator para o rotor LPC. A caixa é horizontalmente dividida para facilitar o reparo. O motor possui uma sonda cada para medir a temperatura total de admissão do LPC (T2) e pressão total de admissão do LPC (P2) ambos montados na caixa da VIGV.
R OTOR LPC Discos individuais são usados nos estágios 0 e 1. Os estágios 2 a 4 do rotor do LPC são um carretel integral. As palhetas dos estágios 0 e 1 foram modificadas para incluir pontas squealer. As palhetas do estágio 0 são individualmente retidas nas ranhuras axiais de cauda de andorinha do disco por um rententor de palheta de uma peça. As palhetas dos estágios 1 a 4 do LPC são retidas em ranhuras circunferenciais no disco do estágio 1 e carretel dos estágios 2 a 4. As características de retenção de palheta permitem a reposição individual das palhetas. As palhetas dos estágios 0 a 3 podem ser removi das sem precisar remover o rotor. À medida que o compressor gira, as palhetas carregam centrifugamente e ficam ajustadas. Detalhes de Construção do LM6000
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
S TATOR LPC As aletas do estator dos estágios 0 a 2 são repostas individualmente. As aletas têum anel de ajustagem para reduzir a sua resposta às forças aerodinâmicas. Tiras de desgaste são utilizadas entre as caudas de andorinha das aletas e as ranhuras da carcaça do LPC. A carcaça do estágio 3 é uma caixa completamente circunferencial e é revestida com material de colméia sobre as pontas das plahetas do rotor. As aletas do estágio 3 são presas com parafuso no flange dianteiro da caixa do estágio 3. As aletas do estator do estágio 4 são montadas na estrutura dianteira e sustentadas no diâmetro interno por uma estrutura de suporte presa com parafusos na estrutura dianteira do motor. PORTA DE DERIVAÇÃO
ANEL DE ATUAÇÃO MANIVELA EM COTOVELO ATUADOR
DERIVAÇÃO-COLETOR DE AR DO COMPRESSOR DE BAIXA PRESSÃO
DERIVAÇÃO -C OLETOR DE AR DO C OMPRESSOR DE B AIXA P RESSÃO A derivação-coletor de ar do LPC é um duto conectado à estrutura dianteira. Ele coleta o ar de descarga do LPC, ventilado através das portas de derivação do LPC, e direciona o ar para for a através do duto fornecido pelo montador.
S ISTEMA DE V ÁLVULA DE DERIVAÇÃO V ARIÁVEL O sistema da válvula de derivação variável (VBV) está localizado no conjunto da estrutura dianteira. Este sistema é usado para ventilar o ar de descarga do LPC para for a através da derivação-coletor de ar Detalhes de Construção do LM6000
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
do LPC para manter a margem de estól do LPC durante a partida, operação de força parcial, e grandes transientes de força. O sistema VBV consiste de 12 válvulas de derivação de posições variáveis, 6 atuadores da VBV (dois com LVDTs) 6 manivelas em cotovelo, 12 manivelas em cotovelo da porta VBV, e um anel de atuação. Os atuadores são instaladas nas posições 1 horas, 3 horas, 5 horas, 7 horas, 9 horas e 11 horas no motor. Os seis atuadores são posicionados com uma porta da VBV em cada lado de cada atuador. As manivelas de cotovelo e varetas impulsoras conectam mecanicamente os atuadores, o anel de atuação e as portas da VBV. O atuador posicione o anel de atuação, que abre e fecha as portas da VBV. Os atuadores da posição 5 horas e 11 horas são equipados com LVDTs integrais para indicação de posição. O controle fornecido pelo montador é projetado para fornecer excitação e condicionamento de signal para ambos os LVDTs e para controlar a posição da VBV por meio da programação de loop fechado da posição do atuador da VBV, baseado na temperatura de admissão do LPC (T2) e velocidade do rotor de alta pressão (HP) corrigida para as condições de admissão (XN25R2).
PORTA E ATUADOR DA VÁLVULA DE PURGA VARIÁVEL
Detalhes de Construção do LM6000
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
CAIXA DO LPC (METADE SUPERIOR)
ROTOR DA CAIXA DO LPC
ESTRUTURA DIANTEIRA DO COMPRESSOR CAIXA DO LPC (METADE INFERIOR)
CONJUNTO DA ESTRUTURA DIANTEIRA DO COMPRESSOR DE BAIXA PRESSÃO
C ONJUNTO DA E STRUTURA DIANTEIRA DO C OMPRESSOR DE B AIXA P RESSÃO A estrutura dianteira é uma importante estrutura que oferece suporte para o rotor do LPC e extremidade dianteira do rotor do HPC através dos mancais No. 1B, No. 2R e No. 3R. A estrutura também forma uma trajetória de fluxo de ar entre a admissão do LPC e do HPC. As provisões de montagem do motor dianteiro estão localizados nas posições 3 horas e 9 horas da estrutura dianteira. Duas almofadas estão incluídas na caixa externa da estrutura para montagem dos sensores de temperatura de admissão do HPC T25 e do sensor de pressão do HPC P25. Os sensores fornecem informações de controle para o sistema de gerenciamento de combustível. A estrutura dianteira é feita de fundição de aço de alta resistência. Seis montantes radiais com afastamento igual são usados entre o cuto e a caixa externa para fornecer suporte ao cubo interno. Doze portas de válvula de derivação de posição variável estão localizadas na parede externa para a purga de descarga do LPC. A estrutura dianteira contém o cárter A do motor, que inclui um mancal de encosto (1B) e os mancais de roletes (2R) que sustentam o rotor do LPC, e um mancal de rolete (3R) que sustenta a extremidade dianteira do rotor do HPC. O suprimento de óleo lubrificante e linhas de retorno para o cárter A dirigidos dentro dos montantes da estrutura. A caixa de engrenagens de admissão está localizada no cárter A com o eixo de acionamento radial se estendendo para for a através do montante localizado na posição 6 horas. Detalhes de Construção do LM6000
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
CAIXA DO HPC (METADE SUPERIOR)
ROTOR DO HPC
CAIXA DO HPC (METADE INFERIOR)
CONJUNTO DO COMPRESSOR DE ALTA PRESSÃO (HPC)
C ONJUNTO DO C OMPRESSOR DE ALTA P RESS ÃO O HPC LM6000 é um compressor de fluxo axial de 14 estágios. Ele incorpora VIGVs e estatores variáveis nos estágios 0-5 para fornecer uma operação sem estól e alta eficiência durante toda a partida e operação. As provisões para ar de purga usado pelos clientes se encontram disponíveis no estágio 8 e na descarga do compressor. O ar de purga e ar de descarga do compressor do sétimo e undécimo estágio são extraídos para resfriamento e pressurização dos componentes do motor e do cárter do mancal. O ar de descarga do compressor também é usado para purgar o sistema de injeção de vapor do combustor.
Detalhes de Construção do LM6000
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
R OTOR DO HPC O rotor do HPC é um conjunto preso por parafusos de cinco elementos importantes que consiste de um disco do estágio 1, um disco do estágio 2 com um eixo dianteiro integral, carretel dos estágios 3 a 9, um disco no estágio 10, e carretel nos estágios 11 a 14 com um eixo traseiro integral. Esses elementos estruturais são conectados através de juntas totalmente rebaixados no estágio 2 e estágio 10. As palhetas dos estágios 1 e 2 são individualmente retidas nas ranhuras axiais de cauda de andorinha, e as palhetas restantes são presas nas ranhuras circunferenciais de cauda de andorinha. Essas características permitem a reposição individual das palhetas do estágio 1 sem que seja preciso desmontar o rotor. As palhetas do estágio 1 são encapadas a meio vão no sentido de reduzir o esforço vibratório. Todas as demais palhetas são montadas em cantiléver a partir da estrutura do rotor.
E STATOR DO HPC O estator do HPC consiste de uma caixa de estator fundida que contém as palhetas do estator do compressor. As aletas diretries de admissão e as aletas dos estágios de 1 a 5 podem ser giradas em torno do eixo dos seus munhões de montagem para variar a inclinação dos aerofólios na trajetória de fluxo do compressor. Os aerofólios das aletas nos demais estágios são estacionários. Todas as aletas fixas e variáveis não são intercambiáveis com outros estágios para evitar a montagem incorreta. O revestimento é dividido ao longo da linha divisória horizontal para facilidade de montagem e manutenção. As aletas diretrizes de admissão e os anéis de ajustagem das aletas dos estágios 1 e 2 também sustentam os selos interestágios do rotor. Os anéis de ajustagem são projetados para permitir a remoção de qualquer das metades do revestimento do compressor. Existem 14 estações axiais fornecidas para inspeção das palhetas e aletas por boroscópio.
Detalhes de Construção do LM6000
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
ABERTO FECHADO ANEL DE ATUAÇÃO
FECHADO
ABERTO
ATUADOR
FECHADO ABERTO
CONJUNTO DE ALETAS DO ESTATOR VARIÁVEL
C ONJUNTO DE ALETAS DO E STATOR V ARIÁVEL O conjunto de VSV é parte integral do estator do HPC, consisitindo de dois atuadores e alavancas de VSV, anéis de atuação e conexões para cada estágio de VSV. A posição da aleta do estator é vital para uma operação estável e eficiente do motor. Embora o HPC seja projetado para ótima eficiência aerodinâmica a força total e velocidade toal, ele também necessita operar a velocidades mais baixas. Em velocidades mais baixas, os últimos estágios do compressor não podem consumir todo o ar fornecido pelos primeiros estágios. Os estatores variáveis acomodam esta situação limitando a proporção de compressão dos cinco primeiros estágios do compressor a ve locidades baixas e mundando a compressão a velocidades mais elevadas. Isto é feito com dois atuadores hidráulicos, uma na posição 3 horas e outro na posição 9 horas. Cada atuador usa um LVDT para feedback de posição para o sistema de controle. O sistema de controle é projetado para fornecer excitação e condicionamento de sinal para ambos os LVDTs e para controlar a posição da VSV por meio de programação de loop fechado da posição do atuad or da VSV baseado na velocidade corrigida do rotor HP (XN25R) e da temperatura de admissão (T25).
Detalhes de Construção do LM6000
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
CONJUNTO DA ESTRUTURA TRASEIRA DO COMPRESSOR
C ONJUNTO DA E STRUTURA T RASEIRA DO C OMPRESSOR O conjunto da estrutura traseira do compressor (CRF) conec ta o flange da carcaça do compressor com o conjunto de bocal de turbina de alta pressão e consiste de uma caixa externa, 10 montantes, e alojamentos dos cárteres B e C. A caixa externa sustenta o combustor, os coletores e bocais de combustível, dois detectores de chama ultravioleta para detecção de chama, um acelerômetro, e um sensor T3 de temperatura de descarga do HPC. O cubo fornece o suporte para um mancal de encosto (4B) e dois mancais de roletes (4R e 5R) para sustentar a seção central do sistema do rotor HP. As cargas axiais e radiais dos mancais e uma parte da carga do bocal do primeiro estágio são transmitidas através do cubo e 10 montantes radiais para a caixa. O cubo, os montantes, e carcaça externa são de uma única peça fundida. A peça fundida é soldada no anel estampado e aparafusado na caixa posterior. Isto serve como a trajetória de carga estrutural entre a carcaça do compressor e a caixa do estator da HPT. Sete orifícios de boroscópio são fornecidos para inspeção do combustor, prémisturadores, e HPT. As linhas de serviço dos cárteres B e C são contindas nos e passam pelos montantes da CRF.
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
ESTRUTURA TRASEIRA DO COMPRESSOR
BOCAL DA TURBINA DO PRIMEIRO ESTÁGIO COMBUSTOR ANULAR
CONJUNTO COMBUSTOR
C ONJUNTO C OMBUSTOR A Turbina a Gás LM6000 us um combustor anular singular e é fornecido com 30 bocais de combustível montados externamento para combustível distilado líquido, combustível de gás natural, ou combustível duplo, dependendo do sistema de combustível especificado pelo cliente. Os sistemas de combustível também podem ser equipados para injeção de água ou vapor para supressão de NOx. Este sistema de combustão é projetado para alto desempenho que tem consistemente demonstrado fatores padrões de temperatura de saída baixas, perda de pressão baixa, pouca fumaça e alta eficiência de combustão em todas as condições de operação.
C OMBUSTOR ANULAR S INGULAR Os elementos chaves do combustor anular singular são as camisas interxas e externas de anel cilíndrico; a emissão de fumaça baixa, o design de cúpula espiralada e a pouca duração de queima. A pouca duração de queima reduz o consumo de ar de resfriamento da camisa, o que melhora o fator do padrão de temperatura de saída e o perfil. O design de cúpula espiralada serve para enfraquecer a mistura de combustível-ar na zona primária do combustor. Isso elimina a formação de fumaça visível de alto carbono que pode resultar de uma forte queima nesta zona.
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
EXCITADOR DA IGNIÇÃO
PLUGUE DO IGNITOR
CABO DA IGNIÇÃO
CABO DE ENERGIA ELÉTRICA
SISTEMA DE IGNIÇÃO
S ISTEMA DE I GNIÇÃO O Sistema de Ignição produz faíscas de alta energia que incendem a mistura de combustível-ar no combustor durante a partida. O sistema consiste de um ignitor de faísca de alta energia, um excitador de ignição de capacitador-descarga de alta energia, e um cabo de interconexão. Um sistema de ignição redundante que substitui um plugue na extrutura traseira do compressor também se encontra disponível. Os cabos de ignição fazer a interconexão diretamente entre os excitadores e ignitores montados no conjunto, que são montados na estrutura traseira do compressor do motor. Durante a seqüência de partida, o combustível é incendido pelo ignitor, que é energizado pelo excitador de ignição. Quando a combustão se torna auto-sustentável, o ignitor é desenergizado.
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
LATA DE RESFRIAMENTO
PARAFUSO
JUNTA SENSOR DE CHAMA SUPRIMENTO/TUBO DE AR DE RESFRIAMENTO
DISPOSITIVO DE AR DE RESFRIAMENTO SUPORTE DO SENSOR DE CHAMAS
ESTRUTURA TRASEIRA DO COMPRESSOR
SENSORES DE CHAMA
S ENSORES DE C HAMA Um sensor de chama ultravioleta detecta a presença, ou perda, de chama no sistema de combustão do motor para o uso de lógica do sistema de controle do motor em seqüência e monitoração. O hardware sensor de chamas consiste de dois conjuntos sensores ultravioleta e dois conjuntos de janela visora de chama montados em dois orifícios na estrutura traseira do compressor. Os sensores de chama são equipados com latas de resfriamento e cabos integrais que são conectados diretamento com o condicionador de sinal fornecido pelo montador. O ar de resfriamento para o sistema é fornecido pelo montador e deve ser mantido ligado por um mínimo de 30 minutos após uma parada normal.
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
ROTOR HP
BOCAIS DO ESTÁGIO 1
PALHETAS DO EST GIO 1 BOCAIS DO EST GIO 2 PALHETAS DO EST GIO 2
CONJUNTO DE TURBINA DE ALTA PRESSÃO
C ONJUNTO DE T URBINA DE ALTA P RESSÃO A HPT LM6000 é uma turbina de dois estágios resfriada por ar com demonstração de alta eficiência. O sistema de HPT consiste do rotor HPT e os bocais do estágio 1 e estágio 2. O conjunto da HPT aciona o motor do HPC puxando energia da corrente da trajetória de gás quente.
R OTOR DA HPT O conjunto de rotor da HPT consiste do disco do estágio 1 e eixo integral, um espaçador de impulsor cônico com cobertura, um protetor térmico, e um disco do estágio 2. Os selos de ar giratórios dianteiro e traseiro são montados no rotor da HPT e fornecem cavidades resfriadas por ar em volta do sistema do rotor. Uma porca e tubo de pressão de acoplamento integral é usado para formar e selar a cavidade interna. Os discos e palhetas do rotor são resfriados por um fluxo contínuo de ar de escape do compressor. Este ar é direcionado para a cavidade interna do rotor pelas aletas do difusor que fazem parte do sistema de selo dianteiro. O design de disco/eixo do estágio 1 combina o eixo dianteiro e disco do estágio 1 do rotor em uma unidade de peça única. O torque é transmitido para o rotor do compressor através de uma estrina interna na extremdade dianteira do disco/eixo. As palhetas do estágio 1 se encaixam nas ranhuras axiais de cauda de andorinha no disco. O disco do estágio 2 incorpora um flange no lado dianteiro para transmitir torque para o disco do estágio 1. Um flange posterior sustenta o selo de ar posterior e a porca e tubo de pressão do acoplamento integral. As palhetas do estágio 2 se encaixam nas ranhuras axiais de cauda de andorinha no disco. As palhetas da turbina resfriadas internamente são usadas em ambos os estágios. Ambos os estágios de palhetas são resfriados pelo ar de descarga do compressor saindo pela haste da palheta para dentro do aerofólio. Detalhes de Construção do LM6000
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
O espaçador do impulsor em forma de cone serve de suporte estrutural entre os discos da turbina. O espaçador também transmite torque do disco do estágio 2 para o disco do estágio 1. O protetor térmico em forma catenária forma a parte externa da cavidade de ar de resfriamento do rotor da turbina e serve como a parte rotativa do selo da trajetória do gás interestágio. FUROS DE ALETA
ORIFÍCIOS DA EXTREMIDADE DE FUGA
ORIFÍCIOS DE PONTA
PONTA “SQUEALER”
SEÇÃO A-A TAMPA
PALHETA DE ATAQUE
ORIFÍCIOS DE ENTRADA DE AR DO AEROFÓLIO
PALHETA DA EXTREMIDADE DE FUGA
ESTÁGIO 1 ORIFÍCIOS DE DESCARGA DE AR
PONTA “SQUEALER”
TAMPA
SEÇÃO B-B
PLATAFORMA DE PALHETAS
HASTE DE PALHETAS SUPERFÍCIE DE ACASALAMENTO ESTRIAS DE CAUDA DE ANDORINHA PALHETA DE ATAQUE
ORIFÍCIOS DE ENTRADA DE AR DO AEROFÓLIO
PALHETA DA EXTREMIDADE DE FUGA
ESTÁGIO 2
R ESFRIAMENTO DA PALHETA DE TURBINA DE ALTA PRESSÃO
R ESFRIAMENTO DA P ALHETA DE T URBINA DE ALTA P RESSÃO Palhetas da Turbina de Alta Pressão do Estágio 1 – As palhetas da turbina do primeiro estágio contidas dentro da CRF são internamente resfriadas com ar de descarga do HPC. O ar de descarga do HPC é direcionado pelo disco da turbina para as raízes da palheta, passando pelos orifícios de admissão na haste para as passagens de serpentina dentro da seção do aerofólio da palheta. Este ar finalmente sai pela ponta e pelos furos de aletas na extremidade de ataque das palhetas, onde ele forma um filme isolante sobre a superfície do aerofólio através dos orifícios na tampa na extremidade externa da palheta e pelos orifícios da extremidade de fuga do aerofólio. Detalhes de Construção do LM6000
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
Palhetas da Turbina de Alta Pressão do Estágio 2 – Como a corrente da trajetória do gás quente é mais fria quando chega às palhetas da turbina do segundo estágio, o resfriamento requerido para manter uma termperatura de metal adequada não é tão grande como no primeiro estágio. As palhetas do segundo estágio são, portanto, apenas resfriadas por convexão. O ar passa pelas passagens dentro da seção do aerofólio e é descarregado apenas nas pontas das palhetas. ESTÁGIO 11 AR PARA DENTRO
ESTÁGIO 11 AR PARA DENTRO
SALIÊNCIA DO TUBO DE AR
COBERTURA
COLAR
INSERTO TRASEIRO
ORIFÍCIOS DE AR DE RESFRIAMENTO
ORIFÍCIOS DE AR DE RESFRIAMENTO ORIFÍCIOS DE PONTA
COVINHAS DA EXTREMIDADE DE FUGA COVINHAS
RANHURAS DA EXTREMIDADE DE FUGA
INSERTO
ORIFÍCIOS DE PONTA FAIXA EXTERNA DA EXTREMIDADE DE FUGA ORIFÍCIOS DA EXTREMIDADE DE FUGA
INSERTO DIANTEIRO
FAIXA INTERNA DA EXTREMIDADE DE FUGA
ORIFÍCIOS DE AR DE RESFRIAMENTO
AR DE RESFRIAMENTO DO PROTETOR TÉRMICO DO ROTOR DO HPT
ESTÁGIO 11 AR PARA DENTRO
ESTÁGIO 1
ESTÁGIO 2
R ESFRIAMENTO DO BOCAL DA TURBINA DE ALTA PRESSÃO
R ESFRIAMENTO DO BOCAL DA T URBINA DE ALTA P RESSÃO Bocal do Estágio 1da HPT – O bocal do estágio 1da HPT consiste de 23 segmentos de duas aletas aparafusados a um suporte de bocal conectado ao cubo da CRF. O ar descarregado do compressor é usado para resfriar as aletas do bocal e bandas de suporte para manter as temperaturas dos metais dentro dos níveis requeridos para uma vida útil prolongada. O ar de descarga do estágio 11 entra pela parte de cima e de baixo de cada aleta. O ar resfrias as aletas internamente e é então descarregado por vários orifícios e ranhuras pequenos estrategicamente localizados de modo que o ar forma um filme isolante sobre toda a superfície das aletas. Detalhes de Construção do LM6000
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
Bocal do Estágio 2 da HPT—O conjunto de bocal do estágio 2 da HPT consiste de segmentos de bocal do estágio 2, anéis de ajustagem e suportes de anéis de ajustagem dos estágios 1 e 2 da HPT, suporte do estator da HPT (caixa), e selos interestágios. Existem 24 pares de segmentos de bocal-aleta. As aletas do bocal são resfriadas internamente pelo ar do Estágio 11 do HPC. Os bocais do estágio 2 são sustentados pelo suporte de anéis de ajustagem do estágio 1. Eles também são aparafusados à perna dianteira do suporte de anéis de ajustagem do estágio 2, que é conectado por um flange à parede estrutural externa. O sistema de anéis de ajustagem do estágio 1 apresenta suportes segmentados e segmentos de anéis de ajustagem para manter o espaçamento da turbina. Os anéis de ajustagem da turbina formam uma parte da trajetória de fluxo a erodinâmico externo através da turbina. Eles ficam axialmente alinhados com as palhetas da turbina e forma um selo de pressão para minimizar vazamento de gás HP em torno das pontas das palhetas. O selo interestágio é composto de seis segmentos aparafusados no flange interno dos segmentos do bocal. A superfície de selagem consiste de um selo de colméia de dois passos que se acopla com o protetor térmico giratório. O selo interestágio é projetado para minimizar o vazamento do fluxo de gás principal em torno dos bocais de 2 estágios. CAIXA DO ESTATOR DA TURBINA
ROTOR DA TURBINA
CONJUNTO DE TURBINA DE BAIXA PRESSÃO
C ONJUNTO DE T URBINA DE BAIXA P RESSÃO A LPT aciona o LPC e dispositivo de carga usando o fluxo de gás de descarga do combustor como energia. Os principais componentes do módulo da LPT so um estator de cinco estágios, um rotor de cinco estágios sustentado pelos mancais No. 6R e No. 7R, e uma TRF fundida sustentando a carcaça do estator e os mancais No. 6R e No. 7R.
Detalhes de Construção do LM6000
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
R OTOR DA LPT O conjunto de rotor da LPT aciona o LPC pelo eixo intermediário LP e aciona uma carga pelo eixo intermediário ou a partir de um adaptador de acionamento posterior na traseira do rotor da LPT. O conjunto do rotor da LPT consiste de cinco estágios de discos com palhetas e um sub-conjunto de eixo. O rotor é sustentado pelos mancais No. 6R e No. 7R no cárter D e E da TRF. Cada estágio de rotor da LPT consiste de um sub-conjunto de disco de palheta com um dico, palhetas de turbina, retentores de palhetas, selos de ar interestágio, p arafusos de montagem, e pesos de equilíbrio. Flanges integrais em cada disco fornecem orifícios de parafuso para montagem na área de baixo esforço do disco. Os retentores de palheta prendem as palhetas da turbina nas ranhuras axiais de cauda de andorinha. O conjunto do eixo de turbina é um cone de torque acoplado ao eixo intermediário através de uma estria e é aparafusado nos flanges do disco da turbina do estágio 2 e estágio 3. Ele também fornece o munhão para o selo de ar-óleo do cárter D e E e para as interfaces dos mancais No. 6R e No. 7R. A parte rotativa do sistema de pistão de equilíbrio é montada no eixo, na parte posterior dos selos do mancal No. 7R. Além disso, a estria do eixo posterior fornece o acionamento da carga de saída da traseira pelo adaptador de acionamento posterior. O motor é equipado com dois sensores de velocidade tipo relutância, montados na estrutura traseira da turbina nos montatnes No. 2 e No. 9. Estes sensores detectam e medem a freqüência de passagem de dentes de um anel de sensor dentado para o eixo do rotor da LPT. Cada sensor possui um cabo integral, que termina no painel elétrico No. 4.
E STATOR DA LPT O conjunto do estator de cinco estágios consiste de uma carcaça de peça única com 360° de conicidade, cinco estágios de anés de ajuste de pontas intertraváveis, e um coletor de restriamento externo da caixa da LPT de 12 segmentos. Os segmentos resfriados a ar do bocal do primeiro estágio com um selo de equilíbri de pressão tipo parafuso, quatro estágios adicionais de segmentos de bocal com selos interestágio tipo parafuso, e orifícios para instrumentação e boroscópio também fazem parte do conjunto de estator. A carcaça da LPT é a estrutura de carga entre a caixa do estator da HPT e a TRF. A carcaça contém flanges internas usinadas que fornecem ganchos para sustentar os segmentos do bocal e batentes para assegurar o alinhamento e assentamento do bocal. Os orifícios para inspeção por boroscópio são fornecidos no lado direito, de trás olhando para a frente (ALF) das posições 02:30 a 04:30 nos estágios 1, 2 e 4 do bocal. As aletas do bocal do estágio 1 fornecem capacidade para instrumentação de admissão da LPT. Oito sondas termopar separadas protegidas com cromel-alumel (tipo K) estão instaladas n a caixa do estator da LPT para detectar a temperatura de admissão da LPT. Cada sensor de elemento duplo T48 lê uma média dos dois elementos para um total de oito leituras de controle. Dois chicotes flexíveis, cada um conectado com quatro das sondas, são conduzidas para os conectores no painel elétrico No. 4. O motor também possui uma sonda de pressão total de gas de admissão da LPT (P48) localizado no lado direito da caixa do estator da LPT. Os selos minimizam o vazamento de ar em volta das extremidades internas dos bocais, e os anéis de ajustagem minimizar o vazamento de ar sobre as pontas das palhetas da turbina. Detalhes de Construção do LM6000
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
TRF (ESTRUTURA TRASEIRA DA TURBINA)
PISTÃO DE EQUILÍBRIO DE EMPUXO
CONJUNTO DE ESTRUTURA TRASEIRA DA TURBINA
CONJUNTO DE ESTRUTURA TRASEIRA DA TURBINA A estrutura traseira da turbina (TRF) é uma pe ça única fundida que fornece a trajetória do fluxo de escape da turbina a gás e a estrutura de suporte para os cárteres D e E, o conjunto de equilíbrio de impulsionamento do rotor da LPT, o eixo do rotor da LPT, e o adaptador de acionamento posterior. Dez montantes radiais funcionam como aletas diretrizes de saída para direcionarem o fluxo de ar de escape para o difusor de escape para melhor desempenho. O suprimento de óleo lubrificante e linhas de retorno para os cárteres D e E e os sensores de velocidade do rotor da LPT (XNSD-A e XNSD-B) são passados pelos montantes. O sistema de equilíbrio de impulsionamento do rotor da LPT é projetado para manter a carga de impulsionamento axial no mancal de encosto No. 1B dentro dos limites projetados. O selo estático do pistão de equilíbrio é montado no cubo da TRF. O ar de purga do HPC do estágio 11 é passado por três montantes da TRF para gerar a necessária carga axial pelo sistema de equilíbrio de impulsionamento do rotor.
S ISTEMA DE P ISTÃO DE E QUILÍBRIO DO R OTOR DE B AIXA P RESSÃO Um sistema de pistão de equilíbrio foi incluído na extremidade posterior do motor para controlar a carga de impulsionamento no mancal No. 1B. Essas cargas são impostas pelo LPC e LPT e variam de acordo com a força de rendimento. As cargas axiais dianteiras são aplicadas variando a pressão de ar na cavidade de ar do pistão de equilíbrio para manter as cargas de impulsionamento dentro da capacidade do mancal. O sistema de pistão de equilíbrio consiste do disco de pistão de equilíbrio, da carcaça do pistão de equilíbrio, seus selos correspondentes, e a cavidade em forma de cúpula formada por essas peças. Esta cavidade é pressurizada pelo ar de purga do HPC do estágio 11, controlado por uma válvula modulante montada externamente na TRF. A carcaça do pistão de equilíbrio é conectada ao cubo interno posterior
Detalhes de Construção do LM6000
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
da TRF, e o disco do pistão de equilíbrio é conectado ao eixo da LPT. O impulsionamento é monitorado por uma sonda de pressão total (P48) e uma sonda de pressão estática (PS55).
EIXO DE ACIONAMENTO RADIAL
BOMBA DE ÓLEO LUBRIFICANTE DO MOTOR
UNIDADE DE CONTROLE DE GEOMETRIA VARIÁVEL
MOTOR DE PARTIDA HIDRÁULICA
BOMBA DE COMBUSTÍVEL (NÃO USADA) BOMBA HIDRÁULICA DO ATIVADOR DE COMBUSTÍVEL NÃO MOSTRADO CAIXA DE ENGRENAGENS DE TRANSFERÊNCIA
CAIXA DE ENGRENAGENS DOS ACESSÓRIOS
C AIXA DE E NGRENAGENS DOS ACESSÓRIOS A partida do motor, lubrificação e monitoração do eixo do rotor HP são feitos pelos acessórios montados na caixa de engrenagens dos acessórios (AGB). A AGB é montada embaixo do gerador de gás na estrutura dianteira do compressor. O motor de partida hidráulica está encaixado no lado posterior da caixa de engrenagens que aciona a caixa de engrenagens de transferência, o eixo de acionamento radial, e a caixa de engrenagens de admissão no cárter A para girar o rotor do HPC. Os seguintes acessórios também podem ser montados na AGB:
Motor de partida hidráulica Unidade de controle de geometria-variável Bomba de óleo lubrificante do motor Bomba de óleo hidráulica da válvula de medição de combustível Dois conversores de velocidade magnéticos (XN25-A e XN25-B) Eixo de acionamento radial
Detalhes de Construção do LM6000
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
CÂMARA DE COMBUSTÃO
MARCHA LENTA
MARCHA LENTA SÍNCRONA
MÁXIMA FORÇA BASE
MÁXIMO LIMITE OPERACIONAL
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO DO MOTOR
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO DO MOTOR Os principais componentes do motor, sensores, e parâmetros de operação importantes são ilustrados acima. Os sensores montados no motor são apresentados nos dados de suprimento do gráfico para os sistemas de regulador de combustível e de seqüência serão discutidos na seção Sistema de Controle de Turbina – Interfaces do Operador de Sistemas. Os algorítimos de software independente controlam as aletas de diretrizes de admissão, VBVs e VSVs no sistema de controle de motor desligado. Os componentes das VG são posicionados por atuadores eletrohidráulicos com LVDTs para feedback de posição para o sistema de controle. A pressão de suprimento hidráulico para os sistemas VG é derivada do sistema de óleo lubrificante da turbina e será discutida na seção do Sistema de Óleo Lubrificante da Turbina.
Detalhes de Construção do LM6000
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
LEGENDA
VELOCIDADE DO XN25 RPM K
TEMPO (MINUTOS)
MODOS DE PARADA DO MOTOR
MODOS DE PARADA DO MOTOR A paralisação pode ser iniciada pelo operador ou provocada por condições operacionais do motor a qualquer momento durante os modos de partida ou operação. O código de software do LM6000 relaciona mais de 130 condições de motor, gerador e sub-sistema que possam causar uma paralisação. As cinco seqüências de paralisação programada que podem ocorrer quando se inicia uma paralisação são as seguintes: 1) Travamento de Parada Rápida sem Acionamento (FSLO) 2) Parada Rápida com Acionamento (FSWM) 3) Travamento de Resfriamento (CDLO) 4) Desaceleração Devagar para Carga Mínima (SML) 5) Desaceleração Rápida para Marcha Lenta (SDTI) Os diagramas a seguir ilustram as cinco registros de velocidade XN25 de seqüências de paralisação versus tempo.
Modos de Paralisação da Turbina
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
T RAVAMENTO DE P ARADA R ÁPIDA SEM ACIONAMENTO (FSLO) Um FSLO automaticamente dá início às seguintes ações:
As válvulas de combustível (e válvulas de água ou vapor, se for o caso) se fecham
O disjuntor da unidade abre.
As aletas de diretrizes de entrada variáveis se fecham.
As portas das válvulas de purga variáveis ficam abertas (fechadas depois durante o acostamento).
O sistema de ignição e o acionador são desativados.
Os alarmes XN2, XN25, XNSD e de pressão de óleo são desviados.
Quando esses passos são completados, as válvulas de dreno e ventilação são abertas, os alarmes, intertravas e os cronômetros de seqüência de partida são reajustados, e o medidor de tempo em operação é desligado.
P ARADA R ÁPIDA COM ACIONAMENTO (FSWM) Uma FSWM automaticamente dá início a um FSLO, e em seguida o acionador é ativado por 25 minutos quando o XN25 atinge 1700 RPM.
T RAVAMENTO DE R ESFRIAMENTO (CDLO) Um CDLO automaticamente dá início às seguintes ações:
A energia é retardada para carga mínima (marcha lenta síncrona).
Desatovação de vapor/água e disjuntor de disparo da unidade.
A velocidade do rotor de alta pressão diminui para aproximadamente 8400 rpm por 5 minutos.
O acionador é ativado por 20 minutos quando o XN25 cai para 1700 RPM.
Se o reajuste eliminar a paralisação durante o período de resfriamento, então o CDLO é abortado.
NOTA:
Se o combustível de nafta for usado, o CDLO é substituído pela FSWM.
Modos de Paralisação da Turbina
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
DESACELERAÇÃO DEVAGAR PARA C ARGA M ÍNIMA (SML) Uma desaceleração devagar para carga mínima (carga mín.) é uma desaceleração controlada a uma taxa que permita todas as programações do motor e resfriamento do motor a serem mantidas a uma taxa controlada. Ao invés de fazer a desaceleração total até a marcha lenta, o motor desacelera até o ponto de carga mínima. Isto permite a condição a ser investigada sem requere uma paralisação. Uma SML automaticamente inicia as seguintes ações:
Queda de carga rápida para carga mínima em 20 segundos.
Se o problema ainda persistir após 3 minutos, faça então um CDLO.
NOTA:
Se o combustível de nafta for usado, a SML é substituída pela FSWM.
DESACELERAÇÃO R ÁPIDA PARA M ARCHA LENTA (SDTI) A desaceleração rápida para marcha lenta é uma desaceleração imediatamente rápida (máx. taxa de desaceleração) para marcha lenta seguinda de uma pausa de 10 segundos e depois a paralisação. A desaceleração rápida oferece uma maneira mais controlada e ordenada de parar o motor do que uma desativação imediata da energia. A pausa de 10 segundos em marcha lenta normal permite que várias programações do sistema do motor, como as aletas diretrizes de entrada variáveis (VIGVs) e válvulas de purga variáveis (VBVs) atinjam a sua condição estabilizada antes da ocorrência de parada. Uma SDTI automaticamente inicia as seguintes ações:
A energia é imediatamente reduzida para a marcha lenta normal, fazendo com que o motor desacelere o mais rapidamente possível.
NOTA:
Dez (10) segundos após atingir a marcha lenta normal e depois FSLO. Se o combustível de nafta for usado, a SML é substituída pela FSWM.
Modos de Paralisação da Turbina
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
FLUXO DE AR DO MOTOR
FLUXO DE AR DO MOTOR O ar penetra no motor na admissão das aletas diretrizes de admissão variáveis (VIGVs) e passa para dentro do compressor de baixa pressão (LPC). O compressor de baixa pressão comprime o ar a uma taxa de aproximadamente 2,4:1. O ar saindo do compressor de baixa pressão é direcionado para o compressor de alta pressão (HPC) e é regulado em marcha lenta e baixa potência por válvulas de derivação variáveis (VBVs) distribuídas na passagem de fluxo entre os dois compressores. O fluxo de ar no HPC de 14 estágios é regulado pelas VIGVs e cinco estágios das aletas do estator variável (VSVs). A taxa de compressão do HPC é de aproximadamente 12:1. O ar de descarga e de purga do estágio 8 do HPC são extraídos, conforme necessário, para controle de emissões. O ar de descarga do compressor é então direcionado para a seção do combustor. O ar entrando no combustor é misturado com o combustível e incendido. Quando a combustão se torna auto-sustentável, o ignitor é desenergizado. Os gases de combustão então passam para a turbina de alta pressão (HPT). Os gases quentes de combustão são então direcionados para a HPT, que aciona o HPC. Os gases de escape saem da HPT e entram na turbina de baixa pressão (LPT), que aciona o LPC e a carga de rendimento. Os gases de escape passam pela LPT e saem pelo duto de escape.
Fluxo de Ar do Motor
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
TURBINA DE BAIXA PRESSÃO (5 ESTÁGIOS) COMBUSTOR COMPRESSOR DE BAIXA PRESSÃO (5 ESTÁGIOS)
TURBINA DE ALTA PRESSÃO (2 ESTÁGIOS) COMPRESSOR DE ALTA PRESSÃO (14 ESTÁGIOS)
LM6000 TÍPICO
MODELOS LM6000 (PA, PB, PC, PD E SPRINT) LM6000 PA O motor padrão original, chamado de LM6000 PA, foi introduzido pela primeira vez no campo em 1992 e era o padrão de LM6000 oferecido até meados de 1998. O LM6000 PA foi classificado aproximadamente a 40 MW em condições ISO.
Modelos LM6000 PA-PB
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CONJUNTO GERADOR LM6000 PRÉ-MISTURADORES (DE DOIS COPOS E TRÊS COPOS)
DIFUSOR DE DESCARGA DO COMPRESSOR
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
DEFLETOR EXTERNO
CAMISA EXTERNA
BOCAL HPT CONJUNTO DO CAPÔ
CAMISA INTERNA
CONJUNTO DE CÚPULA
CÂMARA DE COMBUSTÃO DLE
LM6000 PB O LM6000 PB era o LM6000 PA modificado com o Sistema de Combustão de Emissão Baixa Seca (DLE). Este modelo foi introduzido em meados de 1990 e foi oferecido até aproximadamente meados de 1998. Os bocais de combustível e da câmara de combustão anular no DLE foram reprojetados. Com este novo design, a câmara de combustão anular é mantida a uma temperatura constante em qualquer ajuste de potência do LM6000 PB. Esta temperatura constante reduz as emissões de NOX sem ser necessário aplicar injeção de água ou vapor.
Modelos LM6000 PA-PB
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CONJUNTO GERADOR LM6000
CURSO BÁSICO DO OPERADOR
SECIONAMENTO DO LM6000 PC/PD
LM6000 PC O LM6000 PC derivou do LM6000 PA, e foi introduzido pela primeira vez em meados de 1998, e incorpora modificações de design para o LPC, HPC, LPT, sistema de pistão de equiilíbrio e sistema de combustível. O LPC utiliza aletas de estator reprojetadas. A carcaça do HPC foi reprojetada para acomodar a purga do estágio 8 para resfriamento da LPT. O ar de purga do estágio 11 foi usado no LM6000 PA. A LPT possui expansão de escape e extração de potência adicional devido às modificações feitas na carcaça, palhetas does estágios 3 a 5, discos e aletas dos estágios 4 e 5, e estrutura traseira da LPT. Um coletor de resfriamento usando ar de descarga do LPC resfria a carcaça da LPT. Estruturalmente, a LPT é maior em diâmetro, ligeiramente mais comprida, e possui 14 montantes ao invés de 10 na estrutura traseira da turbina. Os flanges de saída para ambas as rotas de fluxo interno e externo foram modificados. O sistema de controle de pistão de equilíbrio de empuxo possui uma válvula de controle de equilíbrio de empuxo localizada fora do motor. O ar de purga do compressor do coletor de purga do compressor do estágio 11 deve ser direcionado para a válvula de controle de equilíbrio de empuxo montada na base e a descarga da válvula redirecionada para o coletor do pistão de equilíbrio na estrutura traseira da turbina. Essas cargas de design aumentar o rendimento de força do eixo em aproximadamente 3,4 MW e eficiência do motor em aproximadamente 2%.
Modelo LM6000 PC
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