BRPI0618860A2

BRPI0618860A2 - lámina de turbina para uma turbina a vapor

Info

Publication number: BRPI0618860A2
Application number: BRPI0618860-5A
Authority: BR
Inventors: Detlef Haje
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2011-09-13
Also published as: CN101313129A; JP4772873B2; EP1951991B1; EP1788197A1; RU2008125060A; ATE458900T1; EP1951991A1; CN101313129B; DE502006006279D1; WO2007057294A1; US20100014982A1; PL1951991T3; ES2338369T3; RU2418956C2; JP2009516798A

Abstract

LáMINA DE TURBINA PARA UMA TURBINA A VAPOR. A presente invenção uma lâmina de turbina (10, 110, 210) para uma turbina a vapor que compreende uma seção de aerofólio (12) e uma seção de raiz (14, 43, 52), de acordo com a invenção em particular, caracterizada pelo fato de a seção de aerofólio (12) ser projetada para uso em um estágio de baixa pressão da turbina a vapor e conter materiais de fibra compósitos pelo menos em regiões.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "LÂMINA DE TURBINA PARA UMA TURBINA A VAPOR".

A presente invenção refere-se a uma lâmina de turbina para uma turbina a vapor, com uma seção de aerofólio e com uma seção de raiz, cuja seção de aerofólio contém, pelo menos em regiões, um material de fi- bra compósito, sendo que a seção de aerofólio tem um corpo de preenchi- mento que fica disposto no centro do aerofólio que é completamente cerca- do pelo material de fibra compósito. Além disso, a invenção refere-se a uma turbina a vapor que tem uma lâmina de turbina deste tipo.

As lâminas de turbina deste tipo, em particular, as lâminas de turbina projetadas como lâminas móveis, são fabricadas na técnica anterior em aço ou titânio. As lâminas de turbina, em geral, e particularmente as lâ- minas em estágio final são expostas, como uma conseqüência de sua fun- ção, a altas tensões de força centrífuga, uma vez que para atingir a eficiên- cia elevada, elas devem ser constituídas como uma superfície de escoa- mento tão alta quanto possível e, conseqüentemente, devem possuir um comprimento de lâmina grande. Os aços de alta resistência são, portanto, usados em aplicações convencionais. Onde estes não podem mais ser em- pregados, por motivos de tensões de força centrífuga, as lâminas de titânio são usadas que devido à baixa densidade, também experimentam tensões de força centrífuga inferiores. Entretanto, estas lâminas são substancialmen- te mais dispendiosas que as lâminas de aço. Entretanto, mesmo onde as lâminas de titânio são relacionadas, as superfícies de escoamento são limi- tadas a aproximadamente 16 m2 para as máquinas de revolução completa (50Hz) envolvendo, deste modo, as conseqüências que correspondem aos comprimentos de lâmina que podem ser obtidos.

Devido à limitação prática com relação ao comprimento de lâmi- na, na técnica anterior o número de fluxos de baixa pressão é aumentado em estágios de baixa pressão das turbinas a vapor. Isto pode ocorrer, por exemplo, através da alteração de estágios de turbina com um fluxo para es- tágios de turbina com dois fluxos ou usando-se uma pluralidade de turbinas de baixa pressão. Uma velocidade de rotação do conjunto turbo também pode ser reduzida. Neste caso, superfícies de escoamento maiores, então, podem ser utilizadas. Entretanto, todas estas medidas algumas vezes en- volvem custos consideráveis.

Um objetivo da invenção é proporcionar uma turbina a vapor com uma lâmina de turbina do tipo inicialmente mencionado, fazendo com que seja possível ter uma eficiência particularmente alta da turbina a vapor e ao mesmo tempo possa ser operada na turbina a vapor de uma maneira operacionalmente segura.

Os documentos EP A1 462 606, US A 3.883.267, US A 5.240.377, FR A 1 178 140 e EP A1 593 811 descrevem, em cada caso, uma lâmina de turbina do tipo inicialmente mencionado. Nestas lâminas, o material de fibra compósito usado ou a camada que corresponde ao mesmo ao redor do corpo de preenchimento ser parcialmente protegida contra ero- são, mas não contra a umidade penetrante e isto pode causar dano, particu- larmente, na região de vapor úmido. As medidas para proteção contra ero- são também são conhecidas a partir do documento EP A1 577 422 e DE 24 50 253 A1. Uma lâmina completa que consiste em material de fibra compó- sito e que tem uma camada protetora aplicada por galvanização também é conhecida a partir do documento DE 22 43 132 A1.

De acordo com a invenção, este objetivo é atingido por meio de uma lâmina de turbina genérica que tem as características da reivindicação 1. Além disso, de acordo com a invenção o objetivo é atingido por meio de uma turbina a vapor, de acordo com a reivindicação 14. As reivindicações dependentes que, em cada caso, contêm desenvolvimentos vantajosos da invenção.

Portanto, de acordo com a invenção, as lâminas de fibra compó- sitas são usadas como lâminas de baixa pressão ou de estágio final. Em uma comparação de diversos materiais nos termos de resistências, a vanta- gem dos materiais de fibra compósitos para uso como material de lâmina de estágio final lâmina material é claramente mostrada. Deste modo, a resis- tência com relação à densidade (Rpo,2/p) é 115 m2/s2 para o aço temperado de alta resistência, 221 m2/s2 para o titânio, mas 563 m2/s2 para o material reforçado com fibra CFK-HM. Devido à resistência substancialmente mais alta do material de fibra compósito, tanto as lâminas de turbina fabricadas com dimensões convencionais podem ficar expostas à carga mais alta, co- mo as lâminas de turbina podem ser produzidas com um comprimento mai- or. As tensões de força centrífuga que, neste caso, se elevam podem, en- tão, ser prontamente absorvidas pela lâmina de turbina, sem qualquer perda de segurança operacional devido à razão de resistência/densidade substan- cialmente aumentada.

Devido à razão de resistência/densidade alta de uma lâmina de turbina que contém material de fibra compósito, de acordo com a invenção, uma superfície de escoamento muito ampliada pode ser proporcionada pela seção de aerofólio que é projetada para uso em um estágio de baixa pres- são da turbina a vapor apesar das altas tensões de força centrífuga. Isto pode ocorrer, particularmente, através da provisão de um comprimento de lâmina particularmente grande.

A eficiência da turbina a vapor pode ser, conseqüentemente, consideravel- mente aumentada.

No setor das turbinas industriais, por exemplo, o uso do material de fibra compósito, de acordo com a invenção, torna possível que a lâmina de turbina com uma dimensão predeterminada fique exposta à carga alta ao permitir uma contra pressão mais alta dos estágios finais (condensação de ar), através de uma velocidade de rotação permissível mais alta das turbinas de acionamento ou ampliando as lâminas de estágio final para acionamen- tos com velocidade de rotação variável. Isto também resulta em uma efici- ência mais alta da turbina a vapor.

Conforme já mencionado, para o setor de turbinas para usina de força elétrica, existe o potencial para um alongamento muito considerável das lâminas de estágio final existentes, junto com um aumento substancial das superfícies de escoamento que podem ser obtidas. Por exemplo, até agora tem sido possível que os conjuntos turbo com desenho de meia revo- lução e que têm superfícies de escoamento de 20 m2 por fluxo sejam substi- tuídos com o auxílio das lâminas de turbina, de acordo com a invenção, a- través dos conjuntos turbo de revolução completa da superfície de escoa- mento idêntica. Devido ao tamanho total menor dos conjuntos turbo de revo- lução completa, uma economia de custo considerável torna-se possível. Também, de acordo com a invenção, através das lâminas de turbina que são usadas, o número de fluxos de baixa pressão pode ser reduzido. Nas aplicações de usina de força elétrica com múltiplos fluxos, por exemplo, uma em três partes de pressão inferior pode ser salva. Também, as turbinas de pressão inferior com dois fluxos podem ser substituídas por máquinas com um fluxo, sendo que economias de custo consideráveis também podem ser obtidas. Além disso, por meio da solução, de acordo com a invenção, em qualquer caso uma redução no tamanho total da usina, com o corte trans- versal de escoamento permanecendo o mesmo, pode ser obtida.

A lâmina de turbina, de acordo com a invenção, é particularmen- te adequada para a última fileira de lâmina em movimento de uma turbina a vapor, mas também pode ser usada, de acordo com a invenção, para a últi- ma, exceto a dois e, caso se aplique, a última, exceto a terceira fileira de lâmina. Esta também pode ser combinada com lâminas em estágio prelimi- nar que consistem em aço ou titânio.

De acordo com a invenção, a seção de aerofólio que contém, pelo menos em regiões, um material de fibra compósito da lâmina de turbi- na, de acordo com a invenção, tem pelo menos o material de fibra compósi- to, de preferência, na região de parede externa. De forma vantajosa, toda a seção de aerofólio também pode consistir em material de fibra compósito. Além disso, de forma vantajosa, em uma seção de aerofólio que se torna mais estreita em direção à ponta do aerofólio, o número de fibras na direção longitudinal da seção de aerofólio diminui.

Além disso, de acordo com a invenção, o objetivo mencionado acima é atingido por meio de uma lâmina de turbina genérica onde a seção de aerofólio contém, pelo menos em regiões, um material de fibra compósi- to, pelo menos na região que contém o material de fibra compósito sendo cercada por uma camada protetora impermeável à umidade deformável que evita a penetração de umidade no material de fibra compósito durante a o- peração da lâmina de turbina. Além disso, o objetivo é atingido por meio de uma turbina a vapor que é dotada de uma lâmina de turbina deste tipo.

Conseqüentemente, a absorção de umidade pela seção de ae- rofólio pode ser efetivamente evitada durante a operação na turbina a vapor.

A absorção de umidade é um processo dependente de tempo indesejável que pode causar um aumento no peso do componente e, conseqüentemen- te, um desequilíbrio potencial do rotor. Além disso, a absorção de umidade deste tipo pode causar uma deformação do material de fibra compósito e, sob ação contínua, danificar a matriz e, conseqüentemente, causar uma fa- lha do componente que contém o material de fibra compósito. Através de uma camada protetora impermeável à umidade que é proporcionada, de acordo com a invenção, as conseqüências listadas acima que colocam a segurança operacional da turbina a vapor em risco são evitadas. De modo que a camada protetora passe pelas deformações esperadas do material básico da seção de aerofólio sem danificar ou perder sua função de veda- ção, a camada protetora, de acordo com a invenção, é projetada para ser deformável. Neste caso, de acordo com a invenção, a camada protetora é projetada de modo que seja deformável. A camada protetora não perde sua impermeabilidade à umidade durante sua vida útil apesar das deformações que ocorrem durante a operação da lâmina desta seção de aerofólio que contém o material de fibra compósito. Isto pode ser obtido, em particular, pelo fato de que a camada de proteção tem uma região de inserção de elás- tico que ultrapassa a região de expansão utilizada do material básico. Além da eficiência de turbina a vapor possível através do uso, de acordo com a invenção, do material de fibra compósito na seção de aerofólio, a modalida- de de acordo com a invenção da lâmina de turbina pode ser empregada de uma maneira operacionalmente segura devido à camada protetora que é impermeável à umidade.

De forma vantajosa, a camada protetora que repele a umidade cerca completamente a seção de aerofólio. Além disso/pode ser vantajoso se a camada protetora cercar toda a lâmina de turbina, isto é, mesmo a raiz da lâmina. De acordo com a invenção, em uma modalidade que é vantajosa, a camada protetora pode ser configurada de modo que uma adesão segura da camada protetora é proporcionada mesmo sob o impacto de quedas. A- lém disso, o desenho do material básico da seção de aerofólio deve ser de modo que os impactos de quedas contínuos não causem fatiga ou estrago do material básico.

Além disso, o objetivo mencionado acima é atingido, de acordo com a invenção, por meio de uma lâmina de turbina genérica em que tanto a seção de aerofólio, como a seção de raiz em cada caso contém, pelo menos em regiões, um material de fibra compósito. Além disso, o objetivo é atingido por meio de uma turbina a vapor que é dotada de uma lâmina de turbina deste tipo.

Conforme já mencionado acima, através do material de fibra compósito que é usado na seção de aerofólio, a lâmina de turbina pode ser configurada com uma superfície de escoamento grande devido à baixa den- sidade do material de fibra compósito.

Isto aumenta a eficiência da turbina a vapor. Além disso, devido ao uso simultâneo do material de fibra compósito na seção de raiz da lâmina de turbina, um ancoramento correspondentemente fixo e seguro da lâmina de turbina no eixo rotor da turbina a vapor pode ser assegurado. Deste mo- do, em particular, as fibras do material de fibra compósito podem ser conti- nuamente conduzidas através da seção de aerofólio e da seção de raiz, de modo que a seção de aerofólio e a seção de raiz criem uma conexão estável e uma interrupção da seção de aerofólio durante a operação da lâmina de turbina pode ser efetivamente evitada mesmo quando ocorrem forças mais altas. A segurança de operação da lâmina de turbina durante operação é, conseqüentemente, assegurada.

A fim de assegurar a segurança contra fratura dos componentes que contém o material de fibra compósito, o material de fibra compósito con- tém, de maneira vantajosa, fibras de vidro e fibras sintéticas, tais como, por exemplo, fibras de aramida e/ou fibras sintéticas. Em particular, o material reforçado com fibra CFK-HM pode ser usado como material de fibra compó- sito. Em uma modalidade adicionalmente vantajosa, o material de fibra compósito tem fibras que são direcionadas na região da seção de aero- fólio em um ângulo que se desvia de um eixo geométrico principal da lâmina de turbina, em particular, no ângulo de ± 15°, ± -30° e/ou ± 45° com relação ao eixo geométrico principal. Uma alta resistência à torção da seção de ae- rofólio é, conseqüentemente, obtida. As camadas de fibra compósita podem ser dispostas no sentido de uma imagem simetricamente invertida com rela- ção à superfície central do aerofólio, sendo que a distorção é evitada.

Em contraste, uma disposição assimétrica leva a distorção. Isto pode ser utilizado em uma modalidade alternativa vantajosa, se apropriado, para propósitos de auto-ajuste. Devido à natureza da disposição de tais fi- bras ou camadas, a anisotropia também pode ser utilizada, dentro de uma faixa limitada, para atingir uma alteração direcionada da geometria de lâmi- na como uma função das tensões operacionais.

Com relação a isto, a distorção deste tipo pode ser proporciona- da, onde a cascata de lâmina se abre no caso de velocidades de rotação excessivas, de modo que menos energia seja extraída do fluxo e, portanto, não contribui com o aumento adicional. A distorção também pode ser utili- zada para ajustar um perfil de fluxo otimizado como uma função do fluxo e da carga. Deste modo, por exemplo, a cascata de lâmina pode ser fechada no caso de um fluxo de subsuperfície mais baixo e ser correspondentemen- te aberta no caso de um fluxo de subsuperfície mais alto.

A fim de obter uma otimização da lâmina em termos de custo e rigidez, é vantajoso se a seção de aerofólio tiver um corpo de preenchimento que fica disposto no centro do aerofólio e que é completamente cercado pe- lo material de fibra compósito.

De modo que o funcionamento da camada protetora impermeá- vel à umidade deformável que cerca a região que tem o material de fibra compósito possa ser monitorado e a fim de excluir uma falha da seção de aerofólio, é vantajoso se uma camada eletricamente condutiva for disposta abaixo da camada protetora. Esta camada eletricamente condutiva serve como um mecanismo de aviso, por meio do qual o dano na camada proteto- ra pode ser detectado, mediante contramedidas, como, por exemplo, uma substituição ou troca do componente afetado ou um reparo da camada pro- tetora pode ser realizado no devido tempo. Uma camada eletricamente con- dutiva deste tipo pode ser proporcionada tanto individualmente, como em pares com uma camada de isolamento que se situa entre as mesmas.

No último caso, para a construção da camada da seção de aero- fólio, existe na região de superfície da última uma disposição sucessiva do material de fibra compósito, de uma camada eletricamente condutiva, em particular, camada metálica, uma camada de isolamento de uma camada eletricamente condutiva, em particular, a camada metálica da camada prote- tora. Para monitorar o funcionamento da camada protetora, a resistência de isolamento com relação aos arredores ou entre as duas camadas eletrica- mente condutivas pode ser, então, medida. Também, a capacitância elétrica da disposição que compreende a camada eletricamente condutiva, a cama- da de isolamento e adicionalmente a camada eletricamente condutiva pode ser medida a fim de monitorar o funcionamento da camada protetora. Se somente uma camada eletricamente condutiva for proporcionada, conse- qüentemente, é apropriado medir a resistência de isolamento com relação aos arredores ou à resistência elétrica da camada eletricamente condutiva a fim de monitorar o funcionamento da camada protetora.

Em uma modalidade adicionalmente vantajosa, as substâncias químicas solúveis em água ficam dispostas abaixo da camada protetora que são detectáveis sob a forma dissolvida, em particular, química, óptica e/ou radiologicamente. Esta medida constitui uma possibilidade alternativa para monitorar o funcionamento da camada protetora. Deste modo, por exemplo, o condensado do circuito de água/vapor da estação de motor a vapor pode ser continuamente verificado. Se as substâncias químicas dispostas abaixo da camada protetora puderem ser detectadas na mesma, isto indica dano na camada protetora.

Em uma modalidade adicional, uma borda contínua da lâmina de turbina é dotada de um reforço de borda para proteção contra impactos de queda. Tal reforço de borda pode ser colado sobre a lâmina de turbina ou lâminado dentro da lamina de turbina. Também, tal reforço de borda pode ser produzido por meio de uma camada protetora espessada ou intermediá- ria. Além disso, é possível engrossar correspondentemente a camada prote- tora ou colar ou incorporar um componente protetor adicional. Também, o componente básico da lâmina de turbina pode ser configurado com um re- forço de borda tipo turbina. De maneira alternativa, a proteção contra impac- tos de queda pode ser obtida por meio de uma construção de lâminado da lâmina de turbina onde as fibras atravessam na direção transversal. Além disso, é conveniente se a seção de raiz da lâmina de turbina tiver um ele- mento de contato para fazer contato com uma montagem de raiz de lâmina em um eixo rotor de uma turbina a vapor, o elemento de contato que contém material de fibra compósito e/ou um material metálico. O elemento de conta- to pode consistir seletivamente em material de fibra compósito ou materiais metálicos. Os materiais metálicos correspondentes devem ser selecionados de modo que permitam uma conexão de suporte de carga e dimensional- mente estável com o eixo rotor e evitem uma tensão excessiva deste mate- rial de fibra compósito da raiz de lâmina que cerca o elemento de contato. Em particular, o elemento de contato pode ser formado por uma luva metáli- ca. Se a camada protetora permeável à umidade deformável descrita acima for proporcionada, a mesma deveria ser, de maneira vantajosa, especial- mente reforçada na região de raiz, particularmente, na região contato ou ser protegida contra dano por meio de elementos protetores.

Em uma modalidade particularmente vantajosa, a seção de raiz tem um elemento de deflexão, por meio do qual um número substancial de fibras do aerofólio é deflexionado e/ou um elemento guia, por meio do qual um direcionamento vantajoso da fibra na raiz de lâmina é desviado em um direcionamento de fibra adaptado à geometria da seção de aerofólio. O e- lemento de deflexão e/ou elemento guia também pode, em cada caso, con- sistir no material de fibra compósito ou em um material metálico. Em particu- lar, o elemento de contato e o elemento guia ou o elemento de contato e o elemento de deflexão podem, em cada caso, ser formados pelo mesmo e- lemento. Além disso, de maneira vantajosa, a seção de raiz é projetada como uma raiz de tampão que pode ser conectada em uma montagem de raiz de lâmina de um eixo rotor da turbina em uma direção que é radial com relação ao eixo rotor. De maneira apropriada, neste caso, as fibras dõ mate- rial de fibra compósito são conduzidas ao redor das luvas que servem como elementos de contato. Além disso, de maneira vantajosa, em uma raiz de tampão deste tipo, a curvatura do aerofólio pode ser copiada na região de raiz ao designar diferentes posições de pino da raiz de tampão, a fim de ori- ginar, de maneira vantajosa, deflexões baixas a partir da região de raiz até a região de aerofólio. O gasto nos termos de elementos guias, conseqüente- mente, permanece restrito.

Em uma modalidade vantajosa, a camada protetora impermeá- vel à umidade deformável também cerca a seção de raiz. Uma penetração de umidade dentro do material de fibra compósito contido na seção de raiz é, conseqüentemente, evitado de maneira eficaz. A vida útil da lâmina de turbina pode ser, deste modo, adicionalmente aumentada.

Em uma modalidade adicionalmente vantajosa, a seção de raiz da lâmina de turbina é projetada como uma raiz deslizante que pode ser pressionada para dentro de uma montagem de raiz de lâmina de um eixo rotor da turbina em uma direção que é essencialmente axial com relação ao eixo rotor. Uma direção essencialmente axial que deve ser entendida como a direção de impulso pode se desviar a partir da direção axial em até ± 40°. Em particular, a seção de raiz tem uma configuração curvada, a curvatura de raiz que segue essencialmente esta curvatura da seção de aerofólio que prevalece nos arredores da raiz. A transmissão de força para as fendas da lâmina é obtida por meio da deflexão e dos elementos de contato. Os ele- mentos de contatos também podem realizar a função dos elementos guia. O gasto em termos de elementos guia é, conseqüentemente, minimizado.

De acordo com a invenção, em uma modalidade vantajosa da turbina a vapor, a última tem um dispositivo para observar o comportamento de oscilação da lâmina de turbina. Uma alteração na freqüência característi- ca da lâmina de turbina pode ser, conseqüentemente, reconhecida e, isto pode ser atribuível à absorção de umidade pelo material de fibra compósito na seção de aerofólio durante a operação da turbina a vapor. Tal alteração na freqüência característica da lâmina de turbina deve, então, originar a veri- ficação da funcionalidade da camada protetora impermeável à umidade de- formável mencionada acima e, se apropriado, o reparo da camada protetora, de modo que uma falha do componente possa ser evitada.

Em uma modalidade adicionalmente vantajosa, a turbina a vapor tem pelo menos uma direção de impulso de palheta guia aquecível. Devido ao aquecimento, a umidade na palheta guia pode ser evaporada e o dano que corresponde às outras lâminas de turbina através dos impactos de que- da podem ser evitados. Alternativamente, um dispositivo para absorver a umidade também pode ser proporcionado pelo menos em uma palheta guia.

A produção das lâminas de fibra compósitas ocorre, de prefe- rência, por meio dos métodos convencionais, onde as fibras são enroladas e impregnadas com o material de matriz ou aplicadas sob a forma de pré- pregs. Elas são, então, colocadas em sua forma final que é conhecida como uma matriz, uma cura da matriz também pode ocorrer. Por este motivo, o contato, a deflexão ou os elementos guia também são opcionalmente intro- duzidos ou aplicados neste estágio inicial. Então, pode ser necessário usinar as lâminas em localizações específicas, por exemplo, através de esmeri- Ihamento, por exemplo, para se obter a estabilidade dimensional, aderência e qualidade de superfície requerida. Também, o contato, a deflexão ou os elementos guia já montados podem ser usinados ou estes elementos podem ser aplicados após a operação de moldagem. Além disso, conforme já men- cionado acima, a proteção de borda que pode ser montada é integrada den- tro do perfil da lâmina por meio de trabalho de adaptação subseqüente, tal como, por exemplo, por esmerilhamento. Subseqüentemente, o revestimen- to com as camadas requeridas para a camada protetora e para o sistema de aviso é realizado. Neste caso, as camadas individuais podem ser projetadas para serem reforçadas em localizações específicas a fim de aperfeiçoar as funções protetoras ou de reforço.

As modalidades exemplificativas de uma lâmina de turbina, de acordo com a invenção, são explicadas em mais detalhes abaixo, com refe- rência aos desenhos diagramáticos em anexo, onde:

a figura 1 mostra uma vista de uma primeira modalidade de uma lâmina de turbina de acordo com a invenção,

a figura 2 mostra o corte II-II, de acordo com a figura 1,

a figura 2a mostra uma primeira modalidade do detalhe X, de acordo com a figura 2,

a figura 2b mostra uma segunda modalidade do detalhe X, de acordo com a figura 2,

a figura 2c mostra o detalhe Y, de acordo com a figura 2,

a figura 3a mostra uma vista parcial de uma segunda modalida- de exemplificativa da lâmina de turbina, de acordo com a invenção,

a figura 3b mostra o corte lll-lll, de acordo com a figura 3a,

a figura 4a mostra uma vista transversal de uma terceira modali- dade exemplificativa de uma lâmina de turbina, de acordo com a invenção, com uma vista na direção da seção de raiz da lâmina,

a figura 4b mostra uma vista transversal de um eixo rotor de uma turbina a vapor na região de uma fenda do eixo com uma seção de ra- iz, presa na mesma, de uma lâmina de turbina de acordo com a figura 4a, e

a figura 4c mostra o detalhe Z, de acordo com a figura 4b.

A figura 1 mostra a primeira modalidade exemplificativa de uma lâmina de turbina 10, de acordo com a invenção, que é particularmente con- figurada para uso em um estágio de baixa pressão de uma turbina a vapor.

A lâmina de turbina 10 compreende uma seção de aerofólio 12 e uma seção de raiz 14 sob a forma de uma raiz de tampão. A seção de raiz 14 tem Iin- güetas de encaixe 16 para uma conexão de pino. A seção de aerofólio 12 é fabricada de material de fibra compósito 18 que contém fibras de vidro e/ou fibras de carbono.

A direção principal da fibra 20 passa ao longo de um eixo geo- métrico principal 21 da lâmina de turbina 10.

Em uma região próxima à seção de raiz 14, a seção de aerofólio 12 tem uma camada de fibra compósita adicional 22. A camada de fibra compósita adicional 22 contém fibras adicionais que passam em um ângulo de desvio com relação ao eixo geométrico principal 21 da lâmina de turbina 10, por exemplo em um ângulo de ± 15°, ± 30° ou ± 45° e são proporciona- das para endurecer a seção de aerofólio 12. Uma pluralidade de camadas de fibra compósita adicionais 22 deste tipo também pode ser proporcionada. Neste caso, estas camadas podem ser dispostas no sentido de uma ima- gem simetricamente invertida com relação à superfície central do aerofólio, sendo que a distorção é evitada. Uma disposição assimétrica das camadas de fibra compósita adicionais leva à distorção. Isto pode ser utilizado, se a- propriado, para propósitos de auto-ajuste.

A figura 2 mostra o corte Il-Il na seção de aerofólio 12 de acordo com a figura 1. Esta mostra um corpo de preenchimento 24 disposto na re- gião com espessura de aerofólio grande para a otimização em termos de peso e de rigidez. Este corpo de preenchimento é cercado pelo material de fibra compósito 18. A turbina a vapor 26 flui sobre a lâmina de turbina 10 a partir da esquerda, de acordo com a figura 2. Para proteção contra impactos de queda, uma borda contínua, que faz face com a turbina a vapor de fluxo de entrada 26, a lâmina de turbina 10 é dotada de reforço de borda 28. O reforço de borda 28 é ilustrado em mais detalhes na figura 2c. Este consiste em metal e é preso à borda contínua 27 da lâmina de turbina 10 por meio de uma ligação adesiva 40 que tem uma saída 42 apropriada nos termos da ligação adesiva e das fibras compósitas.

A figura 2a ilustra a primeira modalidade da construção da lâmi- na de turbina 10, de acordo com a figura 2, em uma região de superfície da última. O material de fibra compósito interno 18 é, neste caso, cercado por uma primeira camada eletricamente condutiva 36 sob a forma de uma ca- mada metálica, por uma camada de isolamento 34, por uma segunda ca- mada eletricamente condutiva 32 sob a forma de uma camada metálica e, finalmente, por uma camada protetora 30. A camada protetora 30 é projeta- da para ser repelente à umidade para vedar a seção de aerofólio 12 com relação a líquido.

Conseqüentemente, a camada protetora 30 evita a penetração de umidade no material de fibra compósito 18. Além disso, a camada prote- tora 30 é projetada para ser deformável, de modo que, sem qualquer perda de sua função vedante, a mesma compensa as deformações que são espe- radas durante a operação da lâmina de turbina 10. A disposição da camada eletricamente condutiva sucessiva 32, da camada de isolamento 34 e da camada eletricamente condutiva 36 serve para monitorar o funcionamento da camada protetora 30. Para este propósito, a resistência ao isolamento das camadas eletricamente condutivas 30, 32 com relação aos arredores ou entre as camadas ou a capacitância da disposição de camada é medida, a fim de verificar se a umidade penetrou através da camada de proteção 30 no interior da seção de aerofólio 12.

A figura 2b mostra uma segunda modalidade da construção da lâmina de turbina 10, de acordo com a figura 2, na região de superfície da última. Aqui, o material de fibra compósito 18 é cercado por uma camada de material de indicação 30 que, por sua vez, é cercado pela camada protetora 30. O material de indicação 38 se encontra sob a forma de substâncias so- lúveis em água que são detectáveis sob a forma química, óptica e/ou radio- logicamente dissolvida. Conseqüentemente, o material de indicação 38 ser- ve para detectar um vazamento na camada protetora 30. Para ser preciso, se a umidade penetra no interior da seção de aerofólio 12, as substâncias químicas solúveis em água do material de indicação 38 são dissolvidas e podem ser detectadas no condensado que procede do vapor que sai da tur- bina.

A figura 3a mostra uma segunda modalidade exemplificativa de uma lâmina de turbina 110, de acordo com a invenção. Uma seção de raiz 43 une somente parcialmente a seção de aerofólio 12 mostrada com mate- rial de fibra compósito 18. Neste caso, as fibras do material de fibra compó- sito 18 são direcionadas a partir da seção de aerofólio 12 para dentro da seção de raiz 43 e, na última, são conduzidas ao redor de um elemento de contato e deflexão 46 sob a forma de uma luva metálica, mediante o retorno da fibra novamente para dentro da seção de aerofólio 12. Conseqüentemen- te, o elemento 46 realiza uma função de deflexão. Ao mesmo tempo, o mesmo também realiza uma função de contato, pelo fato de que este faz contato com uma fenda do eixo 48 de um eixo rotor 47 de uma turbina a va- por. Além disso, de acordo com a figura 3a, a lâmina de turbina 110 com- preende o que se conhece como um elemento guia 44, por meio do qual um roteamento de fibra vantajoso na raiz de lâmina é desviado formando um enraizamento de fibra em uma raiz de fibra adaptada à geometria da seção de aerofólio 12 do material de fibra compósito 18.

A figura 3b mostra o corte III-III, de acordo com a figura 3a. A seção de raiz 43 é projetada sob a forma de uma raiz de tampão com Iin- güetas de encaixe 45 para se encaixarem em fendas de eixo corresponden- tes 48 que passam transversalmente com relação a um eixo geométrico lon- gitudinal 50 de um eixo rotor 47. As lingüetas de encaixe 45 são, então, fi- xadas por meio de pinos de encaixe dispostos transversalmente nas fendas do eixo 48. Cada uma destas raízes de tampão 45 tem um dos elementos de contato e elementos de deflexão 46.

A figura 4a ilustra uma terceira modalidade exemplificativa de uma lâmina de turbina 210, de acordo com a invenção, com uma seção de raiz 52 sob a forma de uma raiz deslizante. A seção de raiz 52, que é mais precisamente ilustrada em uma vista transversal na figura 4b é pressionada para dentro de uma fenda do eixo 60 que passa na axial direção do eixo ro- tor. A seção de raiz 52 é, neste caso, dotada de uma curvatura, conforme ilustrada na figura 4a e tem um elemento de deflexão 56 ao redor do qual um número substancial de fibras do material de fibra compósito 18 é condu- zido. Estas fibras são cercadas por um elemento de contato ou guia 54. Este elemento inicialmente realiza a função de desviar um roteamento de fibra vantajoso na seção de raiz 52 para dentro de uma raiz de fibra adaptada à geometria da seção de aerofólio 12. Além disso, o elemento 54 realiza a função de fazer contato com uma fenda do eixo 60 do eixo rotor 58. O ele- mento guia e de contato 54 cerca completamente o material de fibra compó- sito 18 da seção de raiz 14 e também contíguo ao material de fibra compósi- to 18 na região inferior da seção de aerofólio de fibra 12.

Esta região é mais precisamente ilustrada na figura 4c. Para não causar dano ao elemento guia e de contato 54 ou ao material de fibra com- pósito 18 no caso de deformações da seção de aerofólio 12, proporciona-se uma lacuna 62 entre o material de fibra compósito 18 e o elemento 54.

Claims

1. Lâmina de turbina (10, 110, 210) para uma turbina a vapor, com uma seção de aerofólio (12) e com uma seção de raiz (14, 43, 52), cuja seção de aerofólio (12) contém, pelo menos em regiões, um material de fi- bra compósito (18), a seção de aerofólio (12) tem um corpo de preenchi- mento (24) que fica disposto no centro do aerofólio e que é completamente cercado pelo material de fibra compósito (18), caracterizada pelo fato de pelo menos a região que contém o material de fibra compósito (18) ser cer- cada pela camada protetora impermeável à umidade deformável (30) que evita a penetração de umidade no material de fibra compósito (18) durante a operação da lâmina de turbina (10, 110, 210).

2. Lâmina de turbina (10, 110, 210) para uma turbina a vapor, com uma seção de aerofólio (12) e com uma seção de raiz (14, 43, 52), em particular, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de tanto a seção de aerofólio (12), como a seção de raiz (14, 43, 52) conter, em cada caso, pelo em regiões, um material de fibra compósito (18).

3. Lâmina de turbina de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de o material de fibra compósito (18) conter fibras de vidro, fibras sintéticas e/ou fibras de carbono.

4. Lâmina de turbina de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizada pelo fato de o material de fibra compósito (18) ter fibras que são roteadas na região da seção de aerofólio (12) em um ângulo que se desvia de um eixo geométrico principal (21) da lâmina de turbina (10, -110, 210), em particular, em ângulos de ± 15°, ± 30° e/ou ± 45° com relação ao eixo geométrico principal (21).

5. Lâmina de turbina de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de a seção de aerofólio (12) ser confi- gurada para uso em um estágio de baixa pressão da turbina a vapor.

6. Lâmina de turbina de acordo com uma das reivindicações 1 a -5, caracterizada pelo fato de uma camada eletricamente condutiva (32, 36) ficar disposta abaixo da camada protetora (30).

7. Lâmina de turbina de acordo com uma das reivindicações 1 a -6, caracterizada pelo fato de as substâncias químicas solúveis em água (38) ficarem dispostas abaixo da camada protetora (30) que são detectáveis sob a forma dissolvida, em particular, química, óptica e/ou radiologicamente.

8. Lâmina de turbina de acordo com uma das reivindicações 1 a -7, caracterizada pelo fato de uma borda contínua (27) da lâmina de turbina (10, 110, 210) ser dotada de reforço de borda (28) para proteção contra im- pactos de queda.

9. Lâmina de turbina de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizada pelo fato de a seção de raiz (14) ter um elemento de contato (46, 54) para fazer contato com uma montagem de raiz de lâmina (48, 60) em um eixo rotor (47, 58) de uma turbina a vapor, sendo que o ele- mento de contato (46, 54) contém o material de fibra compósito (18) e/ou um material metálico.

10. Lâmina de turbina de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de a seção de raiz (14, 43, 52) ter um elemento de deflexão (46, 56), por meio do qual um número substancial de fibras da seção de aerofólio (12) é deflexionado e/ou um elemento guia (44, -54) por meio do qual um roteador de fibra vantajoso na seção de raiz (14, -43, 52) ser desviado para dentro de um roteador de fibra adaptado à geome- tria da seção de aerofólio (12).

11. Lâmina de turbina de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de a seção de raiz (14, 43, 52) ser pro- jetada como uma raiz de tampão (14, 43) que pode se encaixar dentro de uma montagem de raiz de lâmina (48) de um eixo rotor (47) da turbina em uma direção que é radial com relação ao eixo rotor (47).

12. Lâmina de turbina de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de a camada protetora repelente à á- gua (30) também cercar a seção de raiz (14, 43, 52).

13. Lâmina de turbina de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de a seção de raiz (14, 43, 52) ser pro- jetada como uma raiz deslizante (52) que pode ser pressionada para dentro de uma montagem de raiz de lâmina (60) de um eixo rotor (58) da turbina em uma direção que é essencialmente axial com relação ao eixo rotor (58).

14. Turbina a vapor com uma lâmina de turbina (10, 110, 210) como definida em uma das reivindicações precedentes.

15. Turbina a vapor de acordo com a reivindicação 14, caracteri- zada pelo fato de ser um dispositivo para observar o comportamento de os- cilação da lâmina de turbina (10, 110, 210).

16. Turbina a vapor de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizada pelo fato de ter ao menos uma palheta guia aquecível.