Duto de transição de turbina Incoloy 800HT Seção de transição de saída do compartimento de combustão único para peças da turbina a gás GE LM2500

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Seção de transição: a ponte-chave conectando a câmara de combustão e a turbina

A forma da seção de transição geralmente é um tubo com variação gradual. Sua área de seção transversal aumenta gradualmente do compressor até a câmara de combustão. Isso ocorre porque a velocidade do fluxo de ar e a pressão na saída do compressor são altas, e é necessário reduzir a velocidade do fluxo de ar aumentando a área de seção transversal para que o ar possa ser misturado melhor com o combustível e queimado de forma estável na câmara de combustão. Seu comprimento varia de acordo com o design global e os requisitos de desempenho do turbocompressor. Em geral, o design de seu comprimento deve levar em consideração a transição uniforme do fluxo de ar e a minimização das perdas de pressão.

Como a seção de transição precisa suportar altas temperaturas e pressão, especialmente a seção de transição da saída da câmara de combustão para o turbínero, ela deve enfrentar a erosão do gás de combustão de alta temperatura. Portanto, geralmente são usados materiais de liga resistentes ao calor, como ligas à base de níquel. Em termos de processo de fabricação, pode-se utilizar a tecnologia de fundição precisa para garantir que sua superfície interna seja suave e reduzir a resistência ao atrito do fluxo de ar. Ao mesmo tempo, algumas seções de transição também adotam o design de canais de resfriamento interno, introduzindo ar de resfriamento para reduzir a temperatura dos componentes e assegurar sua integridade estrutural e desempenho estável em ambientes de alta temperatura.

Durante a transição do compressor para a câmara de combustão, a função principal é ajustar a velocidade e a pressão do fluxo de ar. A velocidade do fluxo de ar na saída do compressor é alta, enquanto a câmara de combustão requer um fluxo de ar de baixa velocidade para garantir uma mistura suficiente e uma combustão estável de combustível e ar. A seção de transição reduz a velocidade do fluxo de ar e as mudanças de pressão ocorrem de acordo para atender aos requisitos da entrada da câmara de combustão através de sua área transversal gradualmente variável. Da câmara de combustão para a turbina, a seção de transição deve permitir que o gás de alta temperatura e alta velocidade entre na turbina de forma uniforme para garantir que a turbina possa extrair energia do gás de forma eficiente.  

O design da seção de transição é crucial para garantir um fluxo de ar uniforme. Em uma turbina a gás, tanto a mistura de combustível e ar no compartimento de combustão quanto o processo de trabalho do gás na turbina exigem uma distribuição uniforme do fluxo de ar. Um fluxo de ar irregular pode levar a problemas como combustão incompleta, superaquecimento local ou força desigual nas pás da turbina. A seção de transição guia o fluxo de ar para fluir uniformemente por meio de estruturas internas especiais, como guias e formas graduais de paredes, melhorando assim o desempenho e a confiabilidade de todo o sistema da turbina a gás.

A seção de transição entre a câmara de combustão e a turbina afeta diretamente o desempenho de trabalho da turbina. Se a seção de transição não puder guiar uniformemente o gás quente para a turbina, as pás da turbina estarão sujeitas a estresse térmico e mecânico desigual. Isso não só reduzirá a eficiência da turbina, mas também pode causar danos às pás da turbina e encurtar a vida útil do turbocompressor. Além disso, a perda de pressão na seção de transição também afetará a pressão do gás na entrada da turbina, influenciando assim a capacidade de trabalho da turbina.