Tipos e características dos mancais de turbina em geradores hidrelétricos

As turbinas hidráulicas modernas apresentam desafios de engenharia extraordinários. Em grandes unidades verticais, os mancais de encosto devem suportar cargas axiais superiores a 6.000 toneladas — o peso combinado do rotor, da roda da turbina e do empuxo hidráulico. Atualmente, a capacidade de uma única unidade atingiu 889 MVA, com turbinas de 800 MW em instalações como a Usina Hidrelétrica de Xiangjiaba, na China. Este artigo fornece uma visão geral abrangente dos mancais de turbinas hidráulicas, examinando seus tipos, materiais, considerações de projeto, desafios operacionais e inovações emergentes.
Os sistemas de mancais de turbinas hidráulicas geralmente compreendem duas categorias fundamentais, cada uma desempenhando funções distintas.
Rolamentos de encosto
Os mancais de encosto suportam forças axiais — a carga vertical transmitida ao longo do eixo pelo peso dos componentes rotativos e pelo empuxo hidráulico axial no rotor da turbina. Na maioria dos mancais de encosto de turbinas hidráulicas, adota-se um projeto com pastilhas inclináveis ​​para aumentar a capacidade de carga e melhorar a estabilidade da unidade. Esses mancais transferem uma carga axial substancial dos componentes rotativos para os componentes estacionários por meio de uma fina película lubrificante com atrito extremamente baixo e praticamente nenhum desgaste.
A história dos mancais axiais modernos remonta a 1912, quando o mancal axial Kingsbury — com uma capacidade de carga axial de 184 toneladas — foi aplicado pela primeira vez na Usina Hidrelétrica de Holtwood, na Pensilvânia, EUA. Essa inovação possibilitou o projeto de unidades hidrelétricas muito maiores, com cargas axiais substanciais.
Rolamentos de guia
Os mancais guia absorvem cargas radiais e mantêm os eixos alinhados. Posicionados ao longo do eixo vertical, eles mantêm o rotor centrado no estator. Os mancais guia podem ter geometria fixa ou pastilhas oscilantes e podem ser lubrificados a óleo ou a água.
Sistemas de rolamentos combinados
Em muitas configurações de turbinas hidráulicas, tanto os mancais de encosto quanto os mancais de guia são alojados em um tanque de óleo comum, onde a circulação do óleo interage, resultando em um comportamento de lubrificação complexo. Embora os dois mancais compartilhem o tanque de óleo, seus filmes de óleo lubrificante operam independentemente, enquanto a distribuição de temperatura e pressão dentro do tanque é determinada conjuntamente por ambos os mancais.