Qual é a diferença entre vedação de escova e vedação de labirinto?

No reino das tecnologias de vedação, vedações de escova e vedações de labirinto são duas soluções distintas empregadas para controlar vazamento de fluidos e manter diferenças de pressão em máquinas rotativas. Embora ambas sirvam ao propósito de vedação, seus designs, materiais e características de desempenho diferem significativamente.

Este artigo se aprofundará nos meandros das vedações de escova e de labirinto, comparando suas estruturas, aplicações e eficácia em vários ambientes industriais.

O que é Brush Seal

Uma vedação de escova é um tipo de selo mecânico que utiliza um pacote denso de cerdas, normalmente feito de aço inoxidável, para criar um mecanismo de vedação flexível entre componentes estacionários e rotativos em turbomaquinário. As cerdas são anguladas na direção da rotação, permitindo uma interface de vedação compatível que pode acomodar movimento radial e excursões do eixo, mantendo uma folga mínima. Este design exclusivo permite que as vedações de escova forneçam vedação eficaz mesmo sob diferenciais de alta pressão e velocidades de rotação.

As vedações de escova oferecem várias vantagens sobre as vedações de labirinto tradicionais. O pacote de cerdas se adapta à superfície do rotor, minimizando as lacunas de vazamento e reduzindo o fluxo de vazamento. A conformidade das cerdas permite melhor acomodação da dinâmica do rotor, crescimento térmico e outros fatores operacionais. Além disso, as vedações de escova podem ser usadas em combinação com vedações de labirinto ou outras tecnologias de vedação para melhorar ainda mais o desempenho da vedação.

A aplicação de vedações de escova se expandiu por vários setores, incluindo turbinas a vapor, turbinas a gás e motores aeroespaciais. Em aplicações de turbinas a vapor, as vedações de escova podem reduzir significativamente o vazamento de vapor, melhorando a eficiência geral da máquina e reduzindo perdas de vapor dispendiosas. As vedações de escova também são usadas em turbinas a gás industriais e motores a jato para minimizar o fluxo de ar de vazamento, resultando em eficiências operacionais aprimoradas.

O que é o selo do labirinto

A selo labirinto é um tipo de vedação sem contato que utiliza uma série de passagens intrincadas, semelhantes a labirintos, para criar um caminho tortuoso para o fluxo de fluido. A vedação consiste em uma série de dentes ou aletas de labirinto dispostos em um padrão específico, com cada dente criando uma pequena queda de pressão. Conforme o fluido navega pelo labirinto, ele experimenta uma série de expansões e contrações, resultando em uma redução significativa de pressão na vedação.

As vedações de labirinto dependem do princípio de criar múltiplas quedas de pressão para minimizar o fluxo de vazamento. A eficácia de uma vedação de labirinto depende de fatores como o número de dentes de labirinto, sua geometria e a folga entre os componentes rotativos e estacionários. A folga é projetada para ser a menor possível, mas ainda permitindo uma operação segura e acomodando fatores como expansão térmica e dinâmica do rotor.

Uma das principais vantagens dos selos de labirinto é sua natureza sem contato, o que minimiza o desgaste na superfície do rotor e estende a vida útil do selo. Os selos de labirinto também são relativamente simples em design e podem ser facilmente fabricados e mantidos. No entanto, eles são sensíveis a mudanças na folga e podem sofrer vazamento aumentado se a folga se tornar muito grande devido ao desgaste ou às condições operacionais.

Selos de labirinto encontram aplicações em várias máquinas rotativas, como turbinas a vapor, turbinas a gás e compressores. Eles são frequentemente usados em combinação com outras tecnologias de selos, como selos de escova ou selos abrasivos, para fornecer uma solução de selagem abrangente.

Principais diferenças entre vedação de escova e vedação de labirinto

Mecanismo de vedação

As vedações de escova consistem em cerdas densamente compactadas, tipicamente feitas de aço inoxidável, que formam uma interface de vedação complacente. As cerdas flexionam e se adaptam aos movimentos do rotor, mantendo uma folga próxima.

Em contraste, as vedações de labirinto dependem de uma série de dentes rígidos ou bordas de faca que criam um caminho tortuoso para o fluxo de fluido. As vedações de labirinto não têm um elemento de vedação compatível como as vedações de escova.

Contato

As vedações de escova são do tipo de contato, o que significa que as cerdas fazem contato leve com a superfície do rotor. Esse contato permite que as vedações de escova acomodem excursões e vibrações do rotor, mantendo uma vedação eficaz.

Selos de labirinto, por outro lado, são selos sem contato. Eles mantêm uma pequena folga entre os dentes do selo e o rotor, contando com a queda de pressão no caminho do labirinto para reduzir o vazamento.

Redução de vazamento

As vedações de escova fornecem redução de vazamento superior em comparação com as vedações de labirinto. O pacote de cerdas complacente se adapta ao rotor, minimizando as lacunas de vazamento. Uma única vedação de escova pode reduzir o vazamento em até 90% em comparação com as vedações de labirinto convencionais.

Selos de labirinto, embora eficazes, têm vazamento inerente devido à folga entre os dentes do selo e o rotor. O vazamento em selos de labirinto aumenta com o tempo, à medida que as folgas aumentam devido ao desgaste e ao crescimento térmico.

Durabilidade

As vedações de labirinto geralmente têm maior durabilidade em comparação às vedações de escova. A geometria rígida das vedações de labirinto as torna resistentes ao desgaste e à deterioração.

As vedações das escovas, devido à sua natureza de contato, sofrem desgaste ao longo do tempo, pois as cerdas esfregam contra a superfície do rotor.

Faixa de temperatura

Tanto as vedações de escova quanto as vedações de labirinto podem operar em uma ampla faixa de temperatura. No entanto, as vedações de escova têm uma ligeira vantagem em aplicações de alta temperatura. As cerdas de vedação de escova, normalmente feitas de superligas à base de cobalto ou níquel, podem suportar temperaturas de até 800 °C (1.472 °F). As vedações de labirinto, dependendo do material usado, podem operar em temperaturas de até cerca de 650 °C (1.200 °F). A natureza complacente das vedações de escova permite que elas acomodem o crescimento térmico de forma mais eficaz do que as vedações de labirinto rígidas.

Formulários

Vedações de escova e vedações de labirinto encontram aplicações em várias turbomáquinas, incluindo turbinas a vapor, turbinas a gás, compressores e bombas. Vedações de escova são particularmente eficazes em aplicações com diferenciais de alta pressão, como vedação de glândula de turbina a vapor e vedação de reservatório de mancal de turbina a gás. Elas também são usadas em combinação com vedações de labirinto para melhorar o desempenho geral da vedação.

Selos de labirinto são amplamente usados em aplicações com diferenciais de pressão mais baixos e onde a vedação sem contato é preferida. Eles são comumente encontrados em selagem de turbocompressor, vedação de olhal de compressor e como selos entre estágios em turbinas e compressores.