BRPI0613370A2 - sistema para descongelar a borda de ataque da carenagem de entrada de nariz de um motor de turbina - Google Patents
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Abstract
SISTEMA PARA DESCONGELAR A BORDA DE ATAQUE DA CARENAGEM DE ENTRADA DE NARIZ DE UM MOTOR DE TURBINA. A presente invenção se relaciona a um sistema para descongelar a borda de ataque de uma carenagem de entrada de nariz de um motor de turbina. A invenção se caracteriza pelo fato de um dos dois elementos formados pelo duto de suprimento de ar quente pressurizado (6) e pelo envelope protetivo (15) ser longitudinalmente rígido enquanto o outro dos citados elementos compreende pelo menos duas partes mutuamente acomodadas e adaptadas para deslizarem uma em relação à outra; os citados dois elementos (6, 15), de um lado, sendo rigidamente fixados a uma das citadas partições (5) do compartimento de estrutura (10) enquanto, de outro lado, os citados dois elementos são rigidamente ligados um ao outro (em 18) e são adaptados para deslizar em conjunto em relação a um mancal deslizante (17) provido na partição (16).
Description
"SISTEMA PARA DESCONGELAR A BORDA DE ATAQUE DA CARENAGEMDE ENTRADA DE NARIZ DE UM MOTOR DE TURBINA"
A presente invenção se relaciona a um sistema paradescongelar a borda de ataque da carenagem de entradade nariz de um motor de turbina.
É sabido que, se necessário (para impedir a formação degelo ou remover a mesma se já formada), a borda de ataqueda carenagem de entrada de nariz de motores de turbinaé descongelada por aquecimento com ar quente pressurizadoque é tomado a partir do citado motor de turbina econduzido à citada borda de ataque por um circuito decirculação de ar quente. O ar quente pressurizado tomadoa partir do motor de turbina está em uma temperaturamuito alta, por exemplo cerca de 500°C, de modo queo citado duto irradia calor e as estruturas circundantesda citada carenagem de entrada de nariz, que sãosensíveis ao calor (por exemplo, painéis a prova de somfeitos de material compósito), são protegidas do calor.
Ademais, por razões óbvias de segurança, tambémé necessário prover proteção para as citadas estruturascircundantes, para o caso de vazamento de ar quentepressurizado, ou de rompimento dos citados dutos.O documento EP 12 512 57 descreve uma carenagem de entradade nariz para um motor de turbina, em particular de umaaeronave, a citada carenagem de entrada dianteira sendoprovida com meios para descongelar a borda de ataque, ecompreendendo com este propósito:
uma borda de ataque oca que define uma câmara anularfechada por um primeiro anteparo interno;
- um duto de suprimento de ar quente pressurizadodesenhado para ser conectado, por sua extremidade opostaà citada borda de ataque, a um circuito de ar quentepressurizado, e por sua extremidade dianteira na direçãoda citada borda de ataque, a um injetor que injetao citado ar quente pressurizado na citada câmara anular,o citado duto de suprimento sendo arranjado, pelo menosparcialmente, em um compartimento definido na parteda frente por um primeiro anteparo e na parte de tráspor um segundo anteparo; e
um envelope protetivo interno arranjado no citadocompartimento e definindo um volume isolante que envolveo citado duto de suprimento.
Por conseguinte, nesta carenagem de entrada de narizbem conhecida, o citado duto é isolado do resto do espaçointerior da carenagem de entrada de nariz, e o citadoenvelope protetivo interno, que é continuo e integral,permite às estruturas circundantes serem protegidas daradiação térmica, de vazamento de ar quente pressurizado,e também dos efeitos de um eventual rompimento do citadoduto. A provisão de aberturas de entrada e saída de arprovê uma ventilação interna permanente do volumeisolante, dai limitando a radiação térmica do duto desuprimento de ar quente, e as estruturas circundantesresultando protegidas de qualquer dano ou desgastepela exposição às altas temperaturas. Em caso devazamento de tubo por rompimento ou explosão, o ar quenteé descarregado através das aberturas de saída, de modoque, de novo, as citadas estruturas circundantes resultamprotegidas do ar quente pressurizado.
A carenagem nariz conhecida cumpre perfeitamente a funçãode proteção térmica para as citadas estruturascircundantes. Contudo, na prática, para impedir que aexpansão longitudinal do citado duto de suprimento e docitado envelope protetivo (em geral feito de aço) devidaà temperatura, provoque tensões sobre os citados primeiroe segundo anteparos, é necessário que estes elementossejam feitos em duas partes, acomodadas uma dentro daoutra, e que são capazes de deslizar uma em relação àoutra de maneira selada.
Assim, o aumento por calor na extensão do citado duto edo citado envelope é absorvido por um movimento dedeslizamento retrátil das citadas duas partes que formamestes elementos.
No entanto, deve ser notado que o ar quente circulandono citado duto de suprimento está sob alta pressão,por exemplo em torno de 10 a 2 0 báries, qual pressãointerna tem o efeito de separar as duas partes do citadoduto de suprimento uma da outra durante operação normal,e de separar as duas partes do citado duto de suprimentoe as duas partes do envelope protetivo uma da outra,no caso de romper o citado duto de suprimento.
Isto conseqüentemente resulta em tensões sobre os citadosanteparos aplicadas pelas duas partes do citado duto desuprimento e/ou do citado envelope protetivo, as citadastensões tendem a deformar os citados anteparosos tornando abaulados para a parte de fora docompartimento. Assim se torna necessário prover umreforço pesado e caro previsto para conter o abaulamento.
O objetivo da presente invenção é prover um sistemadescongelante para evitar a deformação dos anteparos,sem precisar reforçar os citados anteparos.Com este propósito, de acordo com a presente invenção,o sistema para descongelar a borda de ataque de umacarenagem de entrada de nariz de um motor de turbina,particularmente para uma aeronave, a citada borda deataque sendo oca e definindo uma câmara anular fechadapor um primeiro anteparo interno, o citado sistemadescongelante compreendendo:
- um duto de suprimento de ar quente pressurizadoprojetado para ser conectado, por sua extremidade opostaà citada borda de ataque, a um circuito de ar quentepressurizado e, por sua extremidade dianteira na direçãoda citada borda de ataque, a um injetor para injetaro citado ar quente pressurizado na citada câmara anularda borda de ataque, o citado duto de suprimento passaatravés da um compartimento da citada carenagem deentrada de nariz que é definida na parte da frente pelocitado primeiro anteparo e na parte de trás pelo segundoanteparo interno; e
um envelope protetivo interno arranjado no citadocompartimento e definindo um volume isolante que envolveo citado duto de suprimento,e sendo caracterizado pelo fato de:
um dos dois elementos dentre o citado duto desuprimento e o citado envelope protetivo serlongitudinalmente rígido, enquanto o outro dentre oscitados elementos compreende pelo menos duas partes,uma dentro da outra, capazes de deslizar uma em relaçãoà outra de maneira selada; e
rigidamente presos a um dos citados anteparos, enquanto,de outro lado, os citados dois elementos seremrigidamente conectados um ao outro e capazes de deslizarem um mancai deslizante provido no outro anteparo.
Assim, como será visto em detalhes mais adiante, aqueleum dentre os citados dois elementos, que élongitudinalmente rígido, atua como tirante para o outroelemento, limitando seu alongamento, e o alongamentoespecífico com respeito ao citado tirante, não exercenenhum efeito sobre o citado anteparo devido à presençado citado mancai deslizante.
0 citado duto de suprimento pode ser longitudinalmenterígido, no entanto, enquanto o citado envelope protetivocompreende pelo menos duas partes uma dentro da outra,capazes de deslizar uma em relação à outra, de maneiraselada. No entanto, em uma configuração preferida,o citado envelope protetivo é rígido longitudinalmente,enquanto o citado duto de suprimento compreende pelomenos duas partes uma dentro da outra, capazes dedeslizar uma em relação à outra, de maneira selada.
0 citado mancai deslizante pode ser arranjado querno citado primeiro anteparo interno quer no citadosegundo anteparo interno.
Vantajosamente, o citado mancai deslizante compreende umencosto projetado para limitar o movimento do citado dutode suprimento e do citado envelope protetivo em relaçãoao correspondente anteparo.
A conexão rígida entre o citado duto de suprimento eo citado envelope protetivo pode ser feita por flanges.
As figuras anexas devem dar um claro entendimento de comoa invenção pode ser implementada, onde as mesmasreferências se referem a elementos iguais, onde:
a figura 1 mostra em seção axial a borda de ataque deuma carenagem de entrada de nariz conhecida;
a figura 2 ilustra esquematicamente a borda de ataqueconhecida da figura 1 representando as desvantagens quea presente invenção resolve;
as figuras 3A, 3B e 3C ilustram esquematicamente,à maneira da figura 2, três diferentes posiçõesdo sistema para descongelar a borda de ataque, de acordocom a presente invenção, e de acordo com uma primeiraconfiguração preferida.
a figura 4 ilustra em uma vista esquemática parcial,uma configuração prática de exemplo da primeiraconfiguração mostrada nas figuras 3A, 3B e 3C.
a figura 5 ilustra uma variante da citada primeiraconfiguração ;
as figuras 6A, 6B, 6C ilustram esquematicamente,de maneira comparável às figuras 3A, 3B, 3C, as mesmastrês diferentes posições para uma segunda configuraçãoda presente invenção; e
a figura 7 ilustra uma variante da segunda configuraçãomostrada na figuras 6A, 6B, 6C.
A borda de ataque 1 da carenagem 2 que envolve a entradade ar 3 de uma aeronave (não mostrada de outra forma)é provida com um meio descongelante conhecido quecompreende:
- uma câmara interna periférica 4 formada na borda deataque oca 1 e fechada por um anteparo dianteiro interno5 de forma anular que é ancorado ao lado de superfíciesuperior 2E e ao lado da superfície inferior 21da carenagem 2;
- um duto de suprimento de ar quente pressurizado 6é projetado para ser conectado, por sua extremidadeposterior 6R oposta à citada borda de ataque 1, a umcircuito 7 de ar quente pressurizado procedente de umgerador de fluxo quente do motor de turbina(não mostrado) e por sua extremidade dianteira 6A, aum injetor 8 para injetar o citado ar quente pressurizadona citada câmara interna 4 da borda de ataque 1; e
um envelope protetivo tubular 9 que envolve o citadoduto de suprimento 6;
O duto de suprimento 6 e o envelope protetivo 9 passamatravés de um compartimento 10 definido na parte dafrente pelo citado anteparo interno dianteiro 5, ena parte de trás pelo anteparo interno traseiro 11 quetem uma forma anular e é ancorado ao lado da superfíciesuperior 2E e ao lado de superfície inferior 21, eatravés do qual passa a citada extremidade traseira 6Rdo duto 6. Assim, o citado envelope protetivo 9 defineem conexão com os anteparos dianteiro 5 e traseiro 11,um volume de isolação 12.
Nesta configuração conhecida mostrada nas figuras 1 e 2,ambos, duto de suprimento 6 e envelope protetivo 9, sãona verdade, constituídos de duas partes, respectivamente6.1 e 6.2 e 9.1 e 9.2. As duas partes 6.1 e 6.2 do citadoduto de suprimento 6 são montadas telescopicamente umaem relação à outra e conectadas de maneira seladapor um selo deslizante ou uma junta sanfonada 13.
Similarmente, as duas partes 9.1 e 9.2 do envelopeprotetivo são montadas telescopicamente e conectadas,de maneira selada, por um selo deslizante ou juntasanfonada 14.
Ademais, as partes 6.1 e 6.2 são rigidamente fixadasao anteparo dianteiro 5, enquanto as partes 9.1 e 9.2são rigidamente fixadas ao anteparo traseiro 11.Deve ser prontamente apreciado que a fabricação do dutode suprimento 6 e do envelope protetivo 9 como partestelescópicas 6.1, 6.2 e 9.1, 9.2 elimina a pressãoexercida sobre o citado anteparos 5 e 11 provocada pelaexpansão térmica do duto de suprimento 6 e do envelopeprotetivo 9 sob ação do ar quente que passa no duto desuprimento 6.
No entanto, uma vez que o ar quente que passa através docitado duto de suprimento 6 se encontra sob alta pressão,esta pressão exerce uma ação separadora sobre as partes6.1 e 6.2 do duto de suprimento e, por conseguinte, sobreas partes 9.1 e 9.2 do envelope protetivo 9.
Em conseqüência, o duto de suprimento 6 atua à maneirade êmbolo sobre as partições 5 e 11, as abaulando parafora do compartimento 10, como esquematicamenterepresentado por linhas tracejadas 5d e Ild na figura 2.
Deve ser ressaltado que se o duto de suprimento romperpor acidente, o ar quente se expande no volume deisolação 12, aumentando a ação separadora exercida peloar quente sobre os anteparos 5 e 11, ainda mais peloêmbolo de maior diâmetro formado pelo envelope protetivo9. Assim, fazendo necessário um reforço (por exemplo,tirantes não mostrados) para os citados anteparos 5 e 11,para impedir os anteparos de abaular, não apenas emoperação mas também se o duto 6 romper, assimindesejavelmente aumentando o custo e peso da aeronave.
As figuras 3A, 3B, 3C representam esquematicamente umsistema descongelante, de acordo com a presente invençãoatravés do qual estas desvantagens podem ser superadas.
Em contraste com a configuração conhecida, mostrada nasfiguras 1 e 2, no sistema descongelante mostradonas figuras 3A, 3B, 3C:
o anteparo dianteiro 5 e o duto de suprimento 6(em duas partes telescópicas 6.1 e 6.2, conectadasde modo selado) permanecem inalterados;
- o envelope protetivo 9 (em duas partes 9.1 e 9.2)é substituído por um envelope protetivo em peça única 15;
o anteparo traseiro 11 é substituído por anteparo 16provido com um mancai deslizante 17.
Adicionalmente, nesta configuração, mostrada nas figuras3A, 3B, 3C:
a parte 6.1 do duto de suprimento 6 e a parteda frente 15A do envelope protetivo 15 são rigidamentefixadas ao anteparo dianteiro 5; e
a parte 6.2 do duto de suprimento 6 e a partetraseira 15R do envelope protetivo 15 são fixadas umaa outra através de meios de fixação 18 e são capazes dedeslizar juntos no mancai deslizante 17.
A figura 3A representa, por exemplo, o estado do sistemadescongelante de acordo com a invenção em repouso semo ar quente pressurizado fluir no duto de suprimento 6em direção ao injetor 8. Se, começando do estado mostradona figura 3A, guando ar quente pressurizado é admitido nocitado duto de suprimento 6, o citado duto 6 tendea alongar pela ação combinada da temperatura (que provocaexpansão longitudinal) e pressão interna (que provocaseparação das partes 6.1 e 6.2). No entanto, dado que,em um primeiro caso, o envelope protetivo 15 permanecefrio e, por conseguinte, mantém o comprimento, o duto desuprimento 6 é impedido de alongar pelo citado envelopeprotetivo 15 que funciona como tirante. 0 sistemadescongelante, por conseguinte, permanece no estadomostrado na figura 3A.
Subseqüentemente, com a temperatura do envelope protetivo15 elevada por radiação térmica do duto de suprimento 6,o envelope protetivo 15 expande longitudinalmente de modoque o meio de fixação 18 expande longitudinalmentede modo que os meios de fixação 18 se deslocam comrespeito ao mancai de deslizante 17, como representadona figura 3B. No entanto, uma vez mais, o alongamento doduto 6, sob ação combinada de temperatura e pressão,é limitado pelo tirante (qual comprimento é maior queaquele da figura 3A) formado pelo envelope protetivo 15.
Se, como na figura 3C, o duto de suprimento 6 se romper,o ar quente pressurizado expande no envelope protetivo 15que então é submetido à temperatura e pressão do citadoar quente. Conseqüentemente, o envelope protetivo 15,por conseguinte, alonga sob ação combinada de temperaturae pressão e os meios de fixação se deslocam em relaçãoao mancai deslizante 17, a expansão longitudinal do dutode suprimento rompido 6 (figura 3C) ainda é contidapelo citado envelope protetivo 15.
Portanto, deve ser notado, que em cada caso, a expansãolongitudinal do duto 6 é controlada e contida peloenvelope protetivo 15, sem que nenhuma força sejaaplicada aos anteparos 5 e 16, em virtude de os meios defixação 18 deslizarem no mancai deslizante 17.Onde apropriado, o mancai deslizante 17 pode compreender,como medida de segurança, um encosto 17B para limitaro curso de deslizamento para o lado de fora docompartimento 10 .
A figura 4 mostra uma configuração exemplar práticado sistema descongelante dado esquematicamente nasfiguras 3A, 3B, 3C. Pode ser visto que o envelopeprotetivo 15 é diretamente e deslizavelmente montadono mancai 17, e que os meios de fixação 18 são de um tipoque compreende flanges 18A.
Embora nas figuras 3A, 3B, 3C, e 4, o anteparo dianteirotenha sido representado como fixo e o anteparo traseiroprovido com o mancai 17, projetado para permitirdeslocamento longitudinal dos meios de fixação 18,deve ser prontamente apreciado a partir do descrito acimae da figura 5, que os anteparos dianteiro e traseiropodem ser intercambiados. Neste caso, os meios de fixação18 fixam a parte 6.1 do duto de suprimento 6 e a partedianteira 15A do envelope protetivo 15 e o encosto 17Blimitam o movimento de deslizamento para forado compartimento 10, na direção do injetor 8.Outra configuração do sistema descongelante, de acordocom a invenção, é mostrada pelas figuras 6A, 6B, 6C.
Em contraste com o sistema descongelante conhecido(figuras 1 e 2). Nesta configuração:
o anteparo dianteiro 5 e o envelope protetivo 9(em duas partes telescópicas 9.1 e 9.2, conectadas demodo selado) permanecem inalterados,-
o duto de suprimento 6 (em duas partes 6.1 e 6.2)é substituído por um duto de suprimento em peça única 19;o anteparo traseiro 11 é substituído por um anteparo20 provido com mancai deslizante 21 tendo um encosto 21Bpara o lado de fora (o anteparo 20 e mancai 21 sendorespectivamente similares ao anteparo 16 e mancai 17,mostrados nas figuras 3A, 3B, 3C).
Adicionalmente, na configuração variante mostrada nasfiguras 6A, 6B, 6C:
a parte 9.1 do envelope protetivo 9 e da partedianteira 19A do duto de suprimento 19 são rigidamentefixadas ao anteparo dianteiro 5;
a parte 9.2 do envelope protetivo 9 e a partetraseira 19R do duto 19 são fixadas um no outro por meiosfixadores 22 capazes de deslizar em conjunto no mancaideslizante 21.
As figuras 6A, 6B, 6C respectivamente correspondemàs figuras 3A, 3B, 3C.
A figura 6A representa o sistema descongelanteem repouso. Se ar quente pressurizado for admitidono duto de suprimento 19, o duto de suprimento 19 expandelongitudinalmente, que é permitido pelo mancai 21,sem aplicar tensões aos anteparos 5 e 20 (figura 6B).
Ademais, o envelope protetivo telescópico 9 acompanhaeste alongamento. Em operação, o alongamento do envelopeprotetivo 9 é controlado pelo duto de suprimento 19funcionando como tirante. Se o citado duto se romper(figura 6C) , o envelope protetivo 9 alonga, mas seualongamento é limitado para o lado de fora docompartimento 10 pelo encosto 2IB da barreira 21.
A figura 7 ilustra uma variante de configuração mostradanas figuras 6A, 6B, 6D, nas quais os anteparos foramintercambiados.
Claims (8)
1. - Sistema para descongelar a borda de ataque dacarenagem de entrada de nariz de um motor de turbina,em particular de uma aeronave, a citada borda de ataque(1) sendo oca e definindo uma câmara anular (4) fechadapor um primeiro anteparo interno (5) , o citado sistemadescongelante, compreendendo:um duto de suprimento de ar quente pressurizado(6, 19) projetado para ser conectado, por sua extremidadeoposta, à citada borda de ataque (1), a um circuito de arquente pressurizado (7) , e, por sua extremidadedianteira, em direção à citada borda de ataque (1), a uminjetor (8) para injetar o citado ar quente pressurizadona citada câmara anular (4) da borda de ataque, o citadoduto de suprimento que passa por um compartimento (1) dacitada carenagem de entrada de ar (2) definido na frentepelo citado primeiro anteparo interno (5, 16, 20) e atráspor um segundo anteparo interno (5, 16, 20);um envelope protetivo interno (9, 15) arranjadono citado compartimento (10) e definindo um volume deisolação (12) contendo o citado duto de suprimento(6, 19);caracterizado pelo fato de:um dos dois elementos formados pelo citado duto desuprimento (6, 19) e pelo citado envelope protetivo(9, 15) ser longitudinalmente rígido, enquanto o outrodos citados elementos compreende pelo menos duas partesuma dentro da outra, que são capazes de deslizar uma emrelação à outra de maneira selada; e- os citados dois elementos serem, de um lado,rigidamente presos aos citados anteparos, enquanto,de outro lado, os citados dois elementos rigidamenteconectados um no outro e capazes de deslizar em conjuntoem relação a um mancai de deslizamento (17, 21) providono outro anteparo.
2. - Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o citado duto de suprimento(19) ser longitudinalmente rígido, enquanto o citadoenvelope protetivo (9) compreende pelo menos duas partes(9.1 e 9.2) acomodadas uma dentro da outra e capazes dedeslizar uma em relação à outra de maneira selada.
3.- Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o citado envelope protetivo(15) ser longitudinalmente rígido, enquanto o citado dutode suprimento (6) compreende pelo menos duas partes(6.1 e 6.2) acomodadas uma dentro da outra e capazes dedeslizar uma em relação à outra de maneira selada.
4.- Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de o citadomancai deslizante (17, 21) ser arranjado no citadoprimeiro anteparo interno (5).
5.- Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de o citadomancai deslizante (17, 21) ser arranjado no citadosegundo anteparo interno (16, 20).
6.- Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de o citadomancai deslizante (17, 21) compreender um encosto(17B, 21B) para limitar o movimento de deslizamento docitado duto de suprimento e do citado envelope protetivopara fora do citado compartimento (10).
7.- Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de o citadomancai deslizante cooperar com o citado envelopeprotetivo.
8.- Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato dea conexão rígida (18) entre o citado duto de suprimento eo citado envelope protetivo ser produzido por meio deflanges (18A).
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