BRPI0914243B1 - cárter estrutural para turbomáquina e turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor compreendendo tal cárter - Google Patents
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Abstract
cárter estrutural para turbomáquina e turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor compreendendo tal cárter cárter estrutural (52) para turbomáquina, tal como um cárter intermediário (52) ou um cárter de escapamento (81, 87), formado por elementos que compreendem pelo menos duas virolas coaxiais interna (60) e externa (62) e braços radiais que ligam as virolas (60, 62), caracterizado pelo fato de que pelo menos um desses elementos é formado por várias partes fixadas juntas por cavilhação.
Description
“CÁRTER ESTRUTURAL PARA TURBOMÁQUINA E TURBOMÁQUINA, TAL COMO UM TURBORREATOR OU UM TURBOPROPULSOR COMPREENDENDO TAL CÁRTER” [0001] A invenção se refere a um cárter estrutural de turbomáquina tal como notadamente um cárter de ventoinha, um cárter intermediário ou um cárter de escapamento, assim como a uma turbomáquina que compreende esse tipo de cárter. [0002] Em uma turbomáquina, tal como um turborreator de avião, cárteres estruturais são dispostos ao longo do eixo motor a fim de enrijecer a turbomáquina, evitar as distorções da turbomáquina e assim transmitir da melhor maneira possível os esforços de impulso ao avião ao qual a turbomáquina está fixada. Tais cárteres estruturais são por exemplo o cárter intermediário e o cárter de escapamento. O cárter intermediário está situado entre compressores de baixa e alta pressão e o cárter de escapamento é montado a jusante de uma seção de turbina disposta na saída de uma câmara de combustão.
[0003] Esse tipo de cárter é geralmente formado por pelo menos duas virolas coaxiais interna e externa, a virola interna que delimita interiormente uma corrente de escoamento de um fluxo de ar primário que circula no interior do turborreator e a parede externa que delimita exteriormente uma corrente de escoamento de um fluxo de ar secundário que contorna o turborreator. As virolas interna e externa são ligadas por braços que se estendem radialmente nos fluxos de ar primário e secundário. Uma virola intermediária é intercalada entre as virolas interna e externa e atravessada pelos braços e delimita exteriormente a corrente do fluxo primário.
[0004] Esses cárteres são em geral realizados em uma só peça de fundição. É também conhecido realizar em um só peça a virola interna, a virola intermediária e os braços radiais e depois soldar a virola externa monobloco sobre os braços radiais.
[0005] No entanto, a realização desse tipo de cárter estrutural é ainda mais complicada e custosa quanto maior for o diâmetro do cárter. Além disso, na saída de fundição, operações de usinagens longas e complexas devem ser realizadas na virola externa ao nível de suas junções com os braços para formar aí relevos tubulares de passagem de elementos de serviço nos braços radiais. Finalmente, o cárter obtido
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2/8 forma uma peça monobloco não desmontável, o que complica as operações de manutenção da turbomáquina.
[0006] A invenção tem notadamente como objetivo evitar esses inconvenientes de modo simples, eficaz e econômico.
[0007] Ela propõe para isso, um cárter estrutural para turbomáquina, tal como um cárter intermediário ou um cárter de escapamento, formado por elementos que compreendem pelo menos duas virolas coaxiais interna e externa e braços radiais que ligam as virolas, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das virolas é formada por várias porções de cilindro das quais as extremidades circunferenciais compreendem flanges radiais fixados por cavilhação em flanges radiais correspondentes dos braços radiais.
[0008] De acordo com a invenção, pelo menos uma das virolas do cárter estrutural é realizada em várias partes, o que permite diminuir a dimensão das peças, facilita a realização das mesmas em fundição e garante uma melhor qualidade metalúrgica das peças obtidas. Esse cárter estrutural é desmontável devido {a união por cavilhação, o que simplifica as operações de manutenção e diminui os custos permitindo assim só substituir a parte danificada.
[0009] De acordo com uma outra característica da invenção, o cárter estrutural compreende também uma virola intermediária disposta entre as virolas interna e externa e atravessada pelos braços radiais, a virola intermediária podendo ser formada por vários elementos fixados juntos por cavilhação.
[0010] Cada braço radial pode também ser formado por uma parte interna que liga as virolas interna e intermediária e por uma parte externa que liga as virolas intermediária e externa.
[0011] Em uma realização da invenção, as virolas interna e intermediária e a parte interna dos braços radiais são formadas de uma só peça.
[0012] De acordo com uma outra característica, a extremidade radialmente interna da parte externa de cada braço compreende uma base cavilhada em uma base correspondente da extremidade externa da parte interna do braço radial.
[0013] A extremidade radialmente externa da parte externa de cada braço pode
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3/8 compreender uma sapata que se estende circunferencialmente e que compreende um relevo tubular de passagem de elementos de serviço que se comunica com o interior da parte externa do braço.
[0014] O relevo externo de passagem de elementos de serviço é assim integrado ao braço, o que é mais simples de realizar do que um relevo integrado a uma virola externa monobloco da técnica anterior.
[0015] As bordas circunferenciais de cada sapata podem compreender um flange radial cavilhado em um flange radial correspondente de uma porção de cilindro da virola externa.
[0016] As virolas interna e externa e os braços radiais podem ser realizados em materiais diferentes, o que não era possível em cárteres estruturais monobloco obtidos de fundição. A utilização de diferentes materiais permite compensar o aumento de peso devido às cavilhas assim como às bases das partes interna e externa dos braços radiais.
[0017] As virolas interna e externa e os braços radiais podem também ser realizados por técnicas diferentes tais como a fundição, a forjadura e a metalurgia dos pós. Em variante, esses elementos podem ser realizados em material compósito.
[0018] Esse tipo de cárter estrutural feito de várias partes é especialmente adaptado a cárteres cujo diâmetro é superior a 110 centímetros.
[0019] A invenção também se refere a uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor, caracterizada pelo fato de que ela compreende um cárter tal como descrito acima.
[0020] A invenção também se refere a elementos de cárter estrutural para turbomáquina, que compreende virolas coaxiais e braços radiais que ligam essas virolas, caracterizado pelo fato de que eles compreendem partes destinadas a ser fixadas juntas por cavilhação.
[0021] A invenção será melhor compreendida e outros detalhes, vantagens e características da invenção aparecerão com a leitura da descrição seguinte feita a título de exemplo não limitativo, em referência aos desenhos anexos nos quais:
- a figura 1 é uma vista esquemática em corte axial de uma turbomáquina
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4/8 de fluxo duplo;
- a figura 2 é uma vista esquemática em perspectiva a partir de a montante de um cárter intermediário estrutural de acordo com a invenção;
- a figura 3 é uma vista esquemática em perspectiva e em escala ampliada da zona III delimitada na figura 2;
- a figura 4 é uma vista esquemática em corte transversal de um cárter de escapamento estrutural de acordo com a invenção;
- a figura 5 é uma vista esquemática parcial em corte transversal de uma variante de realização de um cárter de escapamento estrutural.
[0022] A figura 1 representa uma turbomáquina 10 de fluxo duplo que compreende uma nacela 12 de forma cilíndrica que circunda um turborreator 14 e uma roda de ventoinha 16 montada a montante do turborreator 14 que compreende essencialmente, de a montante para a jusante um compressor de baixa pressão 18, um cárter intermediário 29, um compressor de alta pressão 22, uma câmara de combustão 24, uma turbina 26 e um cárter de escapamento 28.
[0023] Em funcionamento, a roda de ventoinha 16 acionada pela turbina 26 aspira um fluxo de ar que se divide em um fluxo de ar primário (flechas A) que atravessa o turborreator 14 e em um fluxo de ar secundário (flechas B) que escoa em um conduto de ventoinha 30 no interior da nacela 12 para trás em torno do turborreator 14.
[0024] O conduto de ventoinha 30 é formado por duas paredes coaxiais substancialmente cilíndricas, respectivamente interna 32 e externa 34.
[0025] O cárter intermediário 29 e o cárter de escapamento 28 são cárteres estruturais e permitem enrijecer a turbomáquina para limitar suas distorções em funcionamento. Os cárteres intermediário 20 e de escapamento 28 compreendem cada um deles duas virolas coaxiais interna 36, 38 e externa 40, 42 dispostas uma no interior da outra e ligadas por braços radiais 44, 46. A extremidade a jusante da virola externa 40 do cárter intermediário 20 é ligada à parede externa 34 do conduto de ventoinha 30, ele próprio ligado à extremidade a montante da virola externa 42 do cárter de escapamento 28.
[0026] Os cárteres intermediário 20 e de escapamento 28 compreendem cada um
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5/8 deles uma virola intermediária 48, 50 disposta entre as virolas interna 36, 38 e externa 40, 42 e atravessada pelos braços radiais 44, 46. As partes internas dos braços radiais dos cárteres intermediário 20 e de escapamento 28 estão situadas no fluxo de ar primário (flechas A) enquanto que as partes externas estão situadas no fluxo de ar secundário (flechas B).
[0027] As virolas internas 36, 38 e as virolas intermediárias 48, 50 dos cárteres intermediário 20 e de escapamento 28 delimitam interiormente e exteriormente, respectivamente, a corrente de escoamento do fluxo de ar primário (flechas A). As virolas externas 40, 42 desses cárteres estruturais 20, 28 delimitam exteriormente a corrente de escoamento do fluxo de ar secundário (flechas B).
[0028] Na técnica conhecida, um cárter estrutural é habitualmente realizado em uma só peça de fundição, o que se revela ainda mais complicado e custoso quanto maior for seu diâmetro.
[0029] A invenção permite corrigir esse inconveniente assim como aqueles mencionados precedentemente, graças ao fato de que pelo menos um dos elementos constitutivos do cárter estrutural, quer dizer uma das virolas interna 36, 38, intermediária 48, 50 e externa 40, 42 e os braços radiais 44, 46, é formado de várias partes fixadas juntas por cavilhação.
[0030] As figuras 2 e 3 representam um cárter intermediário estrutural 52 feito de varias partes. Os braços radiais são formados em duas partes e compreendem uma parte interna 54 da qual a extremidade externa atravessa a virola intermediária 58 e é conectada a uma parte externa 56. A parte interna 54 de cada braço liga a virola interna 60 e a virola intermediária 58 enquanto que sua parte externa 56 liga a virola intermediária 58 e a virola externa 62.
[0031] A parte externa 56 de cada braço radial compreende em sua extremidade interna uma base circunferencial 64 cavilhada radialmente em uma base circunferencial 66 da extremidade externa da parte interna 54 do braço. Cada parte externa 56 compreende em sua extremidade externa uma sapata 68 da qual as extremidades circunferenciais compreendem flanges radiais 70.
[0032] A virola externa 62 é formada por várias porções de cilindro 72 de seção
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6/8 em U voltada para o exterior da turbomáquina. Essas porções de cilindro 72 compreendem flanges radiais 74 em suas extremidades circunferenciais (figura 3). [0033] O flange radial 74 de uma extremidade circunferencial de uma porção de cilindro 72 é fixado por cavilhação em um flange radial 70 da sapata 68 de uma parte externa 56 de um braço radial, a outra extremidade circunferencial da porção de cilindro 72 sendo fixada por cavilhação em uma extremidade circunferencial da sapata 68 da parte externa 56 de um braço adjacente. O conjunto formado pelas porções de cilindro 72 fixadas às sapatas 68 constitui a virola externa 62.
[0034] Cada sapata 68 compreende um relevo tubular 76 que compreende orifícios 78 que se comunicam com o interior da parte externa 56 de um braço radial e que permitem a passagem de condutos de óleo ou de cabos elétricos.
[0035] A virola intermediária 58 compreende em suas extremidades a montante e a jusante paredes 80, 82 que se estendem radialmente para o exterior. Painéis de carenagem cilíndricos (não representados) são montados nessas paredes radiais 80, 82, entre as extremidades externas das partes internas 54 de dois braços radiais consecutivos a fim de formar interiormente a parede interna do conduto de ventoinha 30.
[0036] A virola interna 60, as partes internas 54 dos braços radiais assim como a virola intermediária 58 e as paredes radiais 80, 82 são formadas de uma só peça.
[0037] A figura 4 representa esquematicamente um cárter de escapamento estrutural 81 do qual a virola interna 60, a virola intermediária 58 assim como as partes internas 54 dos braços radiais são formadas de uma só peça. A virola externa 83 é também formada de uma só peça. De maneira similar ao cárter intermediário estrutural 52 representado nas figuras 2 e 3, a extremidade interna da parte externa 84 de cada braço radial compreende uma base 64 cavilhada em uma base 66 da extremidade externa da parte interna 54 do braço. A extremidade externa da parte externa 84 de cada braço compreende também uma sapata 86 cavilhada radialmente na virola externa 83. Como nas figuras 2 e 3, os relevos de passagem de elementos de serviço são formados na sapata 86 e atravessam a virola externa 83, o que é simples de realizar e permite garantir uma estanqueidade perfeita ao óleo que circula nos orifícios
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7/8 dos relevos.
[0038] Uma outra variante de realização de um cárter de escapamento estrutural 87 é representada na figura 5. Nessa figura, as virolas interna, intermediária e externa são formadas por várias porções de cilindro 88, 90, 92 das quais as extremidades circunferenciais compreendem flanges radiais 94, 96, 98. Cada braço radial 100 é realizado em uma só peça e compreende uma sapata interna 102 e externa 104 em suas extremidades interna e externa, respectivamente, assim como uma sapata intermediária 106 posicionada a cerca de um terço do comprimento do braço 100 a partir da extremidade interna do braço 100. As sapatas interna 102, intermediária 106 e externa 104 compreendem em suas extremidade circunferenciais flanges radiais 108, 110, 112 de fixação nos flanges radiais 94, 96, 98 das porções de cilindro 88, 90, 92 das virolas interna, intermediária e externa.
[0039] Os cárteres estruturais representados nos desenhos podem ter virolas interna, intermediária e externa assim como braços radiais realizados em materiais diferentes, o que permite compensar o aumento de massa devido à adição de fixações por cavilhação. As diferentes partes das virolas interna, intermediária, externa e dos braços radiais podem também ser realizadas em materiais diferentes.
[0040] Os elementos constitutivos de um cárter estrutural assim como as diferentes partes desses elementos constitutivos podem ser realizados por técnicas diferentes tais como a fundição, a forjadura e a metalurgia dos pós ou podem ser feitos de material compósito.
[0041] A invenção é especialmente interessante para as turbomáquinas das quais os cárteres estruturais têm um diâmetro superior a cerca de 110 centímetros.
[0042] A invenção permite assim só ter que realizar de fundição peças de pequenas dimensões tais como as porções de cilindro ou então os braços radiais feitos em uma ou duas partes. A invenção permite também uma desmontagem simples do cárter estrutural por ocasião de uma operação de manutenção devido à união das diferentes peças entre si por cavilhação.
[0043] Os relevos 76 de passagem de elementos de serviço são integrados às sapatas 68, 86 das partes externas 56, 84 dos braços radiais e não mais à virola
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8/8 externa como na técnica anterior, o que simplifica a realização dos mesmos e evita uma fase de usinagem longa e complicada.
[0044] Outras realizações de cárteres estruturais podem ser imaginadas sem sair do âmbito da invenção. Em especial, é possível combinar os modos de realização das figuras 2 e 5 para realizar um cárter estrutural que compreende virolas interna, intermediária e externa formadas por várias porções de cilindro 88, 90, 92, e cujos braços radiais compreendem duas partes interna 54 e externa 56.
[0045] As virolas interna e intermediária e as partes internas dos braços radiais podem ser formadas em uma só peça nas partes externas dos braços radiais formadas de um só peça com a virola externa.
[0046] Em uma outra variante da invenção, a virola intermediária pode ser formada de uma só peça com braços radiais monobloco, as virolas interna e externa sendo cavilhadas nas extremidades interna e externa dos braços radiais.
[0047] Em mais uma outra variante da invenção, as virolas intermediária e externa podem ser realizadas de uma só peça com os braços radiais, esse conjunto sendo cavilhado em uma virola interna monobloco.
[0048] A invenção não está limitada às realizações que compreendem uma virola intermediária tais como representadas nos desenhos. O cárter estrutural pode só compreender duas virolas interna e externa ligadas por braços radiais como para certos cárteres de escapamento. Nesse caso, a virola externa é diretamente ligada a um cárter de turbina e delimita exteriormente a corrente de escoamento do fluxo de ar primário.
Claims (12)
- REIVINDICAÇÕES1. Cárter estrutural (52) para turbomáquina, tal como um cárter intermediário (52) ou um cárter de escapamento (81, 87), formado por elementos que compreendem pelo menos duas virolas coaxiais interna (60) e externa (62) e braços radiais que ligam as virolas (60, 62), caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das virolas (58, 60, 62) é formada por várias porções de cilindro (72) das quais as extremidades circunferenciais compreendem flanges radiais (74) fixados por cavilhação em flanges radiais (70) correspondentes dos braços radiais.
- 2. Cárter de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ele compreende também uma virola intermediária (58) disposta entre as virolas interna (60) e externa (62) e atravessada pelos braços radiais.
- 3. Cárter de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a virola intermediária (58) é formada por vários elementos fixados juntos por cavilhação.
- 4. Cárter de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que cada braço radial é formado por uma parte interna (54) que liga as virolas interna (60) e intermediária (58) e por uma parte externa (56) que liga as virolas intermediária (58) e externa (62).
- 5. Cárter de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as virolas interna (60) e intermediária (58) e a parte interna (54) dos braços radiais são feitas de uma só peça.
- 6. Cárter de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a extremidade radialmente interna da parte externa (56) de cada braço compreende uma base (64) cavilhada em uma base (66) correspondente da extremidade externa da parte interna (54) do braço radial.
- 7. Cárter de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de que a extremidade radialmente externa da parte externa (56) de cada braço compreende uma sapata (68) que se estende circunferencialmente e que compreende um relevo tubular (76) de passagem de elementos de serviço que se comunica com o interior da parte externa (56) do braço.Petição 870190091316, de 13/09/2019, pág. 16/202/2
- 8. Cárter de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as bordas circunferenciais de cada sapata (68) compreendem um flange radial (70) cavilhado em um flange radial (74) correspondente de uma porção de cilindro (72) da virola externa (62).
- 9. Cárter de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que as virolas interna (60) e externa (62) e os braços radiais são realizados em materiais diferentes.
- 10. Cárter de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que as virolas interna (60) e externa (62) e os braços radiais são realizados por técnicas diferentes tais como a fundição, a forjadura e a metalurgia dos pós.
- 11. Cárter de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que ele tem um diâmetro superior a 110 centímetros.
- 12. Turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor, caracterizada pelo fato de que ela compreende um cárter (52, 81) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.
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