BRPI0914905B1

BRPI0914905B1 - câmara de combustão de motor de turbina a gás compreendendo pelo menos um defletor

Info

Publication number: BRPI0914905B1
Application number: BRPI0914905A
Authority: BR
Inventors: Hyppolyte Hernandez Didier; Nicolas Lunel Romain; Duval Sylvain
Original assignee: Snecma
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2020-05-05
Also published as: WO2010000583A2; WO2010000583A3; US20110113789A1; EP2307805A2; JP2011523020A; US8756935B2; CA2727254C; FR2932251B1; JP5475757B2; EP2307805B1; RU2010154030A; CA2727254A1; FR2932251A1; CN102057224A; BRPI0914905A2; CN102057224B; RU2507452C2

Abstract

câmara de combustão de motor de turbina a gás compreendendo pelo menos um defletor a presente invenção tem como objeto uma câmara de combustão de motor de turbina a gás que compreende pelo menos um defletor (12) montado na parede (11) de fundo de câmara provida de uma abertura para um dispositivo (13) de alimentação com ar carburado. a câmara é caracterizada pelo fato de que o defletor (12) compreende uma abertura, correspondente à abertura do fundo de câmara, com uma parte cilíndrica (12c) anular de fixação à dita parede, a dita parte cilíndrica (12c) compreendendo um meio de enganchamento mecânico (12c1) que opera junto com um meio de enganchamento complementar (14d, 26d) em uma bainha (14, 26) metálica solidária da dita parede (11) e um copo cilíndrico de centragem (16a, 26a) fixada por uma extremidade à dita bainha (14, 26) e alojada no interior da parte cilíndrica (12c) do defletor (12).

Description

“CÂMARA DE COMBUSTÃO DE MOTOR DE TURBINA A GÁS COMPREENDENDO PELO MENOS UM DEFLETOR” [0001] A presente invenção se refere ao domínio dos motores com turbina a gás e em especial aquele das câmaras de combustão de tais motores.

[0002] A câmara de combustão de um motor de turbina a gás recebe o ar comprimido proveniente do compressor de alta pressão a montante e fornece um gás reaquecido por combustão em uma zona de combustão alimentada com combustível. A câmara compreende assim uma parede de fundo de câmara situada a montante na qual são fixados os diferentes sistemas de injeção de combustível. A figura 1 mostra uma câmara da arte anterior. A câmara 1 anular é alojada no interior de um cárter 2 do motor a jusante do difusor 3 de ar comprimido. Ela compreende uma parede interior 4 e uma parede exterior 5 que delimitam entre si uma zona de combustão. Em sua parte, a montante a câmara compreende uma parede 6 transversal de fundo de câmara na qual são dispostas aberturas equipadas cada uma delas com um sistema 7 de alimentação com ar carburado. Um tal sistema é alimentado com combustível a partir de um injetor de combustível líquido e compreende grades anulares concêntricas para criar fluxos de ar turbilhonante que favorecem a mistura dos mesmos com a nuvem de combustível pulverizado.

[0003] Uma parte do ar proveniente do difusor é desviada da zona de admissão do combustível pela carenagem 8 e escoa ao longo e no exterior da parede exterior assim como ao longo e no exterior da parede interior.

[0004] A parte que passa no interior da zona de carburação transpõe a parede 6 de fundo de câmara, e a mistura é acesa pelas velas dispostas na parede anular exterior. A zona de combustão primária se situa portanto imediatamente a jusante da parede do fundo de câmara. Defletores 9 feitos de material metálico forram o interior da parede do fundo de câmara e têm como função proteger a mesma da radiação intensa produzida na zona de combustão primária. Ar é introduzido por orifícios feitos na parede do fundo de câmara atrás dos defletores para assegurar o resfriamento dos mesmos. Esse ar escoa ao longo da face traseira dos defletores e é em seguida guiado para formar um filme ao longo das paredes exteriores longitudinais da câmara.

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2/7 [0005] Na medida em que os defletores de fundo de câmara não são solicitados mecanicamente, não têm papel estrutural e têm uma só função de proteção térmica, e na procura de uma otimização dos fluxos de ar, se desejaria poder reduzir o fluxo ao longo da parede do fundo de câmara e destinar uma fração do mesmo a uma outra função, notadamente de resfriamento das paredes interiores ou exteriores.

[0006] Por outro lado, os desempenhos dos motores em constante melhoria levam a manter temperaturas de câmara cada vez mais elevadas. A fim de respeitar as especificações de duração de vida da câmara, seria necessário intensificar o resfriamento das paredes e do defletor de fundo de câmara. A solução de aumentar a vazão de resfriamento seria prejudicial para o rendimento da câmara.

[0007] Para resolver esse problema é proposto substituir o defletor metálico conhecido por um defletor feito de CMC (Compósito de Matriz Cerâmica). A resistência em alta temperatura desse material é bem melhor do que aquela do metal. Essa solução permitiría controlar a vazão de ar de resfriamento dos defletores e, com a mesma temperatura de funcionamento da câmara, diminuí-la para destinar uma parte dela a uma outra função ou então aceitar temperaturas de funcionamento mais elevadas para uma mesma vazão de ar de resfriamento.

[0008] Os CMC, componentes de matriz cerâmica, são conhecidos em si. Eles são formados por um reforço feito de fibras de carbono ou então feito de matéria refrataria e por uma matriz cerâmica. A fabricação de um CMC compreende a realização de uma pré-forma fibrosa destinada a constituir o reforço da estrutura, e a densificação da pré-forma pelo material cerâmico da matriz. Os CMC apresentam a vantagem de conservar suas propriedades mecânicas até temperaturas elevadas em meio oxidante.

[0009] A montagem de uma peça desse tipo em uma estrutura metálica apresenta, no entanto, dificuldades em razão notadamente da diferença grande do coeficiente de dilatação das mesmas. Um CMC tem uma taxa de dilatação térmica quatro vezes menor do que aquela do metal utilizado para a câmara. Por outro lado, esse material não pode ser soldado ou soldado por brasagem.

[0010] A requerente se fixou como objetivo desenvolver um modo de montagem

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3/7 de defletores feitos de material de tipo CMC na parede de fundo de uma câmara de combustão.

[0011] De acordo com a invenção, esse objetivo é conseguido com uma câmara de combustão que apresenta as características relatadas na reivindicação principal.

[0012] A bainha é de preferência fixada por brasagem na parede e o meio de enganchamento mecânico é de engrenamento. Dentes radiais em uma das duas peças, parte cilíndrica do defletor ou bainha metálica, operam junto com uma ranhura na outra peça.

[0013] Assegura-se assim a retenção do defletor sem brasagem.

[0014] Essa solução permite, nas temperaturas elevadas, manter em posição o defletor contra a bainha. De fato, quando se dilata o copo vem se engatar com a parte cilíndrica do defletor.

[0015] Vantajosamente, o copo é montado com folga no interior da parte cilíndrica do defletor quando a câmara está fria, a folga sendo reduzida senão eliminada nas temperaturas de funcionamento da câmara de combustão. Essa folga permite a união das peças e leva em consideração a diferença de dilatação das mesmas.

[0016] Mais especialmente, o copo compreende um flange radial pelo qual ela é fixada por soldagem à bainha metálica.

[0017] O sistema de alimentação com ar carburado compreende um vaso fixada por um flange à bainha metálica.

[0018] De acordo com uma variante de realização, o meio de fixação mecânica do defletor opera junto com um suporte de defletor adaptado na bainha. Esse suporte forma uma peça intermediária que permite afastar as zonas de brasagem das peças metálicas entre si sem apresentar o risco de danificar o material CMC que constitui o defletor.

[0019] Como na realização precedente, a parte cilíndrica do defletor é solidária de um elemento cilíndrico, que forma copo, alojado, com folga a frio, no interior do flange anular do defletor, o dito elemento que forma copo assegurando a guia do defletor quando a temperatura aumentou.

[0020] São descritas agora mais em detalhe duas formas, não limitativas, de

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4/7 realização da invenção em referência aos desenhos anexos nos quais:

- a figura 1 representa em meio corte axial uma câmara de combustão de um motor de turbina a gás da arte anterior,

- a figura 2 representa parcialmente o fundo de câmara de acordo com a invenção em corte axial, com uma lupa que mostra mais em detalhe a zona de montagem do defletor no fundo de câmara,

- as figuras 3 a 6 mostram a sucessão das etapas de montagem do defletor no fundo de câmara,

- a figura 7 mostra em corte axial uma variante de realização da invenção. [0021] Fazendo-se referência à figura 2, é visto um fundo de câmara de acordo com um modo de realização da invenção. A parede 11 de fundo de câmara 10 é protegida da radiação da zona de combustão por um defletor 12 feito de material CMC. A forma do defletor é substancialmente a mesma que aquela do defletor 9 da arte anterior com uma parte geralmente plana 12a que vem se colocar paralelamente à parede 11 e duas partes 12b encurvadas na direção das paredes exterior e interior. O defletor 12 é aberto em sua parte central com uma parte cilíndrica 12c de mesmo eixo que o sistema de alimentação com ar carburado 13.

[0022] Na abertura da parede 11 de fundo de câmara, é fixada uma bainha metálica 14. Uma solda por brasagem 14a mantém a bainha 14 contra a borda interior da abertura da parede 11. A bainha compreende uma parte cilíndrica 14b e uma parte radial 14c, essa última formando um espaço com um copo de bloqueio 15 que é soldado em sua periferia. Dentes 14d transversais voltados na direção do eixo da abertura da parede 11 são dispostos no interior da parte cilíndrica 14b da bainha 14. Um copo de centragem 17 compreende uma parte cilíndrica 16a e um flange 16b radial e transversal. O copo 16 é disposto no interior da parte cilíndrica 14b da bainha e fixado por um cordão de soldagem 16c periférico à bainha 14. A parte cilíndrica 16 a do copo está no interior da parte cilíndrica 12c.

[0023] O defletor 12 compreende uma ranhura transversal 12c1 na face exterior da parte cilíndrica 12c, que forma alojamento dos dentes 14d da bainha. A ranhura é perfurada para permitir a passagem axial dos dentes 14d na montagem e depois no

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5/7 travamento por rotação da bainha em relação à parte cilíndrica 12c do defletor 12. Esse modo de fixação mecânica do defletor à bainha é do tipo de engrenamento. Outros modos de fixação mecânica podem ser considerados. Como é visto na figura 2a a parte cilíndrica 16a do copo está no interior da parte cilíndrica 12c, com na montagem uma folga radial.

[0024] O dispositivo de injeção e de carburação do ar é representado globalmente pela referência 13. Ele não é detalhado na medida em que o objeto da invenção não lhe diz respeito. A vaso divergente 13a do dispositivo compreende exteriormente um flange transversal 13b alojado no espaço formado entre a face radial 14c da bainha 14 e o copo de bloqueio 15.

[0025] É descrita a montagem do conjunto.

[0026] Dispõe-se, figura 3, a bainha 14 contra a parede 11 do fundo de câmara exteriormente à câmara. Ela é centrada na borda interior da abertura correspondente da parede 11.

[0027] Coloca-se no lugar, figura 4, o defletor 2 na bainha 14 pelo interior da câmara. Introduz-se axialmente os dentes 14d pelas perfurações da ranhura 12c1. Faz-se a bainha 14 girar de maneira a travar os dentes axialmente em relação ao flange anular 12c. A bainha 14 está então engrenada no defletor 12 pela operação conjunta dos dentes 14d e da ranhura 12c1.

[0028] Fixa-se a bainha 14, figura 5, soldando-se a mesma por brasagem no fundo de câmara com o cordão de solda por brasagem 14a, figura 2 e um pião 18 antirrotação é colocado entre o diâmetro da bainha e aquele do defletor. Desliza-se o copo de centragem 16 na parte cilíndrica 12c do defletor. Fixa-se o copo por um ponto ou um cordão de soldagem 16c entre essa última e a bainha 14.

[0029] Monta-se então o dispositivo de injeção de combustível 13 que é imobilizado pelo copo de bloqueio 15. Este último é soldado à bainha.

[0030] Esse modo de montagem do defletor permite imobilizar esse último na parede do fundo de câmara por um meio mecânico de enganchamento. As soldagens são efetuadas unicamente entre as partes metálicas. Leva-se em consideração a dilatação diferencial dos defletores em relação ao ambiente metálico graças ao copo

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6/7 de centragem que ao se dilatar para isso radialmente vem imobilizar o defletor na posição.

[0031] As folgas entre a bainha e o defletor por um lado e o defletor e o copo de centragem por outro lado devem ser otimizadas em função das temperaturas de funcionamento e do diâmetro das peças.

[0032] Agora é descrita uma variante de realização em referência com a figura 7. [0033] O princípio de montagem é globalmente o mesmo que precedentemente; simplesmente foram modificadas a bainha e o copo.

[0034] O defletor 12 e a parede 11 de fundo de câmara são os mesmos. Uma bainha intermediária 14 é colocada no lugar na abertura da parede 11 pelo exterior da câmara; ela é soldada por brasagem em 24 a ao longo da borda da abertura. O defletor é introduzido dentro da bainha intermediária (24) pelo interior da câmara. Uma bainha de sustentação de defletor 26, anular, compreende dentes transversais 26d que operam junto com a ranhura exterior 12c1 do flange anular do defletor. A bainha de sustentação 26 é deslizada axialmente na ranhura 12c1 pelas perfurações (não visíveis) da ranhura. Uma rotação em torno do eixo da abertura permite o engrenamento da bainha de sustentação 26 com o defletor. Para manter a ligação mecânica entre a bainha de sustentação e o defletor, basta soldar em 26b a bainha de sustentação à bainha intermediária 24 na periferia que está afastada do defletor feito de CMC.

[0035] A bainha de sustentação 26 compreende uma parte cilíndrica 26a, que forma copo cilíndrico de centragem, radialmente interior que se adapta no interior do flange 12c. Na montagem a frio, uma folga é disposta entre a parte cilíndrica 26a da bainha de sustentação e o flange 12c do defletor. A centragem é assegurada pela fixação mecânica de dentes.

[0036] Na temperatura de funcionamento da câmara de combustão, a bainha de sustentação do defletor, notadamente, se dilata mais do que o defletor feito de material CMC. A parte cilíndrica vem se apoiar contra a face interna do flange 12c com aperto e assegura a centragem do defletor.

[0037] O dispositivo de injeção de combustível 13 é montado como

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7/7 precedentemente pelo exterior da câmara, um flange transversal 13b sendo imobilizado entre a face traseira do suporte de defletor 26 e um copo de bloqueio 15 soldado por brasagem no suporte.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Câmara de combustão de motor de turbina a gás compreendendo pelo menos um defletor (12) montado na parede (11) de fundo de câmara provida de uma abertura para um dispositivo (13) de alimentação com ar carburado, caracterizada pelo fato de que o defletor (12) compreende uma abertura, correspondente à abertura do fundo de câmara, com uma parte cilíndrica (12c) anular de fixação à dita parede, a dita parte cilíndrica (12c) compreendendo um meio de enganchamento mecânico (12c1) que opera junto com um meio de enganchamento complementar (14d, 26d) em uma bainha (14, 26) metálica solidária da dita parede (11) e um copo cilíndrico de centragem (16a, 26a) fixado por uma extremidade à dita bainha (14, 26) em que o corpo cilíndrico (16a, 26a) é alojado com folga no interior da parte cilíndrica (12c) quando a câmara de combustão está fria, a folga sendo reduzida senão eliminada nas temperaturas de funcionamento da câmara de combustão.
2. Câmara de combustão de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o meio de enganchamento é de engrenamento.
3. Câmara de combustão de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o copo (16a) compreende um flange radial (16b) pelo qual ele é fixado por brasagem à bainha metálica (14).
4. Câmara de combustão de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de alimentação (13) com ar carburado compreende um vaso (13a) fixada por um flange (13b) à dita bainha metálica.
5. Câmara de combustão de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o meio de fixação de engrenamento (12c1) do defletor (12) opera junto com uma bainha (26) de sustentação de defletor adaptada sobre uma bainha intermediária (24).
6. Câmara de combustão de acordo com a reivindicação precedente, caracterizada pelo fato de que a bainha (26) de sustentação de defletor é solidária de um elemento cilíndrico (26a), que forma copo, alojado, com folga a frio, no interior da parte cilíndrica (12c) anular do defletor, o dito elemento cilíndrico (26a) que forma copo assegurando a centragem do defletor quando a temperatura aumentou.

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7. Câmara de combustão de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a bainha (26) de sustentação de defletor é fixada por brasagem à distância do defletor.