BRPI1013840B1

BRPI1013840B1 - Virola para estator de módulo de turbomotor de aeronave, parte de estator, módulo de turbomotor de aeronave, e, turbomotor para aeronave

Info

Publication number: BRPI1013840B1
Application number: BRPI1013840-4A
Authority: BR
Inventors: Bertoli Vincenzo; Vincenzo Bertoli
Original assignee: Snecma
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2010-05-04
Publication date: 2020-06-23
Also published as: RU2011149631A; WO2010128025A1; CN102422027A; EP2427659B1; FR2945331A1; JP2012526228A; JP5699132B2; CN102422027B; BRPI1013840A2; FR2945331B1; EP2427659A1; CA2760667C; US9017022B2; RU2527809C2; US20120051938A1; CA2760667A1

Abstract

VIROLA PARA ESTATOR DE MÓDULO DE TURBOMOTOR DE AERONAVE, PARTE DE ESTATOR, MÓDULO DE TURBOMOTOR DE AERONAVE, E, TURBOMOTOR PARA AERONAVE A invenção refere-se a uma virola (16) para estator de módulo de turbomotor de aeronave provida com uma pluralidade de aberturas transpassantes (22) cada destinada a receber uma pá de estator (4), cada abertura definindo um esqueleto (32) estendendo-se entre uma primeira extremidade (25) destinada a alojar o bordo de fuga (26) da pá e uma segunda extremidade (27) destinada a alojar o bordo de ataque (28) da pá. De acordo com a invenção, a pelo menos uma das aberturas (22) é associada uma fenda de descarga mecânica (36) praticada atravessante sobre a virola, e disposta voltada para e a uma distância da primeira extremidade (25) de abertura de acordo com a direção do esqueleto (32).

Description

A presente invenção refere-se de modo geral a um turbomotor de aeronave, preferivelmente do tipo turborreator ou turbopropulsor.

Mais particularmente, a invenção refere-se a uma parte de estator para módulo de tai turbomotor, esta parte compreendendo uma pluralidade de pás de estator bem como duas virolas concêntricas portando as pás e destinadas a delimitar radialmente um fluxo primário atravessando este turbomotor, respectivamente para o interior e para o exterior.

A invenção refere-se igualmente a estas virolas de delimitação do fluxo primário.

Para manter as pás de estator que se estendem radialmente para o interior a partir da virola externa, esta compreende habitualmente uma pluralidade de aberturas espaçadas circunferencialmente umas com as outras, e realizadas atravessantes, a saber, cada praticada na espessura da virola, geralmente metálica.

Cada abertura aloja o cabeçote de uma das pás de estator, este cabeçote sendo fixado à virola externa com a ajuda de uma brasagem praticada em abertura em causa, estendendo-se de modo contínuo totalmente em torno do cabeçote de pá.

De maneira análoga, para manter as pás de estator que se estendem radialmente para o exterior a partir da virola interna, esta compreende habitualmente uma pluralidade de aberturas espaçadas circunferencialmente umas das outras, e realizadas atravessantes. Cada abertura aloja a base de uma das pás de estator, esta base sendo fixada à virola externa com a ajuda de uma brasagem praticada na abertura em questão, estendendo-se de modo contínuo totalmente em torno do cabeçote de pá.

Esta concepção, no entanto, largamente difundida no domínio, apresenta o inconveniente de ver aparecer frequentemente defeitos superficiais no nível do bordo de fuga do cabeçote de pá e/ou do bordo de fuga da base de pá.

A explicação deste fenômeno nefasto para a duração de vida útil das pás de estator reside na presença de cargas estáticas muito elevadas no nível do bordo de fuga do cabeçote de pá e/ou da base de pá, que se traduzem em uma margem dinâmica muito fraca, favorecendo o aparecimento de defeitos superficiais.

Para fazer face a este inconveniente, propôs-se espessar as virolas, de maneira a limitar as suas deformações em funcionamento, e, portanto, reduzir as tensões aplicadas aos bordos de fuga dos cabeçotes e das bases de pás. No entanto, esta solução é extremamente penalizante em termos de custo e de massa.

Foi igualmente proposto espessar as pás, mas isto conduz inevitavelmente a uma perturbação do fluxo de ar atravessando as mesmas, com por consequência um impacto negativo direto nos desempenhos globais do turbomotor.

A invenção tem, portanto, por objetivo remediar parcialmente pelo menos ao problema mencionado acima, relativo às realizações da arte anterior.

Para isto, a invenção tem por objeto uma virola para estator de módulo de turbomotor de aeronave provida com uma pluralidade de aberturas transpassantes cada destinada a receber uma pá de estator, cada abertura definindo um esqueleto estendendo-se entre uma primeira extremidade destinada a alojar o bordo de fuga da pá e uma segunda extremidade destinada a alojar o bordo de ataque da pá. De acordo com a invenção, a pelo menos uma das aberturas é associada uma fenda de descarga mecânica praticada atravessante sobre a virola, e disposta voltada para e a uma distância da referida primeira extremidade abertura de acordo com a direção do esqueleto.

A invenção proposta permite globalmente reduzir as cargas estáticas no nível da porção do bordo de fuga da pá destinada a cooperar com a abertura equipada com tal fenda de descarga mecânica, desprender da margem dinâmica, e, portanto, retardar muito o aparecimento de defeitos superficiais. Assim, quando da deformação da virola em funcionamento, a zona fortemente encarregada é deslocada no nível das extremidades da fenda, a saber a uma distância do bordo de fuga, ao seio mesmo da virola que é totalmente capaz de suportar esta carga.

A solução provida revela-se muito satisfatória neste sentido em que ela não gera nenhuma penalidade em termos de massa, de custo ou de desempenho. Além disso, resulta uma duração de vida útil aumentada das pás, implicando vantajosamente que os períodos de visita/manutenção podem ser mais espaçados no decorrer do tempo.

Naturalmente, esta especificidade pode ser aplicada a todas as pás de estator ou a apenas algumas entre as mesmas, em função das necessidades e tensões encontradas. A título de exemplo indicativo, se a virola de acordo com a invenção é setorizada, foi encontrado conveniente associar tal fenda de descarga mecânica apenas às duas pás situadas nas extremidades de cada setor de virola. No entanto, qualquer outra configuração pode ser visada, sem sair do quadro da invenção.

A realização das fendas de descarga mecânica prejudica apenas um pouco o processo de fabricação da virola, sendo dado que elas podem ser usinadas ao mesmo tempo que as aberturas. De resto, é vantajosamente possível realizar tais fendas sobre as virolas já existentes.

Por fim, é notado que a virola de acordo com a invenção constitui de preferência a virola de delimitação radial externa do fluxo primário, ou seja, a das duas virolas de estator que sofre a maior deformação em funcionamento, sob o efeito dos deslocamentos dos cárteres do turbomotor. A esse respeito, é notado que a sua deformação principal, da mesma maneira que a da virola interna que se opera em menor escala, se caracteriza por um diâmetro crescente indo para trás, transformando globalmente a sua forma cilíndrica em forma troncônica.

Preferivelmente, a referida fenda estende-se ao longo de uma linha encurvada em direção à abertura, podendo estender-se em torno de uma parte da mesma.

Preferivelmente, a referida abertura apresenta, de um lado e do outro do esqueleto, uma parte intradorso e uma parte extradorso se unindo no nível das referidas primeira e segunda extremidades da abertura, e a referida fenda estende- se igualmente voltada para e a uma distância das porções das partes intradorso e extradorso que se juntam a nível da referida primeira extremidade da abertura. A fenda pode estender-se em torno da parte traseira da abertura a uma distância da mesma que permanece sensivelmente constante.

Preferivelmente, a referida fenda apresenta uma forma geral de U ou de V no interior da qual é disposta a referida primeira extremidade da abertura, para uma melhor descarga do bordo de fuga da pá.

Preferivelmente, a referida fenda é preenchida por um material de enchimento. A função principal procurada pela colocação deste material é a estanqueidade do fluxo de ar atravessando as pás de estator, mas permite igualmente limitar as perdas térmicas. Assim, quer esta fenda permaneça vazada, quer seja preenchida pelo referido material de enchimento que exerce uma manutenção mecânica nula ou negligenciável.

Pode-se por exemplo tratar-se de um material de enchimento do tipo que pode sofrer abrasão, por exemplo, um composto de borracha de silicone resistente às variações de temperatura, carregado com esferas.

Preferivelmente, a virola forma uma estrutura sensivelmente anular contínua, preferivelmente de uma única peça. Alternativamente, ela é realizada pela colocação extremidade a extremidade de setores angulares de virola.

A invenção tem igualmente por objeto uma parte de estator para módulo de turbomotor de aeronave compreendendo pelo menos uma virola tal como foi apresentada acima, bem como uma pluralidade de pás de estator.

Preferivelmente, a referida virola é uma virola externa, e cada uma das aberturas atravessantes recebe o cabeçote de uma das referidas pás, fixada à virola externa por uma brasagem disposta em sua abertura e estendendo-se de modo contínuo totalmente em torno do cabeçote de pá. Assim, esta solução permite conferir uma manutenção satisfatória do cabeçote de pá em abertura graças à brasagem contínua, e evitar carregar muito o bordo de fuga deste cabeçote de pá colocando uma fenda de descarga mecânica específica da presente invenção, afastada deste bordo de fuga.

Esta especificidade é simultaneamente ou alternativamente aplicável à virola interna da parte de estator. Com efeito, esta compreende, além disso, uma virola interna provida com uma pluralidade de aberturas atravessantes recebendo, cada uma, a base de uma das referidas pás, fixada à virola interna por uma brasagem disposta em sua abertura e estendendo-se de modo contínuo totalmente em torno da base de pá. Uma fenda de descarga mecânica pode, portanto, ser associada a uma ou várias destas aberturas da virola interna.

A invenção tem igualmente por objeto um módulo de turbomotor de aeronave compreendendo pelo menos uma parte de estator tal como foi descrito acima, o módulo sendo preferivelmente um compressor, preferivelmente de alta pressão, mas que pode alternativamente ser uma turbina, sem sair do quadro da invenção.

Por último, a invenção tem por objeto um turbomotor para aeronave compreendendo pelo menos um módulo como descrito acima, o turbomotor sendo preferivelmente um turborreator. detalhada não limitativa abaixo. quais:

Outras vantagens e características da invenção aparecerão na descrição detalhada não limitativa abaixo.

Esta descrição será feita em relação aos desenhos anexos entre os

- a figura 1 representa uma vista esquemática parcial em semi-corte de um compressor de alta pressão para turbomotor, de acordo com um modo de realização preferido da presente invenção;
- a figura 2 representa uma vista de face de um conjunto formando porção angular da parte de estator do compressor mostrado na figura 1;
- a figura 3 representa uma vista parcial de partes do conjunto mostrado
- as figuras 3a e 3b mostram alternativas de realização para as fendas de descarga mecânica praticadas sobre a virola do conjunto mostrado na figura 3; e
- as figuras 4a e 4b mostram exemplos de realização de fendas de descarga mecânica adicional praticadas sobre a virola do conjunto mostrado na na figura 2; figura 3.

Em referência em primeiro lugar à figura 1, pode-se notar uma parte de um compressor de alta pressão 1 para turbomotor, de acordo com um modo de realização preferido da presente invenção. De maneira conhecida, o compressor apresenta, em alternância de acordo com uma direção axial paralela ao eixo 2 do compressor, pás de estator 4 e pás de rotor 6. As pás de estator 4, divididas circunferencialmente em torno do eixo 2, integram-se em uma parte de estator 13 igualmente objeto da invenção, compreendendo, além disso, uma virola interna 8 de delimitação radial interna de um fluxo anular primário 10 atravessando o turbomotor, esta virola 8 portando os pés das pás 4 que ela atravessa. Ela contém igualmente uma virola externa 16 de delimitação radial externa do fluxo anular primário 10, que porta os cabeçotes das pás 4 que a atravessam.

A esse respeito, é notado que a parte de estator compreende igualmente elementos adicionais conhecidos providos sobre a virola 8, como um revestimento radialmente interno 15 que pode sofrer abrasão, formando uma pista de estanqueidade anular, contatada por um dispositivo de estanqueidade 12 portado pelo estágio de rotor 14 portando as pás rotativas 6 e disposto a jusante da parte de estator em questão. Como mencionado acima, o dispositivo de estanqueidade giratório 12 é de modo conhecido do tipo com labirinto ou com palhetas.

No modo de realização preferido descrito, a parte de estator 13 forma uma estrutura sensivelmente anular de eixo 2, e é composta preferivelmente por colocação de uma pluralidade de conjuntos 20 como mostrado na figura 2, constituindo cada um uma porção angular ou circunferencial desta parte de estator. Como visível na figura, cada conjunto 20 compreende um setor angular de virola interna 8a portando uma pluralidade de pás de estator 4, a virola interna 8 resultante da colocação, extremidade a extremidade, dos setores 8a.

Na configuração segmentada representada, os setores angulares 8a (apenas um visível na figura 2) formando conjuntamente a virola 8 são, portanto, preferivelmente desprovidos de ligações mecânicas rígidas diretas ligando uns aos outros, suas extremidades adjacentes sendo com efeito colocadas simplesmente voltadas uma para as outras, com ou sem jogo.

A segmentação operada para a virola 8 é adotada igualmente, de maneira idêntica, para o revestimento radialmente interno 15 que pode sofrer abrasão formando uma pista de estanqueidade anular, apenas um setor angular 15a deste revestimento sendo, portanto, portado fixamente pelo setor de virola 8a.

De maneira análoga, o conjunto 20 compreende um setor angular de virola externa 16a portando a pluralidade de pás de estator 4, a virola externa 16 resultando, portanto, da colocação de todos os setores 16a. Aqui também, os setores angulares 16a (apenas um visível na figura 2) formando conjuntamente a virola 16 são, portanto, preferivelmente desprovidos de ligações mecânicas rígidas diretas ligando os mesmos uns aos outros, as suas extremidades adjacentes sendo com efeito simplesmente colocadas voltadas umas para as outras, com ou sem jogo.

Sendo realizada pela colocação extremidade a extremidade de várias destas porções angulares 20, a parte de estator 13 adota, portanto, uma concepção dita segmentada, em oposição a uma concepção igualmente visada, dita contínua, na qual as virolas 8 e 16 são cada uma única e contínua sobre 360°. Uma alternativa poderia igualmente consistir em prever apenas uma das duas virolas 8 e 16 seja única e contínua sobre 360°, e a outra virola setorizada.

A título indicativo é notado que o número de conjuntos/setores 20 para formar a parte de estator anular 13 acima citado pode estar compreendido entre 6 e 14, cada conjunto 20 apresentando preferivelmente a mesma extensão angular/circunferencial.

Em referência agora à figura 3, pode-se ver que o setor angular de virola externa 16a é provido com aberturas 22 praticados na espessura deste setor 16a, conferindo ao mesmo um caráter atravessante. Para razões de clareza da descrição, a abertura 22 visível sobre a parte superior da figura 3 foi representado sem a sua pá associada, contrariamente à abertura 22 mostrada sobre a parte inferior desta mesma figura, recebendo o cabeçote da sua pá associada 4. Ela é fixada aí rigidamente por uma brasagem 21, realizado de modo contínuo totalmente em torno do cabeçote de pá no espaço 19 delimitado entre a parede lateral da abertura 22 e a superfície externa do cabeçote de pá.

Cada abertura 22 apresenta uma parede lateral compreendendo uma parte intradorso 23 e uma parte extradorso 24 que se juntam ao nível das duas extremidades anterior e traseira da abertura. A primeira 25 destas duas extremidades é destinada a alojar o bordo de fuga 26 do cabeçote da pá, enquanto a segundo 27 é destinada a alojar o bordo de ataque 28 do cabeçote da pá.

As partes intradorso 23 e extradorso 24 definem um esqueleto 32 que passa pelas duas extremidades 25, 27, e correspondendo de maneira conhecida à linha mediana se encaminhando entre as partes intradorso 23 e extradorso 24. De resto, como mostrado sobre a abertura da parte inferior da figura 3, o esqueleto 32 da abertura 22 é confundido com o esqueleto 33 do cabeçote de pá fixada por uma brasagem 21 nesta abertura, os perfis da abertura e do cabeçote de pá sendo com efeito centrados e homotéticos.

Uma das particularidades da presente invenção reside na realização, em associação com pelo menos uma das aberturas 22, de uma fenda de descarga mecânica 36 praticada atravessante sobre a virola, a distância da abertura 22 em questão, para a parte traseira. Mais precisamente, a fenda 36 é disposta voltada para e a uma distância da primeira extremidade 25 da abertura de acordo com a direção do esqueleto 32, e encontrando-se, portanto, afastado do bordo de fuga da pá associada. No modo de realização representado, a fenda 36 estende-se ao longo de uma linha 38 encurvada em direção à abertura, estendendo-se em torno de uma parte traseira da mesma. Aqui, a fenda 36 e a linha 38 tomam a forma geral de um U ou um V, assimilável a uma forma de ferradura, no interior da qual é disposta a parte traseira da abertura, com a primeira extremidade 25 voltada para e a uma distância do fundo deste U. A esse respeito, é notado que a uma distância “d” de acordo com a direção do esqueleto 32, entre a extremidade 25 da abertura e a fenda 36, está compreendida entre 0,02 e 0,1 vezes, e ainda mais preferivelmente entre 0,03 e 0,05 vezes o comprimento total (sem referência) do cabeçote da pá 4 ao longo deste esqueleto.

Nesta configuração, os dois ramos do U estendem-se igualmente respectivamente voltados para e a uma distância das porções 23a, 24a das partes intradorso 23 e extradorso 24 que se juntam no nível da primeira extremidade 25. A distância separando os ramos do U das suas porções de aberturas associadas 23a, 23b pode estar idêntica ou próxima da distância “d”, implicando que a fenda 36 estende-se em torno da parte traseira da abertura 22 a uma distância da mesma que continua sensivelmente constante.

É indicado que os ramos do U têm um comprimento sensivelmente idêntico, e que a parte traseira do esqueleto 32 forma sensivelmente eixo de simetria para a fenda 36 na forma de U.

O comprimento “1” da abertura 22, de acordo com a direção do esqueleto 32, que penetra na parte oca do U, está compreendido entre 0,03 e 0,4 vezes, e ainda mais preferivelmente entre 0,05 e 0,2 vezes o comprimento total (sem referência) do cabeçote da pá 4 ao longo deste esqueleto.

Uma primeira possibilidade reside no fato de deixar a fenda de descarga mecânica 36 vazada, como mostrado sobre a do alto da figura 3. Alternativamente, ela poderia ser preenchida por um material de enchimento 40 visando essencialmente assegurar a estanqueidade do fluxo primário, a saber, evitar as fugas através a fenda 36. Tal material de enchimento esquematizado pela referência 40 sobre a fenda da parte inferior da figura 3. Pode, por exemplo, tratar-se de um material de enchimento do tipo que pode sofrer abrasão, por exemplo, um composto de borracha de silicone resistente às variações de temperatura, carregado com esferas.

Se tal fenda de descarga mecânica de pá 36 estiver prevista preferivelmente apenas em associação com as pás situadas respectivamente nas duas extremidades do conjunto 20, poderia, no entanto, ser diferentemente, sem sair do quadro da invenção.

Além disso, tais fendas 36 de descarga mecânica de pá poderiam igualmente estar previstas em associação com as aberturas atravessantes da virola interna 8, que recebem as bases de pás. A montagem seria então idêntica ou semelhante à apresentada na figura 3 para a virola externa.

Na figura 3a, pode-se ver uma primeira alternativa de realização para a fenda 36. Ela apresenta uma forma globalmente similar à descrita acima, apenas suas duas extremidades 36a tendo sido alargadas a fim de reduzir as tensões sofridas pela virola nestas extremidades de fenda. Assim, em vez de apresentar uma largura sensivelmente idêntica sobre todo o seu comprimento, a fenda 36 integra, portanto, extremidades 36a alargadas e arredondadas, preferivelmente orientadas de forma a afastar-se da abertura 22, a fim de orientar as tensões em ma direção oposta da pá.

A figura 3b mostra outra alternativa de realização, na qual a fenda 36 corresponde aproximadamente à metade da fenda representada na figura 3a, uma das suas extremidades 36a sendo, portanto, atravessada pelo esqueleto 32 da oposta da pá. abertura 22.

Se tais fendas 36 forem associadas ao bordo de fuga devido a um carregamento estático grande desta porção da pá, fendas análogas de descarga mecânica poderiam também ser associadas a outras partes da pá 4, igualmente susceptíveis de serem carregadas em estática. Trata-se, por exemplo, do bordo de ataque da pá, quer seja no nível da base ou do cabeçote da pá. Em tal caso, uma fenda de descarga mecânica adicional 136 representada na figura 4a pode ser praticada atravessante sobre a virola, e disposta voltada para e a uma distância da segunda extremidade 27 da abertura, de acordo com a direção do esqueleto 32. Tal fenda 136 pode então tomar uma forma análoga às fendas 36 descritas acima, sendo orientada em direção da abertura 22, e penetrada pela parte dianteira desta última.

Simultaneamente ou alternativamente, pode-se tratar de uma ou várias fendas de descarga mecânica 236 alojando a porção intradorso 23 e/ou a porção extradorso 24 da abertura, em distância da porção referida 23, 24, como mostrado na figura 4b.

Como evidente, diversas modificações podem ser introduzidas pelo versado na técnica à invenção que foi descrita, unicamente a título de exemplos não última. na figura 4b. limitativos.

Claims

Virola (16) para estator de módulo de turbomotor de aeronave provida com uma pluralidade de aberturas transpassantes (22) cada destinada a receber uma pá de estator (4), cada abertura definindo um esqueleto (32) estendendo-se entre uma primeira extremidade (25) destinada a alojar o bordo de fuga (26) da pá e uma segunda extremidade (27) destinada a alojar o bordo de ataque (28) da pá,
caracterizada pelo fato de que a pelo menos uma das aberturas (22) é associada uma fenda de descarga mecânica (36) praticada atravessando sobre a virola, e disposta voltada para e a uma distância da referida primeira extremidade (25) da abertura de acordo com a direção do esqueleto (32), a referida fenda (36) apresentando uma forma geral de U ou de V no interior da qual é disposta a referida primeira extremidade (25) da abertura.
Virola de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que a referida fenda (36) estende-se ao longo de uma linha (38) encurvada em direção à abertura.
Virola de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizada pelo fato de que a referida abertura (22) apresenta, de um lado e do outro do esqueleto (32), uma parte intradorso (23) e uma parte extradorso (24) se juntando no nível das referidas primeira e segunda extremidades (25, 27) da abertura, e em que a referida fenda (36) estende-se igualmente voltada para e a uma distância das porções (23a, 24a) das partes intradorso e extradorso (23, 24) que se juntam no nível da referida primeira extremidade (25) da abertura (22).
Virola de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3,caracterizada pelo fato de que a referida fenda (36) é preenchida por um material de enchimento (40). contínua.
Virola de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4,caracterizada pelo fato de que forma uma estrutura substancialmente anular
Virola de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4,caracterizada pelo fato de que forma uma estrutura substancialmente anular realizada pela colocação extremidade a extremidade de setores angulares de virola
Parte de estator (13) para módulo de turbomotor de aeronave,caracterizada pelo fato de compreender pelo menos uma virola (16) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, bem como uma pluralidade de pás de (16a). estator (4).
Parte de estator de acordo com a reivindicação 7,caracterizada pelo fato de que a referida virola é uma virola externa (16), e em que cada uma das aberturas atravessantes (22) recebe o cabeçote de uma das referidas pás (4), fixada na virola externa por uma brasagem (21) disposta em sua abertura e estendendo-se de modo contínuo totalmente em torno do cabeçote de pá (4).
Parte de estator de acordo com a reivindicação 8,caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma virola interna (8) provida com uma pluralidade de aberturas atravessantes recebendo, cada, uma base de uma das referidas pás (4), fixada na virola interna por uma brasagem disposta em sua abertura e estendendo-se de modo contínuo totalmente em torno da base de pá.
Módulo (1) de turbomotor de aeronave,caracterizado pelo fato de compreender pelo menos uma parte de estator (13) como definida em qualquer uma das reivindicações 7 a 9.
Módulo de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de ser um compressor, preferivelmente de alta pressão.
Turbomotor para aeronave,caracterizado pelo fato de compreender pelo menos um módulo (1) como definido na reivindicação 10 ou 11.