ES2950004T3 - Una tobera de escape para un motor de turbina de gas - Google Patents

Abstract

Se describe una boquilla de escape 20 para un motor de turbina de gas 10, comprendiendo la boquilla de escape 20 un marco 30 que se extiende a lo largo de un eje longitudinal 50. La boquilla de escape 20 comprende un pétalo convergente 32 unido de manera pivotante en un punto de pivote convergente 36 al marco 30. y extendiéndose axialmente aguas abajo y radialmente hacia adentro desde el marco 30, un rodillo seguidor 42 fijado al pétalo convergente 32 en un lado radialmente exterior del pétalo convergente 32, y una leva 46 que define una superficie de trabajo 48 configurada para acoplarse al rodillo seguidor 42 para reaccionar una fuerza desde el pétalo convergente 32. La leva 46 se puede mover a lo largo de un recorrido en dirección axial para accionar el movimiento radial del rodillo seguidor 42 para hacer pivotar el pétalo convergente 32.La leva 46 define una superficie de trabajo cóncava 48 de manera que un ángulo de contacto entre el rodillo seguidor 42 y la leva 46 varía a lo largo del recorrido para variar así un componente radial de la fuerza reaccionada por la leva 46. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Una tobera de escape para un motor de turbina de gas

Campo de divulgación

La presente divulgación se refiere a una tobera de escape para un motor de turbina de gas, y a un motor de turbina de gas que comprende la tobera de escape.

Antecedentes

Los motores de turbina de gas pueden usar una tobera de escape convergente-divergente (con-di) de geometría variable para maximizar la producción de empuje. Una tobera de escape típica comprende una pluralidad de pétalos convergentes los cuales pueden pivotar para converger, para reducir el tamaño de un área para el flujo de aire que sale del motor.

El documento EP 0851 110 A2 divulga una tobera de geometría variable axisimétrica para un motor de turbina de gas. La tobera comprende medios de control para ajustar el área de la garganta y vectorizar el empuje, los cuales están formados por tres anillos concéntricos al eje longitudinal del motor; un anillo interior, un anillo intermedio, y un anillo exterior, y por una pluralidad de actuadores lineales. El anillo exterior incluye dos segmentos de anillo interarticulados entre sí y oscilantes independientemente o al unísono para vectorizar el empuje de la aeronave. La oscilación y la vectorización de empuje correspondiente se limitan a un solo plano correspondiente al cabeceo de la aeronave.

El documento US 3 004 385 A divulga un tubo de escape de un motor turborreactor que termina en una tobera convergente-divergente de sección transversal variable. El aire de refrigeración es forzado a entrar por la presión de impacto a través de las aberturas para que fluya sobre las superficies externas de la garganta y salga y entre en la garganta para fluir sobre las superficies internas de las aletas de salida. Las veinticuatro aletas de garganta y las veinticuatro aletas de salida pueden girar simultáneamente alrededor de las bisagras, mediante el anillo el cual los cilindros colocan a lo largo del eje de escape. Para reducir la resistencia, el carenado está formado por aletas pivotantes y acopladas de forma deslizante a las aletas de salida. El anillo está conectado a las aletas alternas mediante un brazo y una leva y acoplado también a las aletas alternas mediante varillas. Se hace que las aletas esclavas se muevan con las aletas maestras mediante clips montados en las esclavas y acoplando la maestra adyacente. El movimiento del carruaje corriente abajo a lo largo de una pista a través de una varilla hace girar las aletas de salida para reducir el diámetro de salida y simultáneamente opera el mecanismo de leva y seguidor para dar a las aletas esclavas un desplazamiento similar. Las aletas del carenado están acopladas entre sí, para producir una variación del diámetro de salida, mediante un mecanismo similar al que controla las aletas de salida.

El documento US 2012/199670 A1 divulga un sistema de accionamiento de tobera de poscombustión que incluye una carcasa, una estructura de accionamiento, una pluralidad de placas de leva, una pluralidad de aletas y sellos de tobera, y una pluralidad de rodillos. La estructura de accionamiento rodea al menos una porción de la carcasa e incluye un extremo posterior que tiene forma de sección transversal poligonal. Las placas de leva están acopladas de forma desmontable a una superficie interior de la estructura de accionamiento, y cada una incluye una superficie de leva. Las aletas de la tobera están acopladas rotatoriamente a la carcasa y se extienden al menos parcialmente a partir del extremo posterior de la estructura de actuación. Cada aleta de tobera está acoplada de forma móvil a una diferente de las placas de leva. Cada uno de los rodillos está montado giratoriamente en una aleta diferente de la tobera y se acoplan a la superficie de leva de una de las placas de leva.

El documento GB 958 307 A divulga una carcasa de motor a reacción que tiene una tobera de propulsión a chorro variable provista por aletas controladas por un miembro de control de aleta cilíndrico, movida por arietes y miembros de guía asegurados a la carcasa y el miembro de control de aleta el cual coopera para asegurar que el miembro de control de aleta se mueva sustancialmente de manera axial. Un anillo de montaje está asegurado al tubo de chorro y lleva pivotes, en cada uno de los cuales está montada una aleta que lleva un rodillo el cual se acopla con la porción del extremo cónico. Un riel de guía dirigido axialmente, asegurado al miembro de control de la aleta, está acoplado por rodillos. Los pistones del ariete están conectados al miembro de control de la aleta por enlaces y una extensión del cilindro coopera con los rodillos llevados por soportes montados en el miembro de control de la aleta. El movimiento del elemento de control de las aletas hace que la porción de extremo se acople al rodillo, girando las aletas para reducir el área de la tobera. El movimiento del miembro de control de la aleta hacia la derecha permite que los gases del motor muevan las aletas hacia afuera.

Resumen

De acuerdo con un primer aspecto de la divulgación, se proporciona una tobera de escape para un motor de turbina de gas, comprendiendo la tobera de escape un marco que se extiende a lo largo de un eje longitudinal y comprendiendo la tobera de escape: un pétalo convergente unido de forma pivotante en un punto de pivote convergente al marco y que se extiende axialmente corriente abajo y radialmente hacia adentro a partir del marco; un rodillo seguidor fijado al pétalo convergente en un lado radialmente exterior del pétalo convergente; y una leva que define una superficie de trabajo configurada para acoplar el rodillo seguidor para reaccionar con una fuerza del pétalo; en donde la leva se puede mover a lo largo de un recorrido en una dirección axial para activar el movimiento radial del rodillo seguidor para pivotar el pétalo convergente, por lo que la leva define una superficie de trabajo cóncava tal que el ángulo de contacto entre el rodillo seguidor y la leva varía a lo largo del recorrido para variar de ese modo una componente radial de la fuerza que reacciona por la leva, y la leva se puede mover entre una posición contraída en la cual la leva está en la posición más alejada corriente arriba y una posición expandida en la cual la leva está en la posición más alejada corriente abajo, y en donde la leva está configurada de modo que un ángulo de contacto entre la leva y el rodillo seguidor en la posición expandida esté entre 85 y 95 grados a partir del eje longitudinal.

Se pretende que una leva cóncava signifique una leva que tiene un perfil curvo, donde el centro de curvatura está radialmente hacia adentro en la tobera a partir de la leva.

La tobera de escape puede comprender un pétalo divergente unido de manera pivotante en un punto de pivote divergente a un extremo corriente abajo del pétalo convergente, extendiéndose el pétalo divergente axialmente corriente abajo y radialmente hacia afuera a partir del punto de pivote divergente.

El pétalo divergente puede estar conectado al marco mediante un enlace de tal modo que el marco, el pétalo convergente, el pétalo divergente y el enlace formen un enlace de cuatro barras.

El enlace puede ser un enlace de empuje el cual se puede accionar para cambiar de longitud.

El pétalo convergente puede definir una longitud de cuerda a partir del punto de pivote convergente hasta el punto de pivote divergente. El rodillo puede fijarse entre un 40 y un 80% a lo largo de la longitud de la cuerda del pétalo convergente a partir del punto de pivote convergente.

La relación entre el radio del rodillo seguidor y el radio medio de curvatura de la leva puede ser de 0.05 o superior. La relación entre el radio del rodillo seguidor y el radio máximo de curvatura de la leva puede ser de 0.2 o inferior.

La tobera de escape puede comprender una pluralidad de pétalos convergentes distribuidos angularmente alrededor de la tobera de escape, cada uno de los cuales comprende rodillos respectivos, y la tobera de escape comprende una pluralidad correspondiente de levas separadas circunferencialmente alrededor de la tobera de escape y configuradas para mantener el acoplamiento con un rodillo respectivo.

La leva puede estar fijada a un anillo al unísono. El movimiento axial de la leva puede ser accionado por el movimiento axial del anillo unísono.

Puede haber una pluralidad de pétalos divergentes correspondientes a la pluralidad de pétalos convergentes.

De acuerdo con un segundo aspecto de la divulgación, se proporciona un motor de turbina de gas que comprende una tobera de escape de acuerdo con el primer aspecto.

El experto en la técnica apreciará que, salvo que se excluyan mutuamente, una característica descrita en relación con cualquiera de los aspectos anteriores puede aplicarse mutatis mutandis a cualquier otro aspecto. Además, excepto donde se excluyan mutuamente, cualquier característica descrita en el presente documento puede aplicarse a cualquier aspecto y/o combinarse con cualquier otra característica descrita en el presente documento.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones se describirán ahora solo a modo de ejemplo, con referencia a las Figuras, en las cuales:

la Figura 1 es una vista lateral en sección de un motor de turbina de gas;

la Figura 2 muestra esquemáticamente una sección transversal longitudinal de una tobera de escape de ejemplo en una configuración contraída; y

la Figura 3 muestra esquemáticamente una sección transversal longitudinal de la tobera de escape en la Figura 2 en una configuración expandida.

Descripción detallada

Con referencia a la Figura 1, un motor de turbina de gas se indica en general en 10, que tiene un eje 11 principal y de rotación. El motor 10 comprende, en serie de flujo axial, una toma de aire 12, un ventilador 13 propulsor, un compresor 14 de presión intermedia, un compresor 15 de alta presión, un equipo 16 de combustión, una turbina 17 de alta presión, una turbina 18 de presión intermedia, una turbina 19 de baja presión y una tobera 20 de escape.

Una góndola 21 en general rodea el motor 10 y define tanto la admisión 12 como la tobera 20 de escape.

El motor 10 de turbina de gas funciona de manera convencional de modo que el aire que ingresa a la admisión 12 es acelerado por el ventilador 13 para producir dos flujos de aire: un primer flujo de aire hacia el compresor 14 de presión intermedia y un segundo flujo de aire el cual pasa a través de un conducto 22 de derivación para proporcionar empuje de propulsión. El compresor 14 de presión intermedia comprime el flujo de aire dirigido hacia él antes de entregar ese aire al compresor 15 de alta presión donde tiene lugar una compresión adicional.

El aire comprimido que sale del compresor 15 de alta presión se dirige al equipo 16 de combustión donde se mezcla con combustible y la mezcla se quema. Los productos de combustión calientes resultantes luego se expanden a través de las turbinas 17, 18, 19 de alta, intermedia y baja presión antes de ser expulsados a través de la tobera 20 para proporcionar un empuje de propulsión adicional. Las turbinas de alta 17, intermedia 18 y baja 19 accionan respectivamente el compresor 15 de alta presión, el compresor 14 de presión intermedia y el ventilador 13, cada uno mediante un árbol de interconexión adecuado.

Otros motores de turbina de gas a los cuales se puede aplicar la presente divulgación pueden tener configuraciones alternativas. A modo de ejemplo, dichos motores pueden tener un número alternativo de árboles de interconexión (por ejemplo, dos) y/o un número alternativo de compresores y/o turbinas. Además, el motor puede comprender una caja de transmisión dispuesta en el tren de transmisión a partir de una turbina hasta un compresor y/o ventilador.

La Figura 2 muestra un ejemplo de tobera 20 de escape que tiene un escape variable convergente-divergente (con­ di) en una configuración contraída. En otros ejemplos, la tobera de escape puede tener solo un escape convergente variable, sin una sección divergente.

La tobera 20 comprende un marco 30 de soporte radialmente exterior que se extiende a partir de un extremo corriente arriba (lado izquierdo en las Figuras) hasta un extremo corriente abajo (lado derecho en las Figuras) a lo largo de un eje 50 longitudinal, el cual es coaxial con el eje 11 de rotación del motor 10 de turbina de gas descrito con referencia a la Figura 1, cuando la tobera 20 está montada en el motor 10 de turbina de gas. El marco 30 comprende una porción 30a anular la cual es coaxial con el eje 50 longitudinal y la cual converge a partir del extremo corriente arriba al extremo corriente abajo (es decir, el radio de la porción 30a anular se reduce en una dirección corriente abajo a lo largo del eje 50 longitudinal).

La tobera 20 comprende una pluralidad de pétalos 32 convergentes los cuales están distribuidos angularmente alrededor del eje 50 longitudinal dentro de la tobera 20 en un extremo corriente arriba de la tobera 20, y una pluralidad correspondiente de pétalos 34 divergentes los cuales están distribuidos angularmente alrededor del eje 50 longitudinal dentro la tobera 20 corriente abajo de (y conectada a) la pluralidad de pétalos 32 convergentes. La pluralidad de pétalos 32 convergentes y pétalos 34 divergentes está configurada para proporcionar un área transversal convergente y luego divergente para el flujo de aire que sale del motor 10 de turbina de gas, por ejemplo, para ahogar el flujo y lograr velocidades de salida supersónicas en la sección divergente.

El grado de convergencia del pétalo 32 convergente y el grado de divergencia del pétalo 34 divergente es variable, como se explicará en detalle a continuación. En la configuración contraída, el pétalo 32 convergente está en una posición contraída en la cual se encuentra en una convergencia máxima (es decir, reduce el área de flujo de aire a un mínimo a lo largo del eje 50 longitudinal). En este ejemplo, el pétalo 32 convergente en la posición contraída está inclinado radialmente hacia adentro en un ángulo de aproximadamente 40 grados con respecto al eje 50 longitudinal (siendo el marco de referencia tal que 0 grados corresponderían a que el pétalo 32 convergente fuera paralelo con el eje 50 longitudinal). En otros ejemplos, el ángulo del pétalo convergente con respecto al eje longitudinal en la posición contraída puede ser inferior a 40 grados, tal como 35 grados o 30 grados.

La configuración de cada pétalo 32 convergente y el respectivo pétalo 34 divergente es idéntica, y como tal se describirá a continuación con respecto a un solo pétalo 32 convergente y el respectivo pétalo 34 divergente.

El marco 30 comprende una primera extensión 30b que se extiende radialmente hacia adentro a partir de la porción 30a anular del marco 30 en un extremo corriente arriba del marco 30. El pétalo 32 convergente está unido de forma pivotante a la primera extensión 30b en un punto 36 de pivote convergente. El pétalo 32 convergente se extiende axialmente corriente abajo y radialmente hacia adentro a partir del marco 30 y a partir del punto 36 de pivote convergente, en la posición contraída.

El pétalo 34 divergente está unido de forma pivotante a un extremo corriente abajo del pétalo 32 convergente, en un punto 38 de pivote divergente. El pétalo 34 divergente está unido de forma pivotante a un enlace 40 en un punto del pétalo 34 divergente corriente abajo del punto 38 de pivote divergente. El enlace 40 está unido de forma pivotante a una segunda extensión 30c la cual se extiende radialmente hacia adentro a partir de la porción 30a anular del marco 30, en una ubicación en la porción 30a anular corriente abajo de la primera extensión 30b. El pétalo 34 divergente está conectado al enlace 40 y al pétalo 32 convergente de tal manera que se extiende axialmente corriente abajo y radialmente hacia afuera a partir del punto 38 de pivote divergente.

El marco 30, el pétalo 32 convergente, el pétalo 34 divergente, y el enlace 40 forman, por lo tanto, un enlace de cuatro barras, de tal modo que el movimiento giratorio del pétalo 32 convergente induce un movimiento giratorio predecible del pétalo 34 divergente. A la vez que todos los miembros del enlace de cuatro barras tienen una longitud constante, se dice que el enlace de cuatro barras tiene un grado de libertad (es decir, tal que para cada posición angular del pétalo 32 convergente hay una sola posición angular correspondiente del pétalo 34 divergente).

El enlace 40 en este ejemplo es un enlace de empuje que comprende una extensión telescópica. El enlace 40 de empuje se puede accionar para cambiar de longitud, de modo que el movimiento de giro del pétalo 34 divergente en respuesta al movimiento de giro del pétalo 32 convergente se pueda ajustar, proporcionando así un segundo grado de libertad en el enlace de cuatro barras.

La tobera 20 comprende además un anillo 44 unísono dispuesto radialmente hacia afuera del punto 36 de pivote convergente. El anillo 44 unísono es anular y se extiende alrededor del eje 50 longitudinal dentro de la porción 30a anular del marco 30. Una leva 46 está unida de forma fija al anillo 44 unísono y se extiende axialmente corriente abajo y radialmente hacia adentro a partir del anillo 44 unísono, de tal modo que está dispuesta radialmente hacia afuera a partir del pétalo 32 convergente. Dado que la leva 46 está unida de forma fija al anillo 44 unísono, no puede trasladarse ni girar con respecto al anillo 44 unísono. La leva 46 define una superficie de trabajo curva, y cóncava 48 en un lado radialmente interno de la leva 46 (es decir, el radio de curvatura de la leva 46 está ubicado radialmente hacia adentro de la leva 46 dentro de la tobera 20, con respecto al eje 50 longitudinal).

Un rodillo 42 seguidor está fijado al pétalo 32 convergente en un lado radialmente exterior del pétalo 32 convergente (es decir, con respecto al eje 50 longitudinal). La superficie 48 de trabajo de la leva 46 está configurada para acoplarse con el rodillo 42 seguidor, de tal modo que se mantenga el contacto entre la leva 46 y el rodillo 42 seguidor. Se apreciará que, en uso, las fuerzas aerodinámicas actúan sobre el pétalo 32 convergente de modo que el rodillo 42 seguidor es empujado contra la leva 46, como se explica con mayor detalle a continuación.

El pétalo 32 convergente define una longitud de cuerda a lo largo del pétalo 32 convergente a partir del punto 36 de pivote convergente hasta el punto 38 de pivote divergente. El rodillo 42 seguidor en este ejemplo se fija al 50% de la longitud de la cuerda a partir del punto 36 de pivote convergente. En otros ejemplos, el rodillo seguidor puede fijarse al pétalo convergente en cualquier ubicación adecuada, por ejemplo, entre el 40 y el 80% de la longitud de la cuerda a partir del punto de pivote convergente.

Durante el uso, el flujo de aire a través de la tobera de escape es dirigido radialmente hacia adentro por el pétalo 32 convergente y se le permite fluir radialmente hacia afuera pasando el pétalo 34 divergente. Por lo tanto, el flujo de aire ejerce una fuerza sobre el pétalo 32 convergente cuando se dirige radialmente hacia adentro. Esta fuerza se transfiere a través del rodillo 42 seguidor a la leva 46 la cual reacciona con la fuerza del pétalo 32 convergente.

La leva 46 se puede mover a lo largo de un recorrido en una dirección axial. El movimiento de la leva 46 en la dirección axial activa el movimiento radial del rodillo 42 seguidor, porque la leva 46 y el rodillo 42 seguidor están acoplados. El movimiento radial del rodillo 42 seguidor gira el pétalo 32 convergente alrededor del punto 36 de pivote convergente. Por lo tanto, el ángulo de giro del pétalo 32 convergente con respecto al eje 50 longitudinal puede controlarse mediante el movimiento axial de la leva 46.

Como se explicó anteriormente, el giro del pétalo 32 convergente induce el giro del pétalo 34 divergente alrededor del punto 38 de pivote divergente debido a la disposición de enlace de cuatro barras.

En este ejemplo, hay una pluralidad de levas 46 de tal modo que hay una leva 46 para cada pétalo 32 convergente alrededor de la tobera 20. En otros ejemplos, puede haber menos levas, tal como una leva por cada dos pétalos convergentes. Los pétalos convergentes para los cuales no hay una leva correspondiente pueden acoplarse entonces a un pétalo convergente adyacente el cual sí tiene una leva correspondiente, de tal manera que el movimiento de giro del pétalo convergente adyacente induce un movimiento idéntico del pétalo convergente sin una leva correspondiente.

El anillo 44 unísono, el cual está unido de forma fija a la leva 46, se puede mover en una dirección axial. Alrededor de la circunferencia de la tobera 20, la pluralidad de levas 46 están fijadas al anillo 44 unísono de tal manera que el movimiento axial del anillo unísono acciona el movimiento axial correspondiente de cada una de la pluralidad de levas 46. Por lo tanto, cada uno de la pluralidad de pétalos 32 convergentes puede accionarse para pivotar en una cantidad correspondiente moviendo axialmente el anillo 44 unísono, y las cantidades pueden ser sustancialmente idénticas con un control suficiente de las tolerancias de fabricación.

El movimiento axial del anillo 44 unísono está controlado por una pluralidad de actuadores 52. En este ejemplo, hay cuatro actuadores distribuidos alrededor y dentro de la tobera 20 (solo se muestran dos). En otros ejemplos, puede haber cualquier número adecuado de actuadores distribuidos alrededor de la tobera para mover axialmente el anillo unísono. Los actuadores 52 en este ejemplo tienen la forma de cilindros telescópicos, los cuales pueden moverse axialmente entre una posición completamente retraída y una posición completamente extendida.

Como se explicó anteriormente, la Figura 2 muestra la tobera 20 en una configuración contraída. En la configuración contraída, el actuador 52 está en una posición completamente retraída, de tal manera que el anillo 44 unísono y la leva 46 están en la posición corriente arriba más lejana. Por lo tanto, una parte corriente abajo de la leva 46 está acoplada, y en contacto con el rodillo 42 seguidor, de tal modo que el pétalo 32 convergente está en la posición contraída. Se apreciará que la fuerza total ejercida sobre el pétalo 32 convergente tenderá a ser mayor en uso (para condiciones de flujo de salida de turbina dadas) cuando el pétalo 32 convergente está en la posición contraída, debido a que está en una convergencia máxima correspondiente a un cambio máximo en la dirección del flujo de aire a través de la tobera 20.

La Figura 3 muestra la tobera 20 de escape de ejemplo de la Figura 2 en una configuración expandida. En la configuración expandida, el pétalo 32 convergente está en una posición expandida, en la cual pivota radialmente hacia el exterior. El pétalo 32 convergente en la posición expandida está inclinado radialmente hacia adentro en un ángulo de aproximadamente 10 grados con respecto al eje 50 longitudinal. En otros ejemplos, el ángulo del pétalo convergente con respecto al eje longitudinal en la posición expandida puede ser de más de 10 grados, como al menos 15 grados o al menos 20 grados.

En la configuración expandida, el actuador 52 está completamente extendido de manera que el anillo 44 unísono y la leva 46 están en la posición más alejada corriente abajo. Por lo tanto, una parte corriente arriba de la leva 46 está acoplada y en contacto con el rodillo 42 seguidor, de tal manera que el pétalo 32 convergente está en la posición expandida.

Por lo tanto, el movimiento axial de la leva 46 está controlado por la extensión y retracción de los actuadores 52, y la leva 46 se puede mover a lo largo de un recorrido entre la configuración contraída (Figura 2) y la configuración expandida (Figura 3), en la cual la leva 46 está en una respectiva posición contraída y posición expandida.

La superficie 48 de trabajo cóncava de la leva 46 asegura que el ángulo de contacto entre el rodillo 42 seguidor y la leva 46 varíe a lo largo del recorrido para variar así una componente radial de la fuerza del pétalo 32 convergente que reacciona por la leva 46.

Volviendo a la Figura 2, el ángulo de contacto de una línea 54 de contacto entre la leva 46 y el rodillo 42 seguidor en la configuración contraída es de aproximadamente 45 grados con respecto al eje 50 longitudinal. Esto es menor que en los sistemas considerados anteriormente debido al perfil cóncavo de la superficie 48 de trabajo de la leva 46. Esto reduce la carga radial transferida a la leva 46 y al anillo 44 unísono en la configuración contraída en comparación con los sistemas considerados anteriormente.

Dado que el pétalo 32 convergente experimenta las fuerzas más altas en la posición contraída, el ángulo de contacto más bajo entre la leva 46 y el rodillo 42 seguidor en la configuración contraída reduce la carga radial máxima transferida a la leva 46 y al anillo 44 unísono en uso. Esto permite un ahorro de peso, ya que las levas 46 y el anillo 44 unísono pueden hacerse más ligeros. Esto es particularmente ventajoso en los ejemplos en los cuales no hay anillo unísono, por ejemplo, para una tobera no axisimétrica 2D, ya que la carga radial no se puede restringir en un componente continuo del aro, de tal modo que las cargas radiales deben reducirse para la tobera del mismo peso.

Como puede verse en la Figura 3, la superficie 48 de trabajo cóncava de la leva 46 está configurada de manera que el ángulo de contacto de una línea 56 de contacto entre la leva 46 y el rodillo 42 seguidor en la posición expandida es de aproximadamente 90 grados con respecto a la eje 50 longitudinal. En otros ejemplos, el ángulo de contacto en la posición expandida puede estar entre 80 y 100 grados. Esto asegura que la carga axial la cual se transfiere a la leva 46, y por lo tanto al anillo 44 unísono a partir del pétalo 32 convergente, es baja o tiende a cero en la configuración expandida.

Además, la fijación del rodillo 42 seguidor al pétalo 32 convergente entre un 40 y un 80% a lo largo de la longitud de la cuerda del pétalo 32 convergente reduce la carga radial en el anillo 44 unísono en la posición convergente porque un brazo de momento entre el punto 36 de pivote convergente y el punto de contacto entre la leva 46 y el rodillo 42 seguidor aumenta en comparación con las disposiciones consideradas anteriormente. La leva 46 en el punto de contacto entre la leva 46 y el rodillo 42 seguidor debe hacer reaccionar un momento sobre el punto 36 de pivote convergente debido a la presión del gas sobre el pétalo 32 convergente. Por lo tanto, el momento de reacción de la leva 46 se logra con una fuerza de reacción menor si se aumenta el brazo de momento, y el momento de reacción de la leva 46 se logra con una fuerza de reacción mayor si se reduce el brazo de momento.

El solicitante ha descubierto que montar el rodillo 42 seguidor en una posición inferior al 40% a lo largo de la longitud de la cuerda del pétalo 32 convergente a partir del punto 36 de pivote convergente da como resultado un rápido aumento de la carga radial en el anillo 44 unísono y el actuador 52 en la configuración contraída debido al brazo de momento decreciente. Por el contrario, aunque la carga radial se reduce a medida que aumenta la distancia de montaje del rodillo 42 seguidor a partir del punto 36 de pivote convergente, el solicitante ha encontrado que montarlo más del 80% a lo largo de la longitud de la cuerda a partir del punto de pivote convergente da como resultado choques entre el rodillo seguidor y los componentes circundantes en uso.

En este ejemplo, la relación radial del radio del rodillo seguidor al radio de curvatura de la leva es de aproximadamente 0.1. En otros ejemplos, la relación puede estar entre 0.05 y 0.2. El solicitante ha descubierto que una relación superior a 0.2 da como resultado un ángulo de contacto rápidamente decreciente entre la leva 46 y el rodillo 42 seguidor con respecto al eje longitudinal, de tal modo que la carga axial transferida al anillo 44 unísono y los actuadores 52 aumenta rápidamente hacia la configuración contraída. El solicitante también ha descubierto que una relación por debajo de 0.05 da como resultado que la leva 46 sea demasiado larga en una tobera típica de tal modo que colisionaría con el pétalo 34 divergente cuando se mueve hacia la configuración expandida. El radio de curvatura en este ejemplo es el radio de curvatura en un plano que intersecta el eje 50 longitudinal, el cual puede ser el eje 11 de la línea central del motor.

En algunos ejemplos, el radio de curvatura de la leva puede no ser constante. El radio de curvatura utilizado en tales ejemplos para calcular la relación radial comparable es el radio de curvatura promedio a lo largo de las porciones curvas de la leva para el límite inferior de 0.05 y el radio máximo de curvatura a lo largo de las porciones curvas de la leva para el límite superior de 0.2.

Aunque se ha descrito que el marco comprende extensiones discretas que se extienden radialmente hacia adentro a las cuales se acoplan el pétalo convergente y el enlace, las extensiones pueden tener la forma de extensiones anulares, las cuales son continuas alrededor de la circunferencia de la tobera y el marco, o cualquier estructura de soporte adecuada.

Se entenderá que la invención no se limita a las realizaciones descritas anteriormente y se pueden realizar diversas modificaciones y mejoras sin apartarse de los conceptos descritos en el presente documento y las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Una tobera (20) de escape para un motor (10) de turbina de gas, comprendiendo la tobera (20) de escape un marco (30) que se extiende a lo largo de un eje (50) longitudinal y comprendiendo la tobera (20) de escape:

un pétalo (32) convergente unido de forma pivotante en un punto (36) de pivote convergente al marco (30) y que se extiende axialmente corriente abajo y radialmente hacia adentro a partir del marco (30);

un rodillo (42) seguidor fijado al pétalo (32) convergente en un lado radialmente exterior del pétalo (32) convergente; y

una leva (46) que define una superficie (48) de trabajo configurada para acoplar el rodillo (42) seguidor para reaccionar con una fuerza del pétalo (32) convergente;

en donde la leva (46) se puede mover a lo largo de un recorrido en una dirección axial para accionar el movimiento radial del rodillo (42) seguidor para pivotar el pétalo (32) convergente, por lo que la leva (46) define una superficie (48) de trabajo cóncava tal que un ángulo de contacto entre el rodillo (42) seguidor y la leva (46) varía a lo largo del recorrido para variar así una componente radial de la fuerza que reacciona la leva (46), y la leva (46) se puede mover entre una posición contraída en la cual la leva (46) está en la posición alejada corriente arriba y una posición expandida en la cual la leva (46) está en la posición alejada corriente abajo,

caracterizado porque

la leva (46) está configurada de modo que un ángulo de contacto entre la leva (46 y el rodillo (42) seguidor en la posición expandida está entre 85-95 grados a partir del eje longitudinal.

2. La tobera (20) de escape de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende un pétalo (34) divergente unido de forma pivotante en un punto (38) de pivote divergente a un extremo corriente abajo del pétalo (32) convergente, extendiéndose el pétalo (34) divergente axialmente corriente abajo y radialmente hacia afuera a partir del punto (38) de pivote divergente.

3. La tobera (20) de escape de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el pétalo (34) divergente está conectado al marco (30) por un enlace (40) de tal manera que el marco (30), el pétalo (32) convergente, el pétalo (34) divergente y el enlace (40) forman un enlace (40) de cuatro barras.

4. La tobera (20) de escape de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el enlace (40) es un enlace (40) de empuje el cual se puede accionar para cambiar de longitud.

5. La tobera (20) de escape de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en donde el pétalo (32) convergente define una longitud de cuerda a partir del punto (36) de pivote convergente hasta el punto (38) de pivote divergente, y en donde el rodillo está fijo entre el 40-80% a lo largo de la longitud de la cuerda del pétalo (32) convergente a partir del punto (36) de pivote convergente.

6. La tobera (20) de escape de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la relación entre el radio del rodillo (42) seguidor y el radio medio de curvatura de la leva (46) es de 0.05 o superior.

7. La tobera (20) de escape de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la relación entre el radio del rodillo (42) seguidor y el radio máximo de curvatura de la leva (46) es 0.2 o inferior.

8. La tobera (20) de escape de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de pétalos (32) convergentes distribuidos angularmente alrededor de la tobera (20) de escape, cada uno de los cuales comprende rodillos respectivos, y la tobera (20) de escape comprende una pluralidad correspondiente de levas (46) separadas circunferencialmente alrededor de la tobera (20) de escape y configuradas para mantener el acoplamiento con un rodillo respectivo.

9. La tobera (20) de escape de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la leva (46) está fijada a un anillo (44) unísono y en donde el movimiento axial de la leva (46) es accionado por el movimiento axial del anillo (44) unísono.

10. La tobera (20) de escape de acuerdo con la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en donde hay una pluralidad de pétalos (34) divergentes correspondientes a la pluralidad de pétalos (32) convergentes.

11. Un motor (10) de turbina de gas que comprende una tobera (20) de escape de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.