BR102012024669B1

BR102012024669B1 - motor de turbina a gás, e, método para fazer uma manutenção em um motor de turbina a gás

Info

Publication number: BR102012024669B1
Application number: BR102012024669-4A
Authority: BR
Inventors: Todd A. Davis; Brian P. Cigal
Original assignee: United Technologies Corporation
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2020-12-29
Also published as: CN103089449A; CA2789465C; JP2013096410A; CN103089449B; BR102012024669A2; CA2789465A1

Abstract

MÉTODO PARA FAZER UMA MANUTENÇÃO EM UM MOTOR DE TURBINA A GÁS, E, MOTOR DE TURBINA A GÁS. Método para fazer uma manutenção em um motor de turbina a gás inclui prover acesso a partir de uma seção dianteira do motor de turbina a gás a uma caixa de engrenagem contida no compartimento de mancal.

Description

FUNDAMENTOS

[001] A presente invenção se refere a um motor de turbina a gás e,em particular, a uma estrutura de carcaça para o mesmo.

[002] Motores de turbina a gás incluem, tipicamente, um ou maiseixos de rotor que transferem potência e movimento rotativo de uma seção de turbina para uma seção de compressor e seção de ventoinha. Os eixos de rotor são suportados dentro de uma estrutura estática de motor tipicamente construída de módulos com seções de carcaça individuais unidas com flanges aparafusados. Os flanges formam uma junta capaz de suportar a variedade de cargas transmitidas através da estrutura estática de motor. Um problema contínuo para motores de turbina a gás é a facilidade e rapidez com que podem ser submetidos à manutenção.

SUMÁRIO

[003] Um método para fazer uma manutenção em um motor deturbina a gás de acordo com um aspecto exemplificativo da presente invenção inclui prover acesso a partir de uma seção dianteira do motor de turbina a gás a uma caixa de engrenagem contida em um compartimento de mancal.

[004] Em outro modo de realização não limitativo do método acimapara fazer uma manutenção em um motor de turbina a gás, a desmontagem do compartimento de mancal pode incluir desmontar uma parede frontal de um suporte de corpo central frontal. Alternativa ou adicionalmente, acesso pode ser provido a partir da seção dianteira para suporte flexível montado dentro do suporte de corpo central frontal, o suporte flexível montado na caixa de engrenagem. Alternativa ou adicionalmente, uma unidade de mancal pode ser desmontada a partir do suporte de corpo central frontal. Alternativa ou adicionalmente, a parede frontal pode ser desmontada a partir de um eixo de saída acionado pela caixa de engrenagem.

[005] Um método para fazer uma manutenção em um motor deturbina a gás, de acordo com outro aspecto exemplificativo da presente invenção, pode incluir prover acesso, a partir de uma seção dianteira de um conjunto de corpo central frontal, a uma caixa de engrenagem acionada por um carretel de baixa velocidade.

[006] Em outro modo de realização não limitativo de qualquer dosmétodos acima para fazer uma manutenção em um motor de turbina a gás, uma ventoinha pode ser interconectada à caixa de engrenagem. Alternativa ou adicionalmente, a ventoinha pode ser desmontada da arquitetura com engrenagem.

[007] Em um outro modo de realização não limitativo de qualquerdos métodos acima, uma pluralidade de prendedores localizados dentro da seção dianteira de um conjunto de corpo central frontal pode ser removido para desmontar uma parede frontal de um suporte de corpo central frontal do conjunto de corpo central frontal. Adicionalmente ou alternativamente, a pluralidade de prendedores pode estar localizada para prover acesso da seção dianteira do motor de turbina a gás.

[008] Um motor de turbina a gás de acordo com um outro aspecto deexemplo da presente descrição inclui um suporte de corpo central frontal define em torno de um eixo geométrico demotor e uma parede frontal montada ao suporte de corpo central frontal. A parede frontal é removível do suporte de corpo central frontal para prover acesso à caixa de engrenagem.

[009] Em um outro modo de realização não limitativo de qualquerdos motores de turbina a gás acima, os modos de realização do motor de turbina a gás podem definir o suporte de corpo central frontal em torno de um eixo geométrico longitudinal do motor.

[0010] Em um outro modo de realização não limitativo de qualquer dos motores de turbina a gás acima, o motor de turbina a gás pode incluir uma unidade de vedação montada do suporte de corpo central frontal.

[0011] Em um outro modo de realização não limitativo de qualquer dos motores de turbina a gás acima, o motor de turbina a gás pode incluir uma unidade de mancal montada no suporte de corpo central frontal, e um carretel de baixa velocidade operável para acionar a caixa de engrenagem. Adicionalmente ou alternativamente, o suporte de corpo central frontal pode incluir um flange que contacta um flange da parede frontal.

[0012] Em um outro modo de realização não limitativo de qualquer dos motores de turbina a gás acima, pode incluir uma pluralidade de prendedores que se fixam ao flange da parede frontal ao flange do suporte de corpo central frontal. Adicionalmente ou alternativamente, a pluralidade de prendedores pode ser acessível de uma seção dianteira do motor de turbina a gás.

[0013] Em um outro modo de realização não limitativo de qualquer dos motores de turbina a gás acima, a parede frontal pode suportar uma unidade de mancal para suportar um eixo de saída acionada pela caixa de engrenagem. Adicionalmente, o eixo de saída pode ser operável para acionar uma ventoinha.

[0014] Em um outro modo de realização não limitativo de qualquer dos motores de turbina a gás acima, a caixa de engrenagem pode acionar uma seção de ventoinha em uma velocidade diferente de uma velocidade de carretel de baixa velocidade.

[0015] Em outro modo de realização não limitativo de qualquer dos modos de realização de motor de turbina a gás acima, o corpo central frontal pode, pelo menos parcialmente, definir um trajeto de fluxo de núcleo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0016] Várias aspectos se tornarão aparentes a alguém experiente na técnica a partir da descrição detalhada a seguir do modo de realização não limitativo revelado. Os desenhos que acompanham a descrição detalhada podem ser resumidamente descritos como a seguir, A Figura 1 é uma seção transversal esquemática de um modo de realização de um motor de turbina a gás; a Figura 2 é uma seção transversal ampliada de uma porção de motor de turbina, ilustrando um conjunto de corpo central frontal; a Figura 3 é uma seção transversal ampliada da arquitetura com engrenagem do motor de turbina a gás; a Figura 4 é uma vista em perspectiva explodida do conjunto de corpo central frontal; a Figura 5 é uma seção transversal parcial em perspectiva ampliada de um suporte do conjunto de corpo central frontal; a Figura 6 é uma vista em seção transversal ampliada do suporte de corpo central frontal; a Figura 7 é uma vista explodida do suporte de corpo central frontal; e a Figura 8 é uma vista esquemática de uma remoção caixa de engrenagem frontal do motor de turbina a gás.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0017] A Figura 1 esquematicamente ilustra um motor de turbina a gás 20. O motor de turbina a gás 20 é descrito aqui como um turbofan que geralmente incorpora uma seção de ventoinha 22, uma seção de compressão 24, uma seção de combustão 26 e uma seção de turbina 28. Motores alternativos podem incluir um seção incrementadora (não mostrada) entre outros(as) sistemas ou características. A seção de ventoinha 22 aciona ar ao longo de um trajeto de fluxo de desvio enquanto a seção de compressor 24 aciona ar ao longo de um trajeto de fluxo para compressão e comunicação na seção de combustão 26, depois a expansão através da seção de turbina 28. Embora descrito como um motor de turbina a gás turbofan no modo de realização não limitativo descrito, deve ser entendido que os conceitos descritos aqui não são limitados para usar com turbofans quando os ensinamentos podem ser aplicados a outros tipos de motor de turbina.

[0018] O motor 20 geralmente inclui um carretel de baixa velocidade 30 e um carretel de alta velocidade 32 montados para girar ao redor de um eixo geométrico longitudinal central de motor A em relação a uma estrutura estática de motor 36, via diversos sistemas de mancais 38. O carretel de baixa velocidade 30 geralmente inclui um eixo interno 40 que interconecta uma ventoinha 42, um compressor de baixa pressão 44 e uma turbina de baixa pressão 46. O eixo interno 40 é conectado à ventoinha 42 através de uma arquitetura com engrenagem 48 para acionar a ventoinha 42 a uma menor velocidade do que o carretel de baixa velocidade 30. O carretel de alta velocidade 32 inclui um eixo externo 50 que interconecta um compressor de alta pressão 52 e uma turbina de alta pressão 54. Um combustor 56 é arranjado entre o compressor de alta pressão 52 e a turbina de alta pressão 54. O eixo interno 40 e o eixo externo 50 são concêntricos e giram ao redor do eixo geométrico longitudinal central A do motor que é colinear a seus eixos longitudinais.

[0019] Fluxo de ar pelo núcleo é comprimido pelo compressor de baixa pressão 44, depois pelo compressor de alta pressão 52, misturado com o combustível e queimado no combustor 56, em seguida é expandido sobre a turbina de alta pressão 54 e turbina de baixa pressão 6. As turbinas 54, 46 acionam rotativamente o respectivo carretel de baixa velocidade 30 e carretel de alta 30 em resposta à expansão.

[0020] Os eixos de motor principais 40, 50 são suportados em uma pluralidade de pontos pelo sistema de mancais 38 dentro da estrutura estática 36. Em um modo de realização não limitativo, o sistema de mancais 38 inclui um #2 suporte de mancal 38A localizado dentro da seção de compressor 24.

[0021] Com referência à Figura 2, a estrutura estática de motor 36 próxima da seção de compressor 24 inclui um conjunto de corpo central frontal 60 adjacente ao #2 suporte de mancal 38A. O conjunto de corpo central frontal 60 inclui, geralmente, um suporte de corpo central frontal 62. O #2 suporte de mancal 38A geralmente inclui uma unidade de vedação 64, uma unidade de mancal 66, um suporte flexível 68 e uma mola de centragem 70.

[0022] Com referência à Figura 3, o suporte flexível 68 provê um anexação flexível da arquitetura com engrenagem 48 dentro do suporte de corpo central frontal 62 (também ilustrado na Figura 4). O suporte flexível 68 reage às cargas torcionais da arquitetura com engrenagem 48 e facilita absorção e vibração, bem como, outras funções de suporte. A mola de centragem 70 posiciona resilientemente a unidade de mancal 60 em relação ao carretel de baixa velocidade 30. Em um modo de realização, as vigas são vigas duplas cônicas arranjadas circunferencialmente para controlar uma taxa de mola radial que pode ser selecionada com base em uma pluralidade de considerações, incluindo, mas não de modo limitativo, carregamento de mancal, vida de mancal, dinâmica de rotor e considerações de deflexão de rotor.

[0023] O suporte de corpo central frontal 62 inclui uma seção de corpo central frontal 72 e uma seção de mancal 74 definidas ao redor do eixo geométrico A, com uma seção de interface frustrocônica 76 entre elas (Figura 5). A seção de corpo central frontal 72, pelo menos parcialmente, define o trajeto de fluxo de núcleo para o compressor de baixa pressão 44. A seção de corpo central frontal 72 inclui uma passagem de núcleo anular com múltiplas palhetas de corpo central frontal 72A, 72B. A seção de mancal 74 é definida radialmente para dentro da seção de corpo central frontal 72. A seção de mancal 74 localiza a unidade de mancal 66 e a unidade de vedação 64 em relação ao carretel de baixa velocidade 30. A seção de interface frustrocônica 76 combina a seção de corpo central frontal 72 e a seção de mancal 74 para formar um trajeto de carga unificado, substancialmente livre de rugas típicas de uma junta de flange convencional, da unidade de mancal 66 até a periferia externa da estrutura estática de motor 36. A seção de interface frustrocônica 76 pode incluir uma solda W (Figura 5) ou, alternativamente, ser uma seção integral, de modo que o suporte de corpo central frontal 62 seja um componente unitário.

[0024] O arranjo integral sem flange da seção de interface frustrocônica 76 facilita uma arquitetura leve com reduzido número de peças e com uma maior capacidade de sintonizar a rigidez global e obter requisitos de dinâmica de rotor. Tal arquitetura também integra funções, como despacho de óleo e ar dentro do compartimento de mancal que circunda a unidade de mancal 66.

[0025] Com referência à Figura 6, o suporte de corpo central frontal 62 inclui aspectos de montagem para receber o suporte flexível 68. Em um modo de realização não limitativo, as aspectos de montadores o suporte de corpo central frontal 62 incluem uma ranhura interna 78 e um flange de fixação radial direcionado para dentro 80 sobre a seção de corpo central frontal 72. O suporte flexível 68 inclui uma correspondente ranhura, externa 82 e flange de fixação direcionado radialmente para fora 84. O suporte flexível 68 é recebido no suporte de corpo central frontal 62 em uma interface ranhurada 86 formada pelas ranhuras 78, 82 e retido nas mesmas de modo que o flange de fixação 84 se contacte no flange de fixação 80. Um conjunto de prendedores 88, como parafusos, são rosqueados nos flange de fixação 80, 84 para suportar o suporte flexível 68 dentro do suporte de corpo central frontal frontal 62.

[0026] Com referência à Figura 7, os prendedores 88 são direcionados para frente, para prover acesso a partir de uma seção dianteira do conjunto de corpo central frontal 60 oposta à unidade de mancal 66 do sistema de mancal número 38A. Os prendedores 88 são, desse modo, facilmente removidos para o acesso a uma caixa de engrenagem 90 da arquitetura com engrenagem 48.

[0027] Uma parede frontal 102 atrás de ventoinha 42 é montada a uma seção dianteira do suporte de corpo central frontal 62 para prover acesso à arquitetura com engrenagem 48 a partir da frente do motor 20. A parede frontal 102 inclui um flange 103 montável ao suporte de corpo central frontal 62 no flange 61 por múltiplos prendedores 105, cujos prendedores 105 podem, em um exemplo não limitativo, ser parafusos. A parede frontal 102 e o suporte de corpo central frontal 62 definem um compartimento de mancal 100 (mostrado também na Figura 2) que monta para a unidade de mancal 66. A parede frontal 102 é removível, de modo que a caixa de engrenagem 90 possa ser acessada como um módulo. A caixa de engrenagem 90 pode, desse modo, ser acessada para facilitar serviço rápido sobre a asa.

[0028] Deve ser apreciado que várias estruturas de mancal 104 (ilustradas esquematicamente e na Figura 2) e vedações 106 (ilustradas esquematicamente e na Figura 2) podem ser suportadas pela parede frontal 102 para conter óleo e suportar rotação de um eixo de saída 108. O eixo de saída 108 se conecta com a arquitetura com engrenagem 48 para acionar a ventoinha 42. As pás de ventoinha 42B se estendem de um cubo de ventoinha 110 ao qual são montadas para o eixo de saída 108, para rotação com o mesmo. Deve ser apreciado que as estruturas de mancal 104 e vedações 106 podem, no modo de realização revelado não limitativo, ser desmontadas com a parede frontal 102 como uma unidade, após a remoção do cubo de ventoinha 110.

[0029] A caixa de engrenagem 90 é acionada pelo carretel de baixa velocidade 30 (Figura 1) através de um eixo de anexação 112. O eixo de anexação 112 transfere torque através da unidade de mancal 66 para a caixa de engrenagem 90, bem como, facilita a segregação de vibrações e outros transientes. O eixo de anexação 112 geralmente inclui uma seção de eixo de anexação frontal 114 e uma seção de eixo de anexação traseira 116 que se estende da unidade de mancal 66. A seção de eixo de anexação frontal 114 inclui uma ranhura de interface 118 casada com uma ranhura traseira 120 da seção de eixo de anexação traseira 116. Uma ranhura de interface 122 desta seção 116 conecta o eixo de anexação 112 ao carretel de baixa velocidade 30 através de, neste exemplo não limitativo, encaixe ranhurado com uma ranhura 124 sobre um cubo de compressor de baixa pressão 126 e o compressor de baixa pressão 44.

[0030] Para remover a caixa de engrenagem 90, o cubo de ventoinha 110 é desmontado do eixo de saída 108. Os múltiplos prendedores 105 são, então, removidos, de modo que a parede frontal 102 seja desconectada do suporte de corpo central frontal 62. Os múltiplos prendedores 88 são, então, removidos da frente do motor 20. A arquitetura com engrenagem 48 é, então, deslizada para frente, para fora do suporte de corpo central frontal 62, de modo que a ranhura de interface 118 seja deslizada para fora da ranhura traseira 120 e a ranhura externa 82 seja deslizada para fora da ranhura interna 78. A arquitetura com engrenagem 48 é, desse modo, removível do motor 20 como um módulo (Figura 8, mostrado esquematicamente). Deve ser apreciado que outros componentes podem precisar ser desmontados para a remoção da arquitetura com engrenagem 48 do motor 20; porém, tal desmontagem é relativamente menor e não precisa ser explicada em detalhe. Deve ser apreciado ainda que outros componentes, como a unidade de mancal 66 e vedação 64, estão agora também prontamente acessíveis a partir da frente do motor 20.

[0031] A remoção da caixa de engrenagem 90 da frente do motor 20, como revelado, economiza tempo e despesa significativos. A arquitetura com engrenagem 48 é removível do motor 20 como um módulo, e não precisa ser desmontada adicionalmente. Além disso, embora a arquitetura com engrenagem 48 tenha que ser removida do motor para se ter acesso à unidade de mancal 66 e à vedação 64, a arquitetura com engrenagem 48 não precisa ser removida do motor 20 para se ter acesso ao próprio núcleo do motor.

[0032] Deve ser entendido que números de referência iguais identificam elementos correspondentes ou similares por todos os desenhos. Deve ser entendido também que, embora um arranjo particular de componente seja revelado no modo de realização ilustrado, outros arranjos se beneficiarão da invenção.

[0033] Embora sequências de etapas particulares sejam mostradas, descritas e reivindicadas, deve ser entendido que as etapas podem ser executadas em qualquer ordem, separadas ou combinadas, a não ser que indicado de outra maneira, e ainda se beneficiarão da presente invenção.

[0034] Embora os diferentes exemplos tenham componentes específicos mostrados nas ilustrações, modos de realização desta invenção não estão limitados àquelas combinações particulares. É possível usar alguns dos componentes ou aspectos de um dos exemplos em combinação com aspectos ou componentes de outro.

[0035] A descrição acima é exemplificativa, em vez de ser definida pelas suas limitações. Vários modos de realização não limitativos são revelados aqui; porém, alguém experiente na técnica reconhecerá que várias modificações e variações à luz dos ensinamentos acima serão abrangidas pelo escopo das reivindicações a seguir. Deve, portanto, ser entendido que, dentro do escopo das reivindicações anexas, a invenção pode ser praticada de outro modo que não escrito especificamente. Por esta razão, as reivindicações anexas devem ser examinadas para se determinar o escopo e conteúdo.

Claims

1. Motor de turbina a gás, caracterizadopelo fato de compreender: uma caixa de engrenagem definida ao longo de um eixo geométrico de motor; um carretel baixo arranjado atrás da caixa de engrenagem e operável para acionar a caixa de engrenagem; um suporte de corpo central frontal definido ao redor do eixo geométrico de motor; uma parede frontal montada no suporte de corpo central frontal, a parede frontal removível do suporte de corpo central frontal para acesso à caixa de engrenagem; e uma unidade de mancal montada ao suporte de corpo central frontal e ao carretel baixo.

2. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de o suporte de corpo central frontal ser definido ao redor de um eixo geométrico de motor.

3. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de compreender adicionalmente uma unidade de vedação montada no suporte de corpo central frontal.

4. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de que a unidade de vedação é localizada atrás da unidade de mancal.

5. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato de o carretel baixo incluir um cubo de compressor de baixa pressão provendo um encaixe ranhurado engatável com a unidade de mancal, e a unidade de vedação montada ao cubo de compressor de baixa pressão.

6. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o suporte de corpo central frontal incluir um flange que contacta um flange da parede frontal.

7. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma pluralidade de prendedores que anexa o flange da parede frontal ao flange do suporte de corpo central frontal.

8. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a pluralidade de prendedores é acessível a uma seção dianteira do motor de turbina a gás.

9. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a parede frontal suportar uma unidade de mancal para suportar um eixo de saída acionado pela caixa de engrenagem, e pelo fato de o eixo de saída ser operável para acionar uma ventoinha.

10. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a caixa de engrenagem acionar uma seção de ventoinha a uma velocidade diferente de uma velocidade do carretel de baixa velocidade.

11. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o corpo central frontal prover um componente unitário com uma seção de corpo central frontal tendo uma ventoinha arranjada em um trajeto de núcleo anular e que, pelo menos parcialmente, define um trajeto de fluxo de núcleo.

12. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o suporte de corpo central frontal e a seção de corpo central frontal serem integrais um com o outro.

13. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o suporte de corpo central frontal e a seção de corpo central frontal serem soldadas um no outro.

14. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a unidade de mancal incluir uma mola de centragem montada no suporte de corpo central frontal e a seção de seção de eixo de acoplamento acoplada ao carretel baixo.

15. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de compreender um eixo de acoplamento interconectando e ranhurado a cada uma da caixa de engrenagem e da seção de eixo de acoplamento.

16. Método para fazer uma manutenção em um motor de turbina a gás, caracterizado pelo fato de compreender: prover acesso a partir de um lado dianteiro de um conjunto de corpo central frontal a uma caixa de engrenagem acionada por um carretel de baixa velocidade; fazer a manutenção de um componente localizado dentro de um compartimento de mancal atrás do conjunto de corpo central frontal; desmontar uma ventoinha montada na caixa de engrenagem, em que a etapa de desmontagem inclui remover um cubo de ventoinha de um eixo de saída acoplado à caixa de engrenagem; remover uma primeira pluralidade de prendedores localizados dentro do lado dianteiro do conjunto de corpo central frontal para desmontar uma parede frontal a partir do suporte de corpo central frontal do conjunto de corpo central frontal, a etapa de remoção de prendedor realizada subsequentemente à etapa de remoção do cubo de ventoinha, em que um suporte flexível é preso à caixa de engrenagem e o suporte de corpo central frontal, em que o eixo de saída, o suporte flexível e a caixa de engrenagem compreendem um módulo de caixa de engrenagem; e remover uma segunda pluralidade de prendedores interconectando o suporte flexível e o suporte de corpo central frontal, e deslocar o módulo de caixa de engrenagem para longe do suporte de corpo central frontal para remover o módulo de caixa de engrenagem como um conjunto.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de remover uma unidade de mancal montada no suporte de corpo central frontal e o carretel baixo subsequentemente à remoção da caixa de engrenagem.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de a caixa de engrenagem inclui a unidade de mancal e a etapa de deslocar inclui deslocar a unidade de mancal para fora de engate com um eixo de acoplamento.