BR102012029658B1

BR102012029658B1 - Motor de turbina a gás

Info

Publication number: BR102012029658B1
Application number: BR102012029658-6A
Authority: BR
Inventors: Conway Chuong; Kurt P. Werner; Shelton O. Duelm
Original assignee: United Technologies Corporation
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2021-06-01
Also published as: EP2604813A2; EP2604813B1; JP2013124667A; US20130149159A1; CN103161578A; JP5593372B2; CA2797984C; US8961125B2; CN103161578B; CA2797984A1; BR102012029658A2; EP2604813A3

Abstract

motor de turbina a gás, e, método para reter uma peça a uma estrutura de carcaça de motor. um motor de turbina a gás inclui uma estrutura de carcaça de motor e um conjunto de bloco de retenção. a estrutura de carcaça de motor inclui uma cavidade que recebe o conjunto de bloco de retenção. o conjunto de bloco de retenção inclui um bloco de batente e um pino que retém o bloco de batente dentro da cavidade. o bloco de batente é folgado em relação ao pino.

Description

FUNDAMENTO

[0001] Esta descrição é relativa a um motor de turbina a gás e, mais particularmente, à retenção de uma peça em relação a uma estrutura de carcaça de motor.

[0002] Motores turbina a gás tipicamente incluem, pelo menos, uma seção de compressor, uma seção de combustor e uma seção de turbina. Durante operação, ar é pressurizado na seção de compressor e é misturado com o combustível e queimado na seção de combustor para gerar gases de combustão quentes. Os gases de combustão quentes são comunicados através da seção de turbina, que extrai energia dos gases de combustão quentes para energizar a seção de compressor e outras cargas do motor de turbina a gás.

[0003] Uma ou mais seções do motor de turbina a gás podem incluir uma pluralidade de conjuntos de palhetas que têm palhetas intercaladas entre conjuntos rotor que carregam as lâminas de sucessivos estágios da seção. Cada palheta de um conjunto de palhetas deve ser retido em uma estrutura de carcaça de motor para funcionamento adequado durante operação do motor de turbina a gás. Abas, ganchos, e outras características são tipicamente incorporadas no projeto das palhetas para conseguir esta retenção

SUMÁRIO

[0004] Um motor de turbina a gás inclui uma estrutura de carcaça de motor e um conjunto de bloco de retenção. A estrutura de carcaça de motor inclui uma cavidade que acomoda o conjunto de bloco de retenção. O conjunto de bloco de retenção inclui um bloco de batente e um pino que retém o bloco de batente na cavidade. O bloco de batente é folgado em relação ao pino.

[0005] Em outra modalidade tomada como exemplo, um motor de turbina a gás inclui uma seção de compressor, uma seção de combustor e uma seção de turbina, cada uma disposta ao redor de um eixo de linha de centro de motor. Uma estrutura de carcaça de motor é associada com pelo menos uma porção da seção de compressor e da seção de turbina. Pelo menos uma dentre a seção de compressor e da seção de turbina inclui uma peça e um conjunto de bloco de retenção que retém circunferencialmente a peça relacionada à estrutura de carcaça de motor.

[0006] Em ainda outra modalidade tomada como exemplo, um método para reter uma peça a uma estrutura de carcaça de motor inclui fornecer uma cavidade na estrutura de carcaça de motor, inserindo um bloco de batente na cavidade e retendo o bloco de batente na cavidade com um pino. O pino é aprisionado por uma porção da peça.

[0007] As diversas características e vantagens desta descrição se tornarão evidentes para aqueles versados na técnica a partir da descrição detalhada a seguir. Os desenhos que acompanham a descrição detalhada podem ser descritos de maneira resumida como a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0008] A figura 1 ilustra, de maneira esquemática, um motor de turbina a gás.

[0009] As figuras 2A e 2B ilustram uma porção de um motor de turbina a gás.

[00010] A figura 3 ilustra um exemplo de conjunto de bloco de retenção para reter uma palheta de um conjunto de palhetas.

[00011] As figuras 4A e 4B ilustram características adicionais do bloco de retenção do conjunto de bloco de retenção da figura 3.

[00012] As figuras 5A e 5B ilustram um bloco de batente de um conjunto de bloco de retenção.

[00013] A figura 6 ilustra uma vista em seção traseira (olhando para frente) de um conjunto palheta de um motor de turbina a gás.

[00014] DESCRIÇÃO DETALHADA

[00015] A figura 1 ilustra, de maneira esquemática, um motor de turbina a gás 10. O exemplo de motor de turbina a gás 10 é um motor turboventilador de dois carretéis (eixos) que genericamente incorpora uma seção de ventilador 14, uma seção de compressor 16, uma seção de combustor 18 e uma seção de turbina 20. Motores alternativos podem incluir algumas ou seções adicionais, tais como uma seção amplificadora (não mostrado) entre outros sistemas ou características. Genericamente a seção de ventilador 14 aciona ar ao longo de um trajeto de escoamento de desvio enquanto a seção de compressor 16 aciona ar ao longo de um trajeto de escoamento núcleo para compressão e comunicação para a seção de combustor 18. Os gases de combustão quentes gerados na seção de combustor 18 são expandidos através da seção de turbina 20. Esta vista é altamente esquemática, e está incluída para fornecer um entendimento básico do motor de turbina a gás 10, e não para limitar a descrição. Esta descrição se estende para todos os tipos de motores turbina a gás e para todos os tipos de aplicações que incluem, porém não limitada a configurações de turboventilador de três carretéis.

[00016] O motor de turbina a gás 10 genericamente inclui pelo menos um carretel de baixa velocidade 22 e um carretel de alta velocidade 24, montados para rotação ao redor de um eixo de linha de centro de motor 12 em relação a uma estrutura estática do motor 27 através de diversos sistemas de mancal 29. O carretel de baixa velocidade 22, genericamente, inclui um eixo interior 31 que interconecta um ventilador 33, um compressor de baixa pressão 17 e uma turbina de baixa pressão 21. O eixo interior 31 pode conectar ao ventilador 33 através de uma arquitetura com engrenagens 35 para acionar o ventilador 33 a uma velocidade mais baixa do que o carretel de baixa velocidade 22. Embora a arquitetura com engrenagens 35 esteja delineada de maneira esquemática entre o ventilador 33 e o compressor de baixa pressão 17, deveria ser entendido que a arquitetura com engrenagens 35 poderia ser disposta em qualquer localização do motor de turbina a gás que inclui, porém não está limitada a, adjacente à turbina de baixa pressão 21. O carretel de alta velocidade 24 inclui um eixo exterior 37 que interconecta um compressor de alta pressão 19 e uma turbina de alta pressão 23.

[00017] Um combustor 15 é arranjado entre o compressor de alta pressão 19 e a turbina de alta pressão 23. O eixo interior 31 e o eixo exterior 37 são concêntricos e giram ao redor do eixo da linha de centro do motor 12. Um escoamento de ar núcleo é comprimido pelo compressor de baixa pressão 17 e o compressor de alta pressão 19, é misturado com combustível e queimado dentro do combustor 15, e é então expandido sobre a turbina de alta pressão 23 e a turbina de baixa pressão 21. As turbinas 21, 23 acionam em rotação o carretel de baixa pressão 22 e o carretel de alta pressão 24 em resposta à expansão.

[00018] A seção de compressor 16 e a seção de turbina 20 podem, cada uma, incluir fileiras alternativas de conjuntos rotor 39 e conjuntos palheta 21. Os conjuntos rotor 39 carregam uma pluralidade de lâminas rotativas, enquanto cada conjunto palheta 41 inclui uma pluralidade de palhetas de estator. As lâminas dos conjuntos rotor 39 criam ou extraem energia (na forma de pressão) a partir do escoamento de ar que é comunicado através do motor de turbina 10. As palhetas dos conjuntos de palhetas 41 direcionam escoamento de ar para as lâminas dos conjuntos rotor 39 ou para adicionar ou para extrair energia. Cada palheta dos conjuntos de palhetas 41 é retida circunferencialmente ao motor de turbina a gás 10 como está ainda mais discutido abaixo.

[00019] As figuras 2A e 2B ilustram uma porção 100 de um motor de turbina a gás 10. Neste exemplo, a porção ilustrada 100 é da seção de turbina 20. Contudo, esta descrição não está limitada à seção de turbina 20, e poderia se estender para outras seções do motor de turbina a gás 10, incluindo, porém não limitada à seção de compressor 16.

[00020] A porção 100 inclui uma peça tal como um conjunto de palhetas 41. O conjunto de palhetas 41 inclui uma pluralidade de palhetas 40 (somente uma mostrada) que são dispostas circunferencialmente (para dentro e para fora da página da figura 2A) ao redor do eixo da linha de centro do motor 12. Cada palheta 40 inclui um aerofólio 42 que se estende entre uma plataforma interior 44 e uma plataforma exterior 46. O conjunto de palhetas 41 é conectado a uma estrutura de carcaça de motor 49 associada com a porção 100 do motor de turbina a gás 10, tal como entre uma estrutura de carcaça exterior 48 e uma estrutura anel interior 50. A estrutura anel interior 50 poderia ser uma porção de um conjunto rotor de um conjunto rotor adjacente 39, ou poderia ser uma estrutura separada junta.

[00021] A palheta 40 pode ser uma palheta estacionária ou uma palheta variável, e poderia ser em balanço. As palhetas 40 do conjunto de palhetas 41 se estendem entre uma aresta dianteira 53 e uma aresta traseira 54. O motor de turbina a gás 10 estabelece um trajeto de gás 56 para comunicação do escoamento de ar núcleo que se estende em uma direção a partir da aresta dianteira 52 no sentido da aresta traseira 54 da palheta 40.

[00022] A palheta 40 é circunferencialmente retida dentro do motor de turbina a gás 10 por meio de um conjunto de bloco de retenção 58. Embora delineado como uma palheta, deveria ser entendido que o conjunto de bloco de retenção 58 poderia ser utilizado para reter qualquer parte do motor de turbina a gás. O conjunto de bloco de retenção 58 é recebido em uma cavidade 60 da estrutura de carcaça de motor 49. Como utilizada nesta descrição, a expressão “estrutura de carcaça de motor” pode se referir à estrutura de carcaça exterior 48, à estrutura anel interior 50, ou qualquer outra porção da estrutura estática do motor 27. Em outras palavras, o conjunto de bloco de retenção 58 pode ser implementado na estrutura de carcaça exterior 48, na estrutura anel interior 50, ou em ambos, para reter circunferencialmente a palheta 40 do conjunto de palhetas 41 dentro da porção 100 do motor de turbina a gás 10. Cada palheta 40 do conjunto de palhetas 41 pode ser retida circunferencialmente utilizando o um ou mais conjuntos de bloco de retenção 58. A cavidade 60 pode ser usinado, fresado, fundido, ou formado de outra maneira na estrutura de carcaça de motor 49, em qualquer maneira conhecida.

[00023] O conjunto de bloco de retenção 58 inclui um bloco de batente 62 e um pino 64 que retém o bloco de batente 62 dentro da cavidade 60. Um gancho de palheta 66 é recebido parcialmente por um gancho de carcaça 48 da estrutura de carcaça de motor 49. O gancho de palheta 66 é posicionado radialmente no bordo interior do conjunto de bloco de retenção 58 no estado instalado. O gancho de palheta 66 aprisiona o pino 64 em relação ao bloco de batente 62. Em um exemplo, o pino 64 é aprisionado radialmente em relação ao bloco de batente 62 através do gancho de palheta 66.

[00024] Durante operação do motor, as cargas de pressão circunferencial da palheta 40 são transferidas para o conjunto de bloco de retenção 58, as quais são então transferidas para a estrutura de carcaça de motor 49. Em outras palavras, o pino 64 é substancialmente livre quanto a carregamento mecânico durante operação do motor. A plataforma interior 44 e a plataforma exterior 46 da palheta 40 podem incluir diversos outras características de retenção, tal como ganchos de palheta, abas, pernas, flanges, e outras peças, para conseguir ligação radial e axial da palheta 40 em relação à estrutura de carcaça do motor 49. Estas características podem trabalhar independentemente da característica de retenção circunferencial tomada como exemplo, ou podem trabalhar de maneira consertada com ela, e fornecer graus de restrição combinados.

[00025] A figura 3 ilustra uma vista em seção transversal do conjunto de bloco de retenção 58 introduzido nas figuras 2A e 2B. O bloco de batente 62 é recebido dentro da cavidade 60 na estrutura de carcaça de motor 49. De maneira alternativa, o bloco de batente 62 poderia ser incorporado como parte da estrutura de carcaça de motor 49. Em outras palavras, o bloco de batente 62 poderia ser uma estrutura separada da estrutura de carcaça de motor 49, ou poderia ser formado integralmente como parte da estrutura de carcaça de motor 49.

[00026] O pino 64 retém o bloco de batente 62 dentro da cavidade 60. O pino 64 é inserido através de um furo 90 do bloco de batente 62, e pode ser encaixado por pressão em uma abertura 76 da estrutura de carcaça de motor 49. Uma porção corpo 74 do pino 64 se estende para o interior da abertura 76 da estrutura de carcaça de motor 49. O furo 90 é superdimensionado em relação ao pino 64, isto é, o furo 90 é de um diâmetro maior do que o diâmetro do pino 64. O furo 90 é superdimensionado para criar um intervalo 72 e possibilitar a liberdade relativa do bloco de batente 62 para o pino 64 e a cavidade 60. Diferentemente do pino de encaixe por pressão 64, o conjunto de bloco de retenção 58 é de outra maneira livre de ligações mecânicas que incluem parafusos ou prisioneiros para reter circunferencialmente as palhetas 40 do conjunto de palhetas 41. O gancho de palheta 66 fornece uma característica de retenção secundária que impede que o pino 64 se libere do conjunto de bloco de retenção 58 (ver figura 2B).

[00027] Um primeiro flange 70 que se estende a partir da porção corpo 74 do pino 64 contata (isto é, topa) contra a estrutura de carcaça de motor 49 em uma interface 51. O espaço 72 se estende entre o bloco de batente 62 e o pino 64 de tal modo que o bloco de batente 62 é folgado em relação ao pino 64 (tanto quanto à estrutura de carcaça de motor 49). O intervalo 72 permite que o bloco de batente 62 mova em uma direção radial e circunferencial em relação ao pino 64 durante operação do motor de turbina a gás, permitindo assim que o pino 64 seja substancialmente livre de carregamento mecânico durante operação. As dimensões reais do intervalo 72 podem variar, e são dependentes da aplicação e tolerâncias de fabricação, entre outros fatores.

[00028] O pino 64 inclui um segundo flange 71 que é recebido por uma porção escareada 92 do bloco de batente 62. O segundo flange 71 é radialmente para dentro a partir do primeiro flange 60. O segundo flange 71 estabelece um segundo diâmetro D2 que é maior do que um primeiro diâmetro D1 do primeiro flange 70 que retém o bloco de batente 62 quanto à liberação na direção radial.

[00029] O pino 64 pode também incluir uma porção interior 78 que é furada através do pino. A porção interior 78 pode, opcionalmente, incluir roscas 80 que permitem a remoção fácil do pino 64 do conjunto de bloco de retenção 58.

[00030] As figuras 4A e 4B ilustram o conjunto de bloco de retenção 58 com a palheta 40 removida para ilustrar melhor as características do conjunto de bloco de retenção 58. Ambos, a cavidade 60 e o bloco de batente 62, podem incluir uma forma genericamente retangular. A geometria correspondida da cavidade 60 e do bloco de batente 62 impede substancialmente a rotação do bloco de batente 62 dentro da cavidade 60 durante operação do motor. A cavidade 60 e o bloco de batente 62 podem incluir outras geometrias e configurações. O pino 64 está em nível com, ou abaixo de uma superfície 82 do bloco de batente 62 no estado instalado ilustrado pelas figuras 4A e 4B. A superfície 82 faceia a palheta 40 quando a palheta 40 está em um estado instalado.

[00031] Em um exemplo, a estrutura de carcaça de motor 49, o bloco de batente 62 e o pino 64 são, cada um, fabricados do mesmo tipo de material para reduzir qualquer desadaptação térmica entre as peças durante operação do motor. A utilização do mesmo material ajuda a estabelecer o intervalo 72. Um exemplo de material é uma liga de níquel. Contudo, outros materiais são também considerados como dentro do escopo desta descrição.

[00032] As figuras 5A e 5B ilustram um exemplo de bloco de batente 62 do conjunto de bloco de retenção 58 detalhado acima. O bloco de batente 62 inclui uma primeira porção de bloco 84, e uma segunda porção de bloco 86, que se salienta da primeira porção de bloco 84. Em um exemplo, a segunda porção de bloco 86 se salienta perpendicularmente a partir da primeira porção de bloco 84. O bloco de batente 62 pode incluir uma estrutura monolítica, ou poderia ser montado prendendo a segunda porção de bloco 86 à primeira porção de bloco 84, em qualquer maneira conhecida.

[00033] A primeira porção de bloco 84 é recebida dentro da cavidade 60 e é em nível com, ou abaixo de uma superfície exterior 88 da cavidade 60 (ver figuras 4A e 4B). A cavidade 60 tem tolerância próxima para a primeira porção de bloco 84 para minimizar encaixe folgado entre a primeira porção de bloco 84 e a cavidade 60. A dimensão, forma, e geometria da cavidade 60 e do bloco de batente 62 poderiam variar dependendo de parâmetros específicos de projeto, e de outros critérios de projeto.

[00034] A primeira porção de bloco 84 inclui um furo 90 que se estende através da primeira porção de bloco 84. O furo 90 inclui uma porção escareada 92. O segundo flange 71 do pino 64 é recebido dentro da porção escareada 92 da primeira porção de bloco 84 (ver figura 3). A primeira porção de bloco 84 pode também incluir cantos arredondados 96.

[00035] A segunda porção de bloco 86 se salienta a partir da primeira porção de bloco 84 em uma direção no sentido da palheta 40 (ver figuras 4A e 4B e figura 6). A segunda porção de bloco 86 pode incluir porções 87 que se estendem radialmente além de uma largura W da primeira porção de bloco 84. A segunda porção de bloco 86 pode também incluir, pelo menos, uma porção chanfrada 98 que ajuda na inserção da palheta 40 em relação ao conjunto de bloco de retenção 58, para reter circunferencialmente a palheta 40 em relação à estrutura de carcaça de motor 49. Neste exemplo, a porção chanfrada 98 é definida em um canto 99 da segunda porção de bloco 86.

[00036] Fazendo referência à figura 6, uma porção da palheta 40 contata a segunda porção de bloco 86 do bloco de batente 62 para impedir rotação circunferencial da palheta 40. Em um exemplo, a porção é um gancho de palheta 66, embora outras peças e componentes sejam considerados. A segunda porção de bloco 86 se estende para o interior de uma cavidade de ar secundária 156 que é radialmente para fora do trajeto de gás 56, enquanto a primeira porção de bloco 84 está radialmente para fora da cavidade de ar secundária 156 (ver também figura 2A).

[00037] Embora os diferentes exemplos tenham os componentes específicos mostrados nas ilustrações, modalidades desta descrição não estão limitadas àquelas combinações particulares. É possível utilizar alguns dos componentes ou características de um dos exemplos em combinação com características ou componentes de outro dos exemplos.

[00038] A descrição precedente deve ser interpretada como ilustrativa e não em qualquer sentido limitativo. Um trabalhador de talento ordinário na técnica deveria entender que certas modificações poderiam vir dentro do escopo desta descrição. Por estas razões, as reivindicações a seguir deveriam ser estudadas para determinar o verdadeiro escopo e conteúdo desta descrição.

Claims

1. Motor de turbina a gás, compreendendo: uma estrutura de carcaça de motor (49) que inclui uma cavidade (60); um conjunto de bloco de retenção (58) recebido na cavidade (60); e, uma palheta (40) que é retida circunferencialmente em relação à estrutura de carcaça de motor (49) por meio do conjunto de bloco de retenção (58), onde o conjunto de bloco de retenção (58) inclui um bloco de batente (62) e um pino (64) que retém o bloco de batente (62) na cavidade (60), caracterizadopelo fato de que: o pino (64) é inserido através de um furo do bloco de batente (62); e, o bloco de batente (62) é folgado em relação ao pino (64).

2. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o pino (64) inclui uma porção interior (78) que é rosqueada.

3. Motor de turbina a gás de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que um primeiro flange (70) do pino (64) contata a estrutura de carcaça de motor (49).

4. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato de que um segundo flange (71) do pino (64) é recebido dentro de uma porção escareada (92) de um furo do bloco de batente (62).

5. Motor de turbina a gás de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de que o bloco de batente (62) inclui uma primeira porção de bloco (84) e uma segunda porção de bloco (86) que se salienta a partir da primeira porção de bloco (84).

6. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de que a segunda porção de bloco (86) inclui uma porção chanfrada (98).

7. Motor de turbina a gás de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizadopelo fato de que uma porção de uma palheta (40) contata a segunda porção de bloco (86).

8. Motor de turbina a gás de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizadopelo fato de que o pino (64) é radialmente aprisionado em relação ao bloco de batente (62) com um gancho de palheta (66).

9. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que o gancho de palheta (66) é recebido axialmente por um gancho de carcaça (68) da estrutura de carcaça de motor (49).