BR102015020661A2 - conjunto de atuador rotativo - Google Patents

Abstract

resumo “conjunto de atuador rotativo” trata-se de um atuador rotativo (60) para controle de palhetas de geometria variável (33, 37, 41). o atuador é rotativo de modo que os componentes operacionais sejam internalizados para proteger o combustível contra contaminação. o atuador rotativo (60) é uma unidade independente de modo que o dispositivo pode ser removido a partir do motor de turbina a gás (10) sem exigir remoção de componentes de sistema de combustível adicionais. finalmente, algumas modalidades do atuador rotativo (60) podem compreender múltiplos laços de atuador para fornecer ajustes para duas ou mais fileiras de palhetas, de maneira independente.

Description

“CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO” Referência Cruzada Aos Pedidos Relacionados [001] Este pedido não provisório reivindica o benefício da prioridade sob 35 U.S.C § 119(e) para o Pedido de Patente Provisório norte-americano ns 62/043131, intitulado “ROTARY ACTUATOR FOR VARIABLE GEOMETRY VANES”, depositado em 28 de agosto de 2014, que está incorporado aqui em sua totalidade a título de referência.

Antecedentes da Técnica [002] As modalidades presentes se referem em geral à atuação de palhetas em um motor de turbina a gás. Mais especificamente, as presentes modalidades se referem, sem limitação, a um atuador rotativo para atuação de uma ou mais fileiras de palhetas de guiamento de um motor de turbina a gás.

[003] Em um motor de turbina a gás, o ar é pressurizado em um compressor e misturado com combustível em um combustor para gerar gases de combustão quente que escoam a jusante através de estágios de turbina. Os motores de turbina a gás geralmente possuem uma extremidade frontal e uma extremidade traseira com diversos componentes de núcleos ou de propulsão posicionados axialmente nos mesmos. Uma entrada de ar ou de admissão está localizada em uma extremidade frontal do motor. Movendo em direção à extremidade traseira, em comunicação de fluxo em série, a admissão é seguida por um compressor, uma câmara de combustão e uma turbina. Ficará prontamente aparente para aqueles versados na técnica que componentes adicionais podem estar incluídos também no motor, tal como, por exemplo, compressores de baixa pressão e de alta pressão, e motores de alta pressão e de baixa pressão. Isso, no entanto, não é uma lista exaustiva.

[004] O compressor e turbina geralmente inclui fileiras de perfis aerodinâmicos que são empilhados axialmente em estágios. Cada estágio inclui uma fileira de palhetas de estator espaçadas circunferencialmente e uma fileira de lâminas de rotor que gira ao redor de um eixo ou eixo geométrico central do motor de turbina. O compressor pode incluir uma série de perfis aerodinâmicos ajustáveis, comumente chamado de palhetas, para variar características de fluxo do ar comprimido através das lâminas do compressor. Similarmente, o motor pode incluir fileiras de palhetas ajustáveis ou estáticas, ou uma combinação desses, interespaçadas na direção axial do motor entre os perfis aerodinâmicos rotativos comumente chamados de lâminas.

[005] Um motor também tem tipicamente um primeiro eixo de alta pressão axialmente disposto ao longo de um eixo geométrico longitudinal do motor. O eixo de alta pressão se estende entre o motor de alta pressão e o compressor de ar de alta pressão, de modo que o motor forneça uma entrada rotacional para o compressor de ar para acionar as lâminas do compressor. Um segundo eixo de baixa pressão une o motor de alta pressão e o compressor de baixa pressão. O segundo eixo de baixa pressão pode também acionar um ventilador que cria impulso para uma aeronave em voo. Essa conexão com o eixo de baixa pressão pode ser direta ou indireta, por exemplo, através de uma caixa de velocidades.

[006] Em operação, ar é pressurizado em um compressor e misturado com combustível em um combustor para gerar gases de combustão quente que escoam a jusante através de estágios da turbina. Uma turbina de alta pressão primeiro recebe os gases de combustão quente a partir do combustor. Na medida em que o gás de combustão escoa a jusante através dos estágios da turbina, energia é extraída dele e a pressão do gás de combustão é reduzida. Os estágios da turbina extraem energia a partir dos gases de combustão convertendo a energia de gás de combustão para energia mecânica. Por sua vez, a turbina fornece uma entrada rotacional para o compressor de ar para acionar as lâminas do compressor. Isso alimenta o compressor durante a operação e continua subsequentemente acionando a turbina.

[007] Na área do motor da turbina de gás, os diversos estágios das palhetas são usados para fornecer as características de fluxo desejadas para o compressor e as lâminas do rotor da turbina. Algumas das palhetas podem ter uma geometria variável, o que significa que elas são atuáveis entre as posições múltiplas para ajustar o fluxo de ar no compressor e/ou na turbina. Por exemplo, na iniciação e imediatamente após isso, isso pode ser desejável para limitar o fluxo de ar no compressor de modo que as quantidades adequadas de fluxo de ar são presentes para ignição no combustor. No entanto, em condições de cruzeiro, pode ser alternativamente desejável aumentar a quantidade de fluxo de ar para o compressor e combustor uma vez que o motor esteja em uma temperatura de operação superior e esteja queimando quantidades superiores de combustível. Similarmente, uma quantidade ainda adicional de fluxo de ar pode ser desejável na iniciação.

[008] A técnica anterior usou atuação de pistão linear para o ajuste de palhetas. Os atuadores de palhetas da técnica anterior são em muitos casos integrados com o sistema de medição de combustível de modo que acessar o atuador iria primeiro exigir a remoção da unidade de medição de combustível. Adicionalmente, com um atuador de pistão, a extensão do pistão resulta na exposição do pistão que deve contar com um lacre de pistão para inibir a contaminação do atuador. Ademais, os atuadores de pistão foram organizados tipicamente com um único atuador para estágios múltiplos. Portanto, a atuação de estágios independente é mais complicada.

[009] Conforme pode ser visto pelo citado acima, seria desejável aperfeiçoar essas funções e estruturas dentro dos componentes do motor de turbina a gás.

[010] As informações incluídas na seção Antecedentes do relatório descritivo, incluindo qualquer referência citada aqui e qualquer descrição ou discussão desse, é incluído para fins de referência técnica somente e não deve ser considerado o objeto pelo qual o escopo das modalidades imediatas deve estar vinculado.

Sumário [011] De acordo com os aspectos das presentes modalidades, um atuador rotativo para controle de palhetas de geometria variável é provido. O atuador é rotativo de modo que os componentes operacionais são internalizados para proteger o combustível de tal contaminação. O atuador rotativo é separado da unidade de medição de combustível de modo que o atuador rotativo seja removido a partir do motor de turbina a gás sem requer a remoção da unidade de medição de combustível. Finalmente, algumas modalidades do atuador rotativo podem compreender múltiplos laços de atuador para fornecer ajuste para duas ou mais fileiras de palhetas, independentemente.

[012] De acordo com algumas modalidades, um conjunto de atuador de geometria variável rotativa (VG) pelo menos para um estágio de palhetas dentro de um motor de turbina a gás compreende pelo menos um laço de atuador que tem pelo menos uma primeira porta de controle de combustível e pelo menos uma segunda porta de controle de combustível para comunicação fluida com pelo menos um suprimento de combustível. Pelo menos um primeiro laço de atuador pode ter uma pluralidade de dutos de fluidos, um rotor e pelo menos um primeiro invólucro em comunicação fluida com pelo menos uma primeira porta de controle de combustível e pelo menos uma segunda porta de controle de combustível. O invólucro pode ter um movimento rotativo acionado por combustível tanto em uma primeira direção quanto em uma segunda direção. Uma primeira ligação de atuador pode estar conectada operacionalmente ao primeiro laço de atuador, em que o combustível desenvolve uma pressão diferencial ao longo de pelo menos um primeiro laço de atuador para acionar o invólucro e atuar pelo menos um estágio de palhetas.

[013] Este Sumário é fornecido para introduzir uma seleção de conceitos de uma forma simplificada que seja ainda descrita abaixo na Descrição Detalhada. Este Sumário não pretende identificar aspectos chave ou aspectos essenciais do objeto reivindicado, não é destinado a ser usado para limitar o escopo do objeto reivindicado. Todos os aspectos delimitados acima devem ser entendidos como exemplificativos somente e muitos aspectos e objetivos do atuador rotativo para controle de palhetas de geometria variável pode ser adquirido a partir da revelação aqui. Portanto, nenhuma interpretação limitativa deste Sumário deve ser entendida sem a leitura adicional da totalidade do relatório descritivo, das reivindicações e dos desenhos incluídos aqui. Uma apresentação mais extensiva de aspectos, detalhes, utilidades e vantagens da presente invenção é provida na descrição escrita a seguir de diversas modalidades da invenção, ilustrada nos desenhos anexos, e definido nas reivindicações anexas.

Breve Descrição das Ilustrações [014] Os aspectos e vantagens acima mencionados e outras dessas modalidades exemplificativas, e a maneira de obtê-los, se tornará mais aparente e o atuador rotativo para controle de palhetas de geometria variável será melhor entendido por referência à descrição a seguir das modalidades tomadas em conjunto com os desenhos anexos, em que: - a Figura 1 é uma vista em corte transversal de um motor de turbina a gás em que um atuador rotativo para controle de palhetas de geometria variável pode ser utilizado; - a Figura 2 é uma vista em corte de um compressor exemplificativo que tem estágios múltiplos de palhetas e de lâminas; - a Figura 3 é uma vista em perspectiva de estágios de palhetas múltiplas conectados operacionalmente a um atuador rotativo exemplo; - a Figura 4 é uma vista de seção de extremidade de um atuador rotativo que inclui uma ligação que conecta o atuador rotativo e um estágio de palhetas; - a Figura 5 é um diagrama esquemático de corpo livre representando o movimento rotativo e linear que ocorre para mover as palhetas; - a Figura 6 é uma vista em corte transversal axial de uma modalidade de atuador rotativo para controle de palhetas de geometria variável montada em uma unidade de linha removível; e - a Figura 7 é uma segunda modalidade de uma vista em corte transversal axial de uma modalidade em que dois atuadores rotativos são montados como um conjunto único montado em uma unidade de linha removível.

Descrição Detalhada [015] Será feita agora referência em detalhe a modalidades providas, um ou mais exemplos dos quais são ilustrados nos desenhos. Cada exemplo é provido por meio de explicação, não limitativo das modalidades reveladas. De fato, ficará aparente para aqueles versados na técnica que diversas modificações e variações podem ser feitas nas presentes modalidades sem de se afastar do escopo ou espírito da revelação. Por exemplo, aspectos ilustrados ou descritos como parte de uma modalidade podem ser usados com outra modalidade para ainda produzir modalidades adicionais. Então, é pretendido que a presente revelação abranja ditas modificações e variações na medida em que chega dentro do escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.

[016] Com referência às Figuras 1 a 7, são providas diversas modalidades de um conjunto de atuador rotativo para palhetas de geometria variável. Ο conjunto de atuador rotativo provê uma unidade de hardware independente que pode ser removida a partir do motor de turbina a gás sem exigir remoção adicional de componentes de sistema de combustível. O atuador rotativo ainda provê hardware internalizado que inibe contaminação durante a operação do atuador. Um ou mais atuadores podem ser formados em um único conjunto para atuar uma ou mais fileiras de palhetas em uníssono ou independentemente. Finalmente, o atuador pode prover torque igual em duas direções de movimento rotativo que seja difícil de alcançar.

[017] Com referência inicialmente à Figura 1, uma vista de seção lateral esquemática de um motor de turbina a gás 10 é mostrado tendo uma extremidade de entrada de motor 12 a partir do qual ar entra no núcleo do propulsor 13 que é definido geralmente por um compressor de alta pressão 14, um combustor 16 e uma turbina de alta pressão de múltiplos estágios 20. Coletivamente, o núcleo do propulsor 13 provê potência durante a operação. Apesar de o motor de turbina a gás 10 ser mostrado em uma modalidade de aviação, dito exemplo, não deve ser considerado como limitativo na medida em que o motor de turbina a gás 10 pode ser usado para aviação, geração de energia, industrial, marítimo ou similares.

[018] O motor de turbina a gás 10 é axissimétrico ao redor do eixo geométrico do motor 26 de modo que diversos componentes do motor giram ao redor dele. Um eixo de alta pressão axissimétrico 24 se estende entre uma extremidade frontal e uma extremidade traseira do motor de turbina a gás 10 e é rotatoriamente sustentado por rolamentos ao longo da extensão axial da estrutura do eixo. O eixo de alta pressão 24 gira ao redor de um eixo geométrico do motor 26 do motor de turbina a gás 10. O eixo de alta pressão 24 pode ser oco para permitir a rotação de um eixo de baixa pressão 28 nele e independente da rotação do eixo de alta pressão 24. O eixo de baixa pressão 28 também pode girar ao redor do eixo geométrico do motor 26 do motor e se estende entre uma turbina de baixa pressão 21 e um compressor de baixa pressão 17. Durante a operação, os eixos de alta e de baixa pressão 24, 28 giram juntamente com outras estruturas conectadas a eixos tal como conjuntos de rotor de turbinas de alta e de baixa pressão 20, 21 e os compressores de alta e de baixa pressão 14, 17 a fim de criar energia para diversos tipos de operações.

[019] Em operação, o fluxo de ar primário 27 entra através da extremidade de entrada do motor 12 do motor de turbina a gás 10 e separa definindo qualquer um dos dois fluxos. Em um percurso, um fluxo de ar de by-pass 29 se move exterior ao núcleo de propulsor 13, por exemplo, para prover impulso de modalidades de aviação. Alternativamente, uma parte menor de fluxo de ar primário 27 define um fluxo de ar 25 em que o ar se move através pelo menos de um estágio de compressão de modo que a pressão de ar seja aumentada e direcionada para o combustor 16. O ar comprimido é misturado com combustível e queimado provendo o gás de combustão quente que sai do combustor 16 no sentido da turbina de alta pressão 20. A turbina de alta pressão 20, a energia é extraída a partir do gás de combustão quente que causa rotação de um rotor e lâminas de turbina que por sua vez causam a rotação de um eixo de alta pressão 24. O eixo de alta pressão 24 se estende para frente no sentido da frente do motor de turbina a gás 10 para continuar a rotação das lâminas de um ou mais estágios do compressor de alta pressão 14. A turbina de baixa pressão 21 pode ser utilizado também para extrair ainda energia e acionar um ou mais estágios de um compressor de baixa pressão 17. Um ventilador 18 é conectado pelo eixo de baixa pressão 28 até a turbina de baixa pressão 21 e o compressor de baixa pressão 17 para criar impulso para o motor da turbina a gás 10. Essa conexão pode ser uma conexão direta ou indireta através de uma caixa de velocidades ou de outra transmissão. O ar pressurizado pode ser usado para auxiliar em componentes de resfriamento do motor de turbina a gás 10 também.

[020] Com referência agora à Figura 2, é mostrada uma seção transversal axial de um compressor de alta pressão exemplificativo 14. As fileiras ou estágios de palhetas e lâminas estão concentricamente localizadas ao redor do eixo geométrico do motor 26 (Figura 1) do motor de turbina a gás 10. Na extremidade frontal do compressor de alta pressão 14, o fluxo de ar 25 primeiro se engata em uma comunicação de fluxo em série na fileira 32 de palhetas de guiamento de entrada 33, seguido por uma primeira fileira 34 de lâminas 35, uma fileira 36 de palhetas de primeiro estágio 37, uma segunda fileira 38 de lâminas 39, uma fileira 40 de palhetas de segundo estágios 41 e uma terceira 42 de lâminas 43. As palhetas 33, 37, 41 são chamados como as palhetas de geometria variável devido à sua capacidade de rodar ou de girar em relação ao fluxo de ar 25 e, portanto, mudar a geometria vista pelo fluxo de ar 25.

[021] Lâminas individuais são carregadas em fendas ou sulcos axialmente orientados substancialmente formados no rotor 44. Por exemplo, com relação à primeira fileira 34 de lâminas 35, cada lâmina 35 pode ser retida nas fendas ou sulcos a fim de prevenir qualquer movimento radial ou axial das lâminas 35 durante a operação do compressor de alta pressão 14. Por exemplo, montagens de rabo de andorinha nas lâminas e fendas de rabo de andorinha complementares no rotor 44 podem servir para prevenir o movimento radial das lâminas. Alternativamente, as lâminas podem ser integralmente formadas com discos em um arranjo chamado na indústria como discos. As lâminas de compressor podem ser forjadas a partir de superligas tal como uma liga com base em níquel, no entanto, esse é um exemplo não limitativo como outros materiais podem ser usados.

[022] Em lados frontais e traseiros das fileiras 34, 38, 42 das lâminas 35, 39 e 43 estão as fileiras 32, 36, 40 de palhetas de geometria variável 33, 37, 41. Fluxo de ar 25 se move serialmente através de palhetas de guiamento de entrada 33, a primeira fileira 34 de lâminas 35, as palhetas de guiamento de primeiro estágio 37, segundas fileiras 38 de lâminas 39, palhetas de segundo estágio 41 e terceira fileira 42 de lâminas 43 e assim por diante. As fileiras 32, 36, 40 são definidas por palhetas de guiamento 33, 37, 41 respectivamente. Cada uma das fileiras 32, 36,3 40 se estende circunferencialmente ao redor do motor de turbina a gás 10.

[023] A palhetas 33, 37, 41 são montadas de forma giratória dentro do compressor de alta pressão 14 de modo que cada uma das palhetas 33, 37, 41 pode girar ao redor de um eixo geométrico conforme mostrado em linha quebrada que se estende radialmente a partir de dentro do motor de turbina a gás 10. Os eixos geométricos podem ser alternativamente em um ângulo em um eixo geométrico puramente radial. As montagens giratórias 46, 48 das palhetas exemplificativas 33, 37, 41 são localizadas nas extremidades internas e externas radialmente das palhetas 33, 37, 41. A montagem giratória permite que a geometria variável das fileiras 32, 36, 40 de palhetas 33, 37, 41. É desejável que a geometria de palhetas seja ajustável ou variável para variar em qualquer um ou nas duas taxas de fluxo ou de volume de fluxo do fluxo de ar 25 que se move através do núcleo do propulsor 13. Por exemplo, em algumas condições operacionais, pode ser desejável para limitar fluxo de ar através do núcleo propulsor 13, por exemplo, na iniciação, de modo que não introduza ar demais ao combustor 16 (FIG. 1) causando uma condição sem chamas. Similarmente, em voo se um motor de turbina a gás 10 se apagar e precisar ser reiniciado, pode ser desejável limitar o fluxo de ar 25 para o combustor 16 (FIG. 1) para permitir a reiniciação e inibir que a chama se apague. Alternativamente, uma vez que o motor de turbina a gás 10 seja aquecido para operar a temperatura ou em condição de cruzeiro, fluxo de ar 25 superior pode ser desejável. Ainda adicionalmente, na condição de decolagem. um fluxo de ar 25 ainda maior pode ser desejável. Um meio de controlar o escoamento do fluxo de ar 25 para o combustor 16 e através do o compressor de alta pressão 14 é ajustar as posições das palhetas 33, 37, 41. Ademais, pode ser desejável ajustar a taxa de fluxo através do compressor de alta pressão 14 e isso pode ser controlado com ajuste das palhetas 33, 37, 41. O ajuste de posição é pivotante ao redor dos eixos geométricos que se estendem a partir da extremidade externa radial até a extremidade interna radial de cada uma das palhetas 33, 37, 41.

[024] Em extremidades radialmente externas das palhetas 33, 37, 41 estão os conjuntos giratórios 46 que fornecem, em parte, o movimento giratório das palhetas. Se estendendo a partir dos conjuntos 46 estão os braços 52 que se conectam com um anel de uníssono 50. O anel de uníssono 50 se move circunferencialmente, para dentro ou para fora da figura retratada, causando movimento dos braços 52. Em uma primeira extremidade do braço 52, no anel de uníssono 50, o braço 52 translada. Na extremidade oposta, o braço 52 gira com relação às palhetas 33, 37, 41. Então, cada braço 52 é conectado a uma palheta 33, 37, 41 para girar as palhetas por meio de movimento do anel de uníssono 50. Essa capacidade de ajuste das palhetas 33, 37, 41 fornece a geometria variável.

[025] Com referência agora à Figura 3, uma vista em perspectiva de um conjunto de atuador rotativo 60 é mostrado combinado com partes da fileira 32 das palhetas de guiamento de entrada 33, a fileira 36 das palhetas de primeiro estágio 37, e a fileira 40 das palhetas de segundo estágio 41. Adjacente a cada das fileiras 32, 36, 40 está o anel de uníssono 50, cada um dos quais se estende circunferencialmente ao redor do eixo geométrico do motor 26 (Figura 1). O anel de uníssono 50 recebe o movimento de entrada a partir do conjunto de atuador rotativo 60 e causa o movimento das fileiras 32, 36, 40 das palhetas 33, 37, 41. Cada anel de uníssono 50 está conectado por pelo menos uma ligação de atuador 62 ao conjunto de atuador rotativo 60. O conjunto de atuador rotativo 60 move a ligação de atuador 62 causando o movimento do anel de uníssono 50. Por sua vez, a translação do anel de uníssono 50 causa a translação de uma extremidade dos braços 52 conectado ao anel de uníssono 50 e o movimento rotacional da extremidade oposta dos braços 52 nas palhetas 33, 37, 41. Isso ainda cria a rotação das palhetas 33, 37, 41. A ligação 62 pode ser definida por uma estrutura ou estruturas múltiplas para conectar o invólucro rotativo 64 com o anel de uníssono 50. A ligação 62 exemplificativa inclui ilhós nas extremidades para se conectar aos engates correspondentes do invólucro rotativo 64 e o anel de uníssono 50. No entanto, isso não é limitativo na medida em que outras estruturas de conexão podem ser utilizadas.

[026] O conjunto de atuador rotativo 60 inclui pelo menos um invólucro rotativo 64. Na modalidade exemplificativa, dois invólucros rotativos 64 são mostrados. O invólucro rotativo 64 inclui pelo menos um engate 66, que se conecta à ligação de atuador 62. Nas modalidades exemplificativas, o conjunto de atuador rotativo 60 pode incluir um ou mais invólucros 64 que giram para controlar uma ou mais fileiras 32, 36, 40 de palhetas. Cada invólucro rotativo 64 pode corresponder a uma ou mais fileiras de palhetas. As fileiras 32, 36, 40 podem ser controladas de maneira independente a distância e da direção nas modalidades em que duas ou mais fileiras são controladas, ou elas podem ser controladas na mesma distância e direção. Por exemplo, engates múltiplos 66 podem ser posicionados em um invólucro rotativo 64 ou em múltiplos invólucro rotativos 64.

[027] Pelo menos um invólucro rotativo 64 está conectado operativamente a um conjunto de eixos 68 de modo que um eixo 65 se estende através do invólucro rotativo 64 e no conjunto de eixos 68. O eixo 65 é fixado de modo que o invólucro rotativo 64 gira ao redor do eixo 65. Quando o invólucro rotativo 64 gira, o engate 66 se move com o invólucro rotativo 64 para causar a rotação das fileiras 32, 36, 40 das palhetas 33, 37, 41, conforme descrito anteriormente. Conforme também observado nessa figura, a rotação do invólucro rotativo 64 não é coaxial com a rotação das palhetas 33, 37, 41. Por exemplo, a rotação de invólucro rotativos 64 é em relação a um eixo geométrico que é paralelo ao eixo geométrico do motor 26. No entanto, o eixo geométrico ao redor do qual as palhetas 33, 37, 41 giram se estendem radialmente ou em um ângulo até uma direção puramente radial. O conjunto do eixo 68 pode ainda compreender um conjunto 72, 74 que está conectado com uma estrutura fixa e inibe a rotação do conjunto do eixo 68. Um ou mais conjuntos adicionais 72, 74 podem ser providos.

[028] O conjunto de atuador rotativo 60 também compreende uma pluralidade de portas de controle 75, 77 que recebem combustível, ou outros fluidos hidráulicos, a partir de linhas de combustível Fi, F2. As linhas de combustível Fi, F2 estão em comunicação fluida com uma unidade de medição remota de combustível (FMU) ou outro dito suprimento de combustível que é separado do conjunto de atuador rotativo 60. As modalidades imediatas podem utilizar combustível para acionar o conjunto de atuador rotativo 60 e serão descritos como tal para clareza, no entanto outros fluidos podem ser usados. Na medida em que as portas de controle 75, 77 recebem entrada de combustível e passam a saída de combustível, o combustível passa através de diversas câmaras, tubos, dutos ou de alguma maneira passagens, a fim de mover combustível a partir das portas de controle 75, 77 até o interior do invólucro rotativo 64. As portas de controle 75, 77 podem estar localizadas em diversas localizações do conjunto de atuador rotativo 60. Por exemplo, as portas 75, 77 podem estar localizadas conforme mostrado na Figura 3 nas extremidades axiais do conjunto de atuador rotativo 60 ou alternativamente, podem estar localizadas em outras posições. Por exemplo, com breve referência à Figura 6, as portas 75, 77 estão esquematicamente representadas ao longo da extensão do conjunto de atuador rotativo 60, porém não nas extremidades axiais, se estendem em uma direção radial relativa ao conjunto de atuador rotativo 60. O combustível é fornecido com comunicação fluida a partir de uma válvula servo eletro-hidráulica (EHSV) (não mostrada). A EHSV direciona uma quantidade de combustível a partir da unidade de medição de combustível ao conjunto de atuador rotativo 60 para a rotação do invólucro rotativo 64 para ajustar as palhetas 33, 37, 41.

[029] Com referência agora à Figura 4, uma vista esquemática em corte do conjunto de atuador rotativo 60 que revela um interior do invólucro rotativo 64. Dentro do invólucro rotativo 64 é pelo menos um rotor 78, que está conectado ao invólucro rotativo 64. Na modalidade exemplificativa, dois rotores 78 são mostrados cada um tendo duas superfícies 79, 81. Cada superfície 79, 81 tem uma área de superfície equivalente de modo que a força sobre qualquer uma das superfícies provês torque equivalente em qualquer uma das direções. Na medida em que o combustível se move através do conjunto de atuador rotativo 60, o combustível entra no invólucro rotativo 64 a partir das câmaras, tubos, dutos, ou de outras passagens, se engatam aos rotores 78 e causam a rotação do invólucro rotativo 64.

[030] Na vista em corte, o rotor 78 recebe rotação causada por combustível do rotor 78 e o invólucro rotativo 64. O invólucro rotativo 64 pode incluir pelo menos duas portas interiores para receber combustível no invólucro rotativo 64 e pelo menos uma para combustível de saída a partir do invólucro rotativo 64. Pelo menos duas portas interiores podem ser direcionadas em direções diferentes a fim de causar a rotação em duas direções opostas conforme mostrado por setas 80, 82. Também são mostradas na figura rótulos H, L que representam altas e baixas pressões. Ao girar o invólucro rotativo 64 na direção 80, a alta pressão dos combustíveis é aplicada sobre as superfícies 81 dos rotores 78 mais próximos dos Hs. Ao girar o invólucro rotativo 64 na direção oposta 82, a alta pressão combustível estará se acoplando às superfícies opostas 79 de rotores 78.

[031] Conforme mostrado na Figura 4, as primeira e segunda portas interiores 75, 77 (Figura 3) direcionam combustível para o invólucro rotativo 64 através de dutos 83, 85. O primeiro duto 83 dirige combustível para causar pressões H superiores sobre a superfície 81 dos rotores 78 e a rotação em uma primeira direção, por exemplo, na direção 80 conforme mostrado. Uma pressão diferencial é criada através de cada rotor 78 de modo que uma baixa pressão L se desenvolve no lado oposto de cada rotor 78 adjacente à superfície 79. Isso causa o movimento dos rotores 78 e por sua vez o invólucro 64. Alternativamente (não mostrada), o segundo duto 85 pode direcionar combustível para causar pressão superior sobre a superfície oposta 79 dos rotores 78 para girar os rotores 78 na direção oposta, por exemplo, na direção 82.

[032] O combustível pode ser transportado através do eixo 65 através de um ou mais dutos formados nele. Alternativamente, o combustível pode ser movido através de dutos ou tubos dentro do invólucro rotativo 64, porém não dentro do eixo 65. Ainda em uma modalidade adicional, o combustível pode ser movido através dos tubos ou dutos exteriores ao invólucro rotativo 64 e se move para dentro do invólucro rotativo 64 na mesma localização através de ou adjacente ao invólucro rotativo 64. Em outras palavras, a canalização do combustível pode ser através do eixo 65 ou através de outras rotas e não deve ser considerado limitativo às modalidades retratadas.

[033] Em operação, um fluxo de combustível é comandado, por exemplo, a partir do controle de motor digital de competência total (FADEC) (Figura 4) ou um sistema de controle suplementar em comunicação com o FADEC e também em comunicação com o ESHV para fornecer fluxo de combustível para o conjunto de atuador rotativo 60. O combustível é então direcionado para um ou para o outro lado do eixo 65. Isso cria uma força sobre os pares de superfícies 79 ou os pares de superfícies 81 causam rotação na direção 82 ou na direção 80, respectivamente. O invólucro rotativo 64 e os rotores 78 a seguir se movem para a localização desejada causando a atuação desejada de uma ou mais fileiras de palhetas 32, 36, 40. A pressão do combustível se equaliza uma vez que a posição desejada do invólucro rotativo 64 seja alcançada e o sensor de posição de rotação 86 confirma a posição do invólucro rotativo 64.

[034] Conforme mostrado na vista da Figura 4, o engate 66 se estende a partir do invólucro rotativo 64. O invólucro rotativo 64 fornece um arranjo de modo que todos os componentes que causam o movimento do engate 66 sejam internalizados. Ao contrário dos atuadores lineares da técnica anterior, o conjunto de atuador rotativo 60 inibe a contaminação do combustível e os componentes de atuação, tais como pistões ou atuadores lineares rotativos, por exemplo, hastes roscadas, quando esses dispositivos estão em posições estendidas. As modalidades presentes mantêm os componentes, tal como rotores 78.

[035] Adicionalmente, os rotores 78 têm área de superfície igual em cada superfície 79, 81 que age de acordo com o combustível pressurizado. Consequentemente, os rotores 78 preveem que o torque igual pode ser empregado em qualquer uma das direções 80, 82. Conforme discutido anteriormente, com pistões e cabeças, uma área de superfície da cabeça do pistão é totalmente exposta ao combustível. No entanto, o lado oposto tem uma área de superfície exposta menor devido à área de superfície coberta pela área transversal do pistão. Alternativamente, as modalidades imediatas fornecem áreas de superfície equivalentes ao combustível que provê torque igual em qualquer direção sem compensar de outras maneiras.

[036] O conjunto de atuador rotativo 60 também compreende um sensor de posição de rotação 86. O sensor de posição de rotação 86 pode ser um transdutor de tensão rotativo de canal único ou de canal múltiplo que fornece leituras, por exemplo, uma tensão de saída, que depende da posição do invólucro rotativo 64 durante a rotação do invólucro rotativo 64. O sensor de posição de rotação 86 pode fornecer informações ou sinal de retorno para um controle de motor digital de competência total (FADEC) ou outro controlador de voo de modo que quando um ajuste é feito na posição da palheta, o laço de retorno fornece informações para o computador para verificação da posição das palhetas, com base na posição do invólucro rotativo 64.

[037] Com referência agora à Figura 5, um diagrama de corpo livre é mostrado para retratar o movimento simplificado do conjunto de atuador rotativo 60. A figura também retrata múltiplas setas de cabeça dupla que correspondem ao movimento dos componentes adjacentes às setas. O conjunto de atuador rotativo 60 fornece um movimento rotativo do invólucro rotativo 64 mostrado com a seta de cabeça dupla adjacente curvada. Na medida em que o engate 66 se move em um movimento parcialmente circular, a ligação de atuador 62 translada linearmente conforme mostrado pela seta de cabeça dupla adjacente. O movimento ou a translação da ligação de atuador 62 move o anel de uníssono 50 circunferencialmente, conforme mostrado com uma seta de cabeça dupla, que é convertida subsequentemente para um movimento de rotação das palhetas 33, 37, 41. A rotação das palhetas 33, 37, 41 é mostrada por uma seta de cabeça dupla que se estende ao redor do eixo geométrico do conjunto 46. No diagrama retratado, o invólucro rotativo 64 é mostrado e é fixado em uma ou mais localizações. A ligação de atuador 62 se estende a partir do invólucro rotativo 64 até o anel de uníssono 50. O anel de uníssono 50 inclui um engate de anel 51 ou outra conexão para conectar a ligação de atuador 62. O anel de uníssono 50 está conectado pelo braço 52 a uma palheta exemplificativa. O movimento rotativo do invólucro rotativo 64 é convertido para translação linear da ligação de atuador 62 e subsequente rotação das palhetas 33, 37, 41.

[038] Com referência agora ã Figura 6, uma vista da seção axial de uma modalidade de um conjunto de atuador rotativo 60 é mostrada. Nessa modalidade, um laço de atuação único é fornecido, o qual compreende um invólucro rotativo 64, para criar o movimento de rotação. O eixo 65 é fixado e os rolamentos 67 são providos para permitir que o invólucro rotativo 64 gire em relação ao eixo fixo 65. Os lacres 69 podem estar localizados nas extremidades axiais do invólucro rotativo 64 para inibir derrame de combustível a partir do invólucro rotativo 64 ao longo do eixo 65. As portas de controle 75, 77 fornecem a entrada e saída de combustível em relação ao conjunto de atuador rotativo 60. O combustível pode passar a partir das portas de controle 75, 77 de uma variedade de maneiras, tal como tubos, dutos, câmaras ou outras passagens 83, 85 para dentro do invólucro rotativo 64 para engatar rotores 78 e causar a rotação do invólucro rotativo 64 ao redor do eixo 65. Após causar a rotação do invólucro rotativo 64, o combustível sai através das outras portas de controle 75, 77. Uma pessoa versada na técnica irá reconhecer que as duas portas de controle 75, 77 podem ser entradas e saídas nas linhas de combustível Fi, F2 e a direção do fluxo de combustível depende do movimento desejado do invólucro rotativo 64. Um engate 66 é mostrado para movimento de uma fileira de palhetas, por exemplo, fileira 32. No entanto, dois ou mais engates podem ser fornecidos para controlar duas ou mais fileiras de palhetas.

[039] Em uma extremidade do eixo 65, é encontrado o sensor de posição de rotação 86. O sensor de posição de rotação 86 é mostrado tendo ligações que fornecem informações de retorno para um FADEC ou outro sistema de controle de voo.

[040] Com referência agora à Figura 7, uma segunda modalidade é fornecida em que um conjunto de atuador rotativo 160 pode fornecer entrada para duas ou mais fileiras de palhetas. Nessa modalidade, ao contrário da modalidade anterior, o conjunto de atuador rotativo 160 inclui dois laços de atuação que compreendem dois ou mais invólucros 164, 194 para fornecer movimento para duas ou mais fileiras de palhetas. Por exemplo, na modalidade retratada, dois engates 166, 168 são fornecidos para criar movimento de duas fileiras de palhetas. Adicionalmente, e diferente da modalidade anterior, essa modalidade provê movimento independente de duas fileiras de palhetas. Por exemplo, um engate 166 pode controlar a fileira 32 de palhetas de guiamento de entrada 33 enquanto o segundo engate 168 pode controlar fileira 36 das palhetas de primeiro estágio 37.

[041] De acordo com a modalidade imediata, um primeiro eixo 165 se estende entre um conjunto mediano 173 e um primeiro conjunto 172. Um segundo eixo 171 se estende a partir do conjunto mediano 173 até um segundo conjunto 174. Os primeiro e segundo conjuntos e o mediano 172, 173, 174 são todos fixados em uma estrutura estática, por exemplo, o invólucro do motor 15 (Figura 4). Os eixos 165, 171 são fixados dentro dos conjuntos 172, 173, 174, e, portanto, enquanto dois eixos 165, 171 estão retratados, um eixo 165, 171 pode ser utilizado para os dois invólucros 164, 194 de acordo com as modalidades alternadas. Ademais, as modalidades alternadas podem incluir modalidades em que um ou mais eixos 165, 171 giram com os invólucros 164, 194.

[042] Ademais, como com as modalidades anteriores, os invólucros 164, 194 compreendem cada rolamento 167 que permite a rotação dos invólucros 164, 194 em relação aos eixos fixos 165, 171. Os invólucros 164, 194 também compreendem lacres 169 para inibir vazamento de combustível a partir do interior dos invólucros 164, 169. Os lacres 169 não expostos para estender e retrair os eixos, que podem puxar de volta contaminantes para os invólucros 164, 194. Nos atuadores lineares da técnica anterior, a extensão do pistão expõe o pistão a contaminantes e a retração do pistão pode puxar contaminantes para dentro do atuador se houver qualquer falha de um lacre. Como resultado da modalidade imediata, existe menos oportunidade de desgaste devido aos contaminantes e menos probabilidade de contaminação interna do atuador.

[043] Cada invólucro 164, 194 é mostrado com um engate 166, 168. Em algumas modalidades, cada invólucro 164, 169 pode ter um engate 166, 168 ou pode ter mais do que um engate 166, 168. Por exemplo, na modalidade mostrada na Figura 3, um invólucro rotativo 64 pode controlar a fileira 32 de palhetas de guiamento de entrada 33 enquanto o segundo invólucro rotativo 64 pode controlar fileiras 36, 40 de palhetas de primeiro estágio 37 e palhetas de segundo estágio 41. A fim de prover a dita funcionalidade, dois ou mais engates 166, 168 localizados em um invólucro, por exemplo, invólucro 194, pode precisar ser afastado na direção axial do motor. As variações desse arranjo não limitativo estão também dentro do escopo das modalidades imediatas.

[044] Ademais, nas extremidades dos eixos 165, 171, os conjuntos adjacentes 172, 174 são sensores de posição 186, 187. Os sensores de posição 186, 187 conforme descrito anteriormente, monitoram a posição do invólucro e fornecem um retorno para um controlador para confirmar a posição dos invólucros 164, 194, e, portanto, a posição angular das palhetas. O retorno pode ser provido para um FADEC ou para outro controlador que se comunique com o FADEC.

[045] As portas de controle 175, 177 estão localizadas ao longo do conjunto de atuador rotativo 160 para fornecer combustível para os invólucros 164, 194, e causar a rotação do mesmo. As portas de controle 175, 177 estão em comunicação fluida com os dutos 183, 185 para engatar nos rotores dentro dos invólucros 164, 194 e causar o movimento arqueado desejado.

[046] Ademais, embora múltiplas modalidades inventivas tenham sido descritas e ilustradas aqui, aqueles de habilidade comum na técnica irão vislumbrar prontamente uma variedade de outros meios e/ou estruturas para realizar a função e/ou obter os resultados e/ou uma ou mais das vantagens descritas aqui, e cada uma das ditas variações e/ou modificações deve estar dentro do escopo do invento das modalidades descritas aqui. Mais geralmente, aqueles versados na técnica irão prontamente apreciar que todos os parâmetros, dimensões, materiais e configurações descritas aqui são pretendidas para serem exemplificativa e que os parâmetros reais, dimensões, materiais e/ou configurações irão depender das aplicações ou aplicação específica para os quais os ensinamentos inventivos é/são usados. Aqueles versados na técnica irão reconhecer, ou serão capazes de verificar utilizando não mais do que experimentações de rotina, muitos equivalentes às modalidades inventivas específicas descritas aqui. Portanto, deve ser entendido que as modalidades a seguir estão apresentadas a título de exemplo somente e que, dentro do escopo das reivindicações anexas e equivalentes deles, as modalidades inventivas podem ser praticadas de alguma forma diferente do que especificamente descrito e reivindicado. As modalidades inventivas da presente revelação são direcionadas para cada aspecto individual, sistema, artigo, material, kit e/ou método descrito aqui. Além disso, qualquer combinação de dois ou mais de dois aspectos, sistemas, artigos, materiais, kits, e/ou métodos, se os ditos aspectos, sistemas, artigos, materiais, kits, e/ou métodos não são mutuamente inconsistentes, está incluída dentro do escopo inventivo da presente revelação.

[047] Os exemplos são usados para revelar as modalidades. incluindo ο melhor modo, e também para permitir que qualquer pessoa versada na técnica experimente o aparelho e/ou método, incluindo fazer e utilizar quaisquer dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. Esses exemplos são não pretendidos para serem exaustivos ou para limitar a revelação ãs etapas e/ou formas precisas reveladas, e muitas modificações e variações são possíveis em virtude dos ensinamentos acima. Os aspectos descritos aqui podem ser combinados em qualquer combinação. As etapas de um método descritas aqui podem ser realizadas em qualquer sequência que seja fisicamente possível.

[048] Todas as definições, conforme definido e usado aqui, devem ser entendidas como prevalecendo sobre as definições de dicionário, definições em documentos incorporados a título de referência e/ou significados comuns dos termos definidos. Os artigos indefinidos “um” e “uma”, conforme usado aqui no relatório descritivo e nas reivindicações, a menos que claramente indicado em contrário, devem ser entendidos como significando “pelo menos um”. A expressão “e/ou”, conforme usado aqui no relatório descritivo e nas reivindicações, deve ser entendida como significando “qualquer um ou os dois” dos elementos assim em conjunto, isto é, elementos que estão conjuntivamente presentes em alguns casos e presentes disjuntivamente presentes em outros casos.

[049] Deve ser entendido também que, a menos que claramente indicado em contrário, em quaisquer métodos reivindicados aqui que incluem mais do que uma etapa ou ato, a ordem das etapas ou atos do método não está necessariamente limitada à ordem na qual as etapas ou atos do método são expressas.

Reivindicações

Claims (16)

1. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), para, pelo menos, um estágio de palhetas (33, 37, 41) dentro de um motor de turbina a gás (10), caracterizado pelo fato de que compreende: - pelo menos um laço de atuador que tem pelo menos uma primeira porta de controle de combustível (75, 77) e pelo menos uma segunda porta de controle de combustível (77, 75) para comunicação fluida com pelo menos um suprimento de combustível (Fi, Fg); - pelo menos um dito primeiro laço de atuador que tem um rotor (44, 78) e pelo menos um primeiro invólucro (64), dito invólucro (64) que tem movimento rotativo acionado por combustível em qualquer um dentre o primeiro sentido ou um segundo sentido (80, 82); uma primeira ligação do atuador (62) conectado operacionalmente ao dito primeiro laço de atuador; - em que o dito combustível desenvolve uma pressão diferencial através de pelo menos um dito primeiro laço de atuador para acionar o dito invólucro (64) e atuar pelo menos um dito estágio de palhetas (33, 37, 41).

2. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito conjunto de atuador (60) é montado em um sentido axial do motor.

3. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um segundo invólucro (64).

4. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um dito estágio de palhetas (33, 37, 41) tem estágios de palhetas múltiplos que são controlados independentemente pelo dito primeiro invólucro (64) e pelo dito segundo invólucro (64).

5. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que um dos ditos primeiros invólucros (64) e o dito segundo invólucro (64) causa movimento de palhetas de guiamento de entrada (33) e o outro do dito primeiro e segundo invólucros (64) causam o movimento de pelo menos uma das primeira e segunda palhetas de guiamento de estágio (37, 41).

6. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro invólucro (64) e o dito segundo invólucro (64) têm um percurso arqueado de movimento.

7. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um primeiro sensor de posição rotacional.

8. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro sensor de posição rotacional de transdutor de tensão oferece retorno para um controlador de motor digital com competência total (FADEC).

9. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro sensor de posição rotacional de transdutor de tensão oferece retorno de posição para o dito invólucro (64).

10. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita primeira ligação de atuador (62) é móvel em uma primeira direção de translação (80) e uma segunda direção de translação (82) com rotação do dito invólucro (64).

11. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o movimento do dito primeiro invólucro (64) na dita primeira direção (80) e a dita segunda direção (82) fornece torque substancialmente igual.

12. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiro e segundo invólucros (64) se movem externamente ao dito conjunto de atuador rotativo (60).

13. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito invólucro (64) reduz a contaminação do combustível.

14. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um engate (66) conectado a cada um dos ditos primeiro e segundos invólucros (64).

15. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos estágios múltiplos de palhetas (33, 37, 41) estão localizados dentro de um compressor (14, 17).

16. CONJUNTO DE ATUADOR ROTATIVO (60), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro invólucro (64) do dito primeiro laço de atuador gira e um segundo invólucro (64) de um segundo laço de atuador gira independentemente do dito primeiro invólucro (64) do dito primeiro laço de atuador.