BR102015029125A2 - conjunto de motor de turbina e conjunto de aeronave - Google Patents

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Gert Johannes Van Der Merwe
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Gen Electric
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Abstract

conjunto de motor de turbina e conjunto de aeronave. trata-se de um conjunto de motor de turbina (16). o conjunto inclui um componente estacionário (52), um eixo de acionamento (32) e uma caixa de engrenagem (50) acoplada ao longo do eixo de acionamento (32) e acoplada ao componente estacionário (52). o conjunto também inclui um mecanismo de redução de vibração (62) acoplado entre o componente estacionário (52) e a caixa de engrenagem (50). o mecanismo de redução de vibração (62) é configurado para isolar uma resposta vibratória da caixa de engrenagem (50) a partir do componente estacionário (52).

Description

“CONJUNTO DE MOTOR DE TURBINA E CONJUNTO DE AERONAVE” Referência Cruzada A Pedidos Relacionados [001] Esse pedido de patente não provisório reivindica o benefício de prioridade sob n- 35 U.S.C. § 119(e) para Pedido de Patente Provisório n2 U.S. 62/082722, intitulado “MULTIVARIABLE FEEDFORWARD CONTROL”, depositado 21 de novembro de 2014, cujo conteúdo é incorporado a título de referência em sua totalidade no presente documento.
Antecedentes da Invenção [002] A presente revelação se refere de modo geral a conjuntos de caixa de engrenagem de redução de velocidade para uso com motores de turbina e, mais especificamente, a sistemas e métodos para reduzir respostas de vibração induzidas em pelo menos um dentre um motor e uma estrutura de aeronave a partir de um conjunto de caixa de engrenagem.
[003] Pelo menos parte dos motores de turbina a gás conhecidos, tais como motor do tipo turbofan, incluem uma ventoinha, um motor de núcleo e uma turbina de potência. O motor de núcleo inclui pelo menos um compressor, um combustor e uma turbina de alta pressão acoplados juntos em uma relação de fluxo em série. Mais especificamente, o compressor e a turbina de alta pressão são acoplados através de um eixo para formar um conjunto de rotor de alta pressão. O ar que entra no motor de núcleo é misturado com combustível e inflamado para formar uma corrente de gás de alta energia. A corrente de gás de alta energia flui através da turbina de alta pressão para acionar de modo girável a turbina de alta pressão de modo que o eixo acione de modo girável o compressor. A corrente de gás se expande à medida que a mesma flui através de uma turbina de baixa potência ou pressão posicionada posteriormente à turbina de alta pressão. A turbina de baixa pressão inclui um conjunto de rotor que tem uma ventoinha acoplada a um eixo de acionamento. A turbina de baixa pressão aciona de modo girável a ventoinha através do eixo de acionamento, e o desempenho de motor de turbina é melhorado quando a turbina de baixa pressão opera em uma velocidade rotacional relativamente alta e quando a ventoinha opera em uma velocidade rotacional relativamente baixa e com uma razão de pressão baixa.
[004] Diversos motores do tipo turbofan comerciais modernos são fabricados com razões de desvio cada vez maiores para facilitar o aprimoramento da eficácia do motor. No entanto, o aumento da razão de desvio do motor do tipo turbofan resulta em uma dimensão de ventoinha e uma velocidade de ponta de ventoinha aumentadas, o que deve ser controlado para manter a eficácia do motor do tipo turbofan. Como tal, pelo menos parte dos motores do tipo turbofan conhecidos incluem uma caixa de engrenagem de redução de velocidade acoplada ao longo do eixo de acionamento entre a turbina de baixa pressão e a ventoinha, de modo que a ventoinha gire em uma velocidade diferente da turbina de baixa pressão. No entanto, caixas de engrenagem de redução de velocidade aumentam, de modo geral, o peso e a complexidade do motor do tipo turbofan, induzem vibrações ao sistema de propulsão ou à estrutura de aeronave de uma aeronave associada e aumenta o ruído em uma cabine de passageiro da aeronave. Portanto, deseja-se ter um motor do tipo turbofan que induza menos vibração e ruído à aeronave associada.
Breve Descrição [005] Em um aspecto, é fornecido um conjunto de motor de turbina. O conjunto inclui um componente estacionário, um eixo de acionamento e uma caixa de engrenagem acoplada ao longo do eixo de acionamento e acoplada ao componente estacionário. O conjunto também inclui um mecanismo de redução de vibração acoplado entre o componente estacionário e a caixa de engrenagem. O mecanismo de redução de vibração é configurado para isolar uma resposta vibratória da caixa de engrenagem do componente estacionário.
[006] Em outro aspecto, é fornecido um conjunto de aeronave. O conjunto inclui um pilote e um conjunto de motor de turbina acoplado ao pilote. O conjunto de motor de turbina inclui um alojamento, um componente estacionário posicionado no interior do alojamento e uma caixa de engrenagem acoplados ao dito componente estacionário. A caixa de engrenagem é configurada para oscilar em uma frequência. Um mecanismo de redução de vibração é acoplado entre o dito conjunto de motor de turbina e o dito pilote, e o dito mecanismo de redução de vibração é configurado para oscilar em uma frequência de antirressonância da frequência.
[007] Em ainda outro aspecto, é fornecido um método para fabricar um conjunto de motor de turbina que inclui um componente estacionário e um eixo de acionamento. O método inclui acoplar uma caixa de engrenagem ao longo do eixo de acionamento, acoplar a caixa de engrenagem ao componente estacionário e acoplar um mecanismo de redução de vibração entre o componente estacionário e a caixa de engrenagem. O mecanismo de redução de vibração é configurado para isolar uma resposta vibratória da caixa de engrenagem do componente estacionário.
Breve Descrição das Figuras [008] Esses e outros recursos, aspectos e vantagens da presente revelação serão mais bem entendidos quando as descrições detalhadas a seguir forem lidas com referência aos desenhos anexos, nos quais caracteres semelhantes representam partes semelhantes ao longo dos desenhos apresentados no presente documento: - A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um conjunto de aeronave exemplificativo. - A Figura 2 é uma ilustração esquemática ampliada de uma porção do conjunto de motor de turbina mostrado na Figura 1. - A Figura 3 é uma ilustração esquemática de um conjunto de aeronave alternativo.
[009] A menos que indicado o contrário, os desenhos fornecidos no presente documento são destinados a ilustrar as funções das realizações da revelação. Acredita-se que essas funções sejam aplicáveis em uma ampla variedade de sistemas que compreende uma ou mais realizações da descoberta. Como tal, os desenhos não são destinados a incluir todas as funções convencionais conhecidas por aqueles de habilidade comum na técnica a ser exigido para a prática das realizações reveladas no presente documento.
Descrição Detalhada [010] As realizações da presente revelação se referem a conjuntos de motor de turbina que incluem uma caixa de engrenagem e mecanismos de redução de vibração para o uso no isolamento de vibrações geradas pela caixa de engrenagem. Mais especificamente, os mecanismos de redução de vibração são posicionados em uma ou mais localizações de modo que as vibrações sejam impedidas de serem transmitidas para componentes estruturais de uma aeronave, por exemplo. Em uma realização, um mecanismo de redução de vibração é acoplado entre a caixa de engrenagem e um componente estacionário interno do motor de turbina, tal como uma estrutura de cubo de ventoinha. Em outra realização, os mecanismos de redução de vibração são acoplados em localizações de montagem entre o motor de turbina e os componentes estruturais de uma aeronave, tais como uma asa ou uma fuselagem. Como tal, os conjuntos de turbina descritos no presente documento facilitam reduzir vibrações induzidas na estrutura de aeronave a partir de um motor de turbina que inclui uma caixa de engrenagem, e facilitam reduzir o ruído da cabine de passageiro.
[011] Conforme usado no presente documento, os termos “axial” e “axialmente” se referem a direções e orientações que se estendem substancialmente paralelas a uma linha de centro do motor de turbina. Além disso, os termos “radial” e “radialmente” se referem a direções e orientações que se estendem substancialmente perpendiculares à linha de centro do motor de turbina. Além disso, conforme usado no presente documento, os termos “circunferencial” e “circunferencialmente” se referem a direções e orientações que se estendem de modo arqueado ao redor da linha de centro do motor de turbina. Deve ser observado que o termo “fluido”, conforme usado no presente documento, inclui qualquer meio ou material que flua, incluindo, porém, sem limitação, ar, gás, líquido e corrente.
[012] A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um conjunto de aeronave exemplificativo 10. Na realização exemplificativa, o conjunto de aeronave 10 inclui um componente estrutural, tal como uma asa 12, um pilote 14, que se estende a partir da asa 12, e um conjunto de motor de turbina 16 acoplado ao pilote 14. O conjunto de motor de turbina 16 inclui um motor de turbina a gás de núcleo 18 que inclui um compressor de alta pressão 20, um combustor 22 e uma turbina de alta pressão 24. O conjunto de motor de turbina 16 também inclui uma turbina de baixa pressão 26 acoplada a jusante do motor de turbina a gás de núcleo 18, um conjunto de ventoinha 28 acoplado a montante do motor de turbina a gás de núcleo 18 e um compressor auxiliar 30 acoplado entre o conjunto de ventoinha 28 e o motor de turbina a gás de núcleo 18. A turbina de baixa pressão 26 é acoplada ao conjunto de ventoinha 28 e ao compressor auxiliar 30 através de um primeiro eixo de acionamento 32, e a turbina de alta pressão 24 é acoplada ao compressor de alta pressão 20 através de um segundo eixo de acionamento 34. O motor de turbina a gás de núcleo 18 é delimitado em uma carenagem de núcleo anular 36. Um alojamento 38 é posicionado radialmente para fora a partir de se estendendo de modo circunferencial ao redor do conjunto de ventoinha 28 e de uma porção da carenagem de núcleo 36. Um duto de desvio anular 40 é definido entre a carenagem de núcleo 36 e uma superfície interna 42 do alojamento 38. Em uma realização alternativa, o componente estrutural é uma fuselagem de aeronave (não mostrada), e o pilote 14 e o conjunto de motor de turbina 16 são acoplados diretamente à fuselagem.
[013] Na operação, o ar ambiente 44 que entra no conjunto de motor de turbina 16 através de uma entrada 46 é canalizado através do conjunto de ventoinha 28 em direção ao compressor auxiliar 30. O ar comprimido é descartado a partir do compressor auxiliar 30 em direção ao compressor de alta pressão 20. O ar altamente comprimido é canalizado a partir do compressor de alta pressão 20 em direção ao combustor 22, misturado com combustível, e a mistura é queimada dentro do combustor 22. O gás de combustão de alta temperatura gerado pelo combustor 22 é canalizado em direção à turbina 24 e 26. O gás de combustão é descarregado subsequentemente a partir do conjunto de motor de turbina 16 através de uma exaustão 48.
[014] A Figura 2 é uma ilustração esquemática ampliada de uma porção do conjunto de motor de turbina mostrado na Figura 1). Na realização exemplificativa, o conjunto de motor de turbina 16 inclui uma caixa de engrenagem 50 acoplada ao longo do primeiro eixo de acionamento 32. Em diversas realizações, a caixa de engrenagem 50 inclui, porém, sem limitação, um conjunto de caixa de engrenagem do tipo estrela, planetário. A caixa de engrenagem 50 é acoplada a um componente estacionário 52 do conjunto de motor de turbina 16. Mais especificamente, a caixa de engrenagem 50 inclui um transportador 53, uma estrutura de torque 55 é acoplada ao transportador 53, e um suporte flexível 57 é acoplado à estrutura de torque 55. Um membro de suporte 54 é acoplado ao suporte flexível 57 e se estende em direção ao componente estacionário 52. Por exemplo, em uma realização, o componente estacionário 52 é incorporado em uma armação 56 do conjunto de motor de turbina 16, Além disso, a caixa de engrenagem 50 é acoplada ao longo do primeiro eixo de acionamento 32, desse modo, definindo-se uma primeira porção 58 que se estende em direção ao conjunto de ventoinha 28 (mostrado na Figura 1), e definindo-se uma segunda porção 60 que se estende em direção à turbina de baixa pressão 26 (mostrado na Figura 1). Como tal, a caixa de engrenagem 50 facilita o desacoplamento de uma velocidade rotacional de conjunto de ventoinha 28 a partir da velocidade rotacional da turbina de baixa pressão 26.
[015] O conjunto de motor de turbina 16 também inclui um mecanismo de redução de vibração 62 acoplado entre a armação 56 e a caixa de engrenagem 50, Mais especificamente, em uma realização, o mecanismo de redução de vibração 62 é acoplado entre a armação 56 e uma extremidade distai 59 do membro de suporte 54, e facilita o isolamento de uma resposta vibratória da caixa de engrenagem 50 a partir da armação 56 à medida que a caixa de engrenagem 50 opera. Alternativamente, o mecanismo de redução de vibração 62 é acoplado entre o membro de suporte 54 e o suporte flexível 57. A armação 56 é acoplada, tipicamente, direta ou indiretamente, ao pilote 14 (mostrado na Figura 1). Como tal, o mecanismo de redução de vibração 62 facilita a redução das vibrações induzidas ao pilote 14 e ao conjunto de aeronave 10 a partir da caixa de engrenagem 50.
[016] O mecanismo de redução de vibração 62 pode ser qualquer mecanismo isolador ou de amortecimento que possibilite que o conjunto de aeronave 10 funcione conforme descrito no presente documento. Os mecanismos de redução de vibração exemplificativos incluem, porém, sem limitação, um dispositivo de amortecimento de atrito (isto é, amortecimento de Coulomb), e um dispositivo de inclinação, tal como uma mola, um dispositivo de isolador de malha de metal ou um dispositivo fabricado a partir de um material elastomérico.
[017] Além disso, na operação, a caixa de engrenagem 50 oscila em uma frequência, ou faixa de frequências, definida pelas oscilações de engrenagem dentada (isto é, a frequência de engrenagem dentada) de dente de engrenagem de interconexão (não mostrado) no interior da caixa de engrenagem 50. O mecanismo de redução de vibração 62 é ajustado para reduzir a frequência de engrenagem dentada e para garantir que a armação 56 e o restante do conjunto de aeronave 10 sejam isolados da resposta vibratória do caixa de engrenagem 50. Em algumas realizações, o mecanismo de redução de vibração 62 é ajustado para oscilar em uma frequência de antirressonância da frequência de engrenagem dentada.
[018] A Figura 3 é uma ilustração esquemática de um conjunto de aeronave alternativo 100. Na realização exemplificativa, o conjunto de aeronave 100 inclui um componente estrutural, tal como a asa 12, o pilote 14, que se estende a partir da asa 12, e o conjunto de motor de turbina 16 acoplado ao pilote 14. Mais especificamente, o conjunto de motor de turbina 16 é montado no pilote 14 e o pilote 14 é montado na asa 12 em uma ou mais localizações de montagem 102. Por exemplo, uma primeira localização de montagem 104 é definida entre o alojamento 38 e o pilote 14, uma segunda localização de montagem 106 é definida entre a carenagem de núcleo 36 e o pilote 14, e uma terceira localização de montagem 108 é definida entre a asa 12 e o pilote 14. Os mecanismos de redução de vibração 62 são posicionados em uma ou mais localizações de montagem 102 para facilitar o isolamento de uma resposta vibratória do conjunto de motor de turbina 16, que inclui a caixa de engrenagem 50 (mostrado na Figura 2), a partir da asa 12 à medida que a caixa de engrenagem 50 opera. Alternativamente, quando o pilote 14 e o conjunto de motor de turbina 16 são acoplados diretamente a uma fuselagem (não mostrada) do conjunto de aeronave 100, uma ou mais localizações de montagem 102 são localizadas entre o pilote 14 e a fuselagem.
[019] Na realização exemplificativa, o membro de suporte 54 da caixa de engrenagem 50 (cada um mostrado na Figura 2) é acoplado diretamente à armação 56, sem o mecanismo de redução de vibração 62 posicionado entre os mesmos. Como tal, na operação, a caixa de engrenagem 50 oscila em uma frequência de engrenagem dentada, e as oscilações são transmitidas no conjunto de motor de turbina 16 através da armação 56. Para isolar a resposta vibratória do conjunto de motor de turbina 16 da asa 12, os mecanismos de redução de vibração 62 nas localizações de montagem 102 são ajustados para reduzir a frequência de engrenagem dentada. Em algumas realizações, os mecanismos de redução de vibração 62 são ajustados para oscilar em uma frequência de antirressonância da frequência de engrenagem dentada. Como tal, localizar os mecanismos de redução de vibração 62 nas localizações de montagem 102 facilita a prevenção de que as vibrações sejam transmitidas para a asa 12.
[020] O conjunto de motor de turbina e os métodos descritos no presente documento se relacionam a motores de turbina que incluem mecanismos de redução de vibração em localizações predeterminadas que facilitam o isolamento de uma estrutura de aeronave a partir de uma fonte de vibração. Na realização exemplificativa, a fonte de vibração é o motor de turbina e, mais especificamente, é uma caixa de engrenagem de redução de velocidade posicionada no interior do motor de turbina. Os mecanismos de redução de vibração são localizados no interior do motor de turbina, ou entre o motor de turbina e os componentes estruturais de uma aeronave. Como tal, os conjuntos de motor de turbina descritos no presente documento facilitam a prevenção de que as vibrações sejam transmitidas para uma estrutura de aeronave, em que reduz o ruído da cabine de passageiro, a vibração tátil e a possibilidade de dano por fadiga ser induzida aos componentes estruturais da estrutura de aeronave.
[021] Embora recursos específicos de várias realizações da presente revelação possam ser mostrados em alguns desenhos e não em outros, isso se dá somente por conveniência. De acordo com os princípios da realização da presente revelação, qualquer recurso de um desenho pode ser denominado e/ou reivindicado em combinação com outros recursos em qualquer outro desenho.
[022] Esta descrição escrita usa exemplos para revelar as realizações da presente revelação, incluindo o melhor modo, e também para possibilitar que qualquer pessoa versada na técnica pratique as realizações da presente revelação, o que inclui fabricar e usar quaisquer dispositivos e sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável das realizações descritas no presente documento é definido por meio das reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram àqueles versados na técnica. Tais outros exemplos se destinam a estar dentro do escopo das reivindicações se os mesmos possuírem elementos estruturais que não se diferenciem da linguagem literal das reivindicações, ou se os mesmos incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais da linguagem literal das reivindicações.
Reivindicações

Claims (10)

1. CONJUNTO DE MOTOR DE TURBINA (16), caracterizado pelo fato de que compreende: - um componente estacionário (52); - um eixo de acionamento (32); - uma caixa de engrenagem (50) acoplada ao longo do dito eixo de acionamento (32) e acoplada ao dito componente estacionário (52); e - um mecanismo de redução de vibração (62) acoplado entre o dito componente estacionário (52) e a dita caixa de engrenagem (50), em que o dito mecanismo de redução de vibração (62) é configurado para isolar uma resposta vibratória da dita caixa de engrenagem (50) a partir do dito componente estacionário (52).
2. CONJUNTO DE MOTOR DE TURBINA (16), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um membro de suporte (54) que se estende em direção ao dito componente estacionário (52), em que o dito mecanismo de redução de vibração (62) é acoplado entre o dito componente estacionário (52) e o dito membro de suporte (54).
3. CONJUNTO DE MOTOR DE TURBINA (16), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito componente estacionário (52) compreende um quadro (56).
4. CONJUNTO DE MOTOR DE TURBINA (16), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito eixo de acionamento (32) compreende uma primeira porção (58), que se estende em direção um conjunto de ventoinha (28), e uma segunda porção (60), que se estende em direção uma turbina de baixa pressão (26).
5. CONJUNTO DE MOTOR DE TURBINA (16), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita caixa de engrenagem (50) é configurada para oscilar em uma frequência definida por oscilações de encaixe de engrenagem e o dito mecanismo de redução de vibração (62) é configurado para oscilar em uma frequência de antirressonância da frequência.
6. CONJUNTO DE AERONAVE (10), caracterizado pelo fato de que compreende: - um pilote (14); - um conjunto de motor de turbina (16) acoplado ao dito pilote (14), sendo que o dito conjunto de motor de turbina (16) compreende: - um alojamento (38); - um componente estacionário (52) posicionado no interior do dito alojamento (38); e - uma caixa de engrenagem (50) acoplada ao dito componente estacionário (52), sendo que a dita caixa de engrenagem (50) é configurada para oscilar em uma frequência; e - um mecanismo de redução de vibração (62) acoplado entre o dito conjunto de motor de turbina (16) e o dito pilote (14), sendo que o dito mecanismo de redução de vibração (62) é configurado para oscilar em uma frequência de antirressonância da frequência.
7. CONJUNTO DE AERONAVE (10), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a dita caixa de engrenagem (50) é acoplada diretamente ao dito componente estacionário (52).
8. CONJUNTO DE AERONAVE (10), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dito conjunto de motor de turbina (16) é acoplado ao dito pilote (14) em uma localização de montagem (102), em que dito mecanismo de redução de vibração (62) é posicionado na dita localização de montagem (102).
9. CONJUNTO DE AERONAVE (10), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma carenagem principal (36) posicionada no interior do dito alojamento (38), em que a dita localização de montagem (102) é definida entre o dito pilote (14) e pelo menos um dentre o dito alojamento (38) e da dita carenagem principal (36).
10. CONJUNTO DE AERONAVE (10), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um componente estrutural (12, 14, 16), o dito pilote (14) é acoplado ao dito componente estrutural (12, 14, 16) em uma localização de montagem (102), em que o dito mecanismo de redução de vibração (62) é posicionado na dita localização de montagem (102).
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