BR102015032777A2

BR102015032777A2 - suporte de carenagem em duto

Info

Publication number: BR102015032777A2
Application number: BR102015032777A
Authority: BR
Inventors: David Edward Dale; Jared Matthew Wolfe; William Howard Hasting
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2016-10-04
Also published as: CN105736149A; CN105736149B; US10247043B2; US20160186613A1; CA2915747A1; JP2016125495A; EP3040549A1

Abstract

suporte de carenagem em duto a presente invenção refere-se a um suporte de carenagem em duto (54) que inclui uma estrutura anular configurada para ser montada em uma armação de motor de turbina anular (46) e que inclui um ou mais dutos de desvio (62) formados integralmente no mesmo.

Description

“SUPORTE DE CARENAGEM EM DUTO” 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 o Pedido de Patente Provisório U.S. 62/098878, intitulado “SUPORTE DE CARENAGEM EM DUTO PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS”, depositado no dia 31 de dezembro de 2014, cujo conteúdo é incorporado a título de referência em sua totalidade.

Antecedentes da invenção [002] Essa invenção refere-se, em geral, a estruturas estacionárias em motor de turbina a gás e, mais particularmente, a armações de suporte em tais motores.

[003] Um motor de turboventilador típico inclui, em comunicação de fluxo em série, uma ventoinha, um compressor de baixa pressão ou “reforçador”, um compressor de alta pressão (“HPC”), um combustor, uma turbina de alta pressão (“HPT”) e uma turbina de baixa pressão (“LPT”) com a HPT acionando o HPC, e a LPT acionando tanto a ventoinha quanto o reforçador.

[004] Os componentes giratórios de um motor de turbina a gás são sustentados por mancais montados em uma ou mais armações estruturais. As armações tipicamente assumem a forma de um cubo interno conectado a um invólucro externo por uma matriz de escoras em formato de aerofólio que se estendem radialmente. Os motores de turboventilador típicos têm uma armação de cubo de ventoinha (“FHF”) logo atrás da ventoinha.

[005] Os motores de turboventilador convencionais frequentemente incorporam um sistema de válvula de escape variável (“VBV”) para controlar a margem de enguiço do compressor reforçador. O sistema de VBV inclui uma ou mais válvulas de escape montadas dentro da armação de cubo de ventoinha. As válvulas são abertas durante a operação de baixa potência do motor, tal como quando está ocioso, para o escapamento de uma porção do ar comprimido. As válvulas de escape são fechadas na operação de alta potência do motor, tal como durante uma viagem ou decolagem, visto que o escapamento não é mais necessário. Quando as válvulas são abertas, o ar passa da trajetória de fluxo do reforçador através da armação de cubo de ventoinha e para dentro de um duto de desvio.

[006] Nos motores de turboventilador da técnica anterior, a área de armação de cubo de ventoinha inclui, além da armação de cubo de ventoinha em si, vários componentes anexados, tais como dutos de VBV separados para direcionar o fluxo de desvio, cobertores de fogo resistentes ao fogo para proteger a armação de cubo de ventoinha, e suportes de carenagem. Embora eficazes, essas estruturas aumentam o peso, a complexidade e o custo do motor.

[007] Consequentemente, permanece uma necessidade de um suporte de carenagem em duto que forneça suporte estrutural e uma trajetória de fluxo de desvio de fluido.

Descrição Resumida da Invenção [008] A tecnologia descrita no presente documento fornece um suporte de carenagem em duto que inclui uma estrutura anular configurada para ser montada em uma armação de motor de turbina anular e que inclui um ou mais dutos de desvio formados integralmente no mesmo.

Breve descrição das figuras [009] A invenção pode ser melhor entendida a título de referência ao seguinte relatório descritivo obtido em conjunto com as figuras de desenho anexas, nas quais: A Figura 1 é uma vista esquemática parcialmente cortada de um motor de turbina a gás que incorpora um suporte de carenagem construído de acordo com um aspecto da presente invenção; A Figura 2 é uma vista em perspectiva esquemática de uma realização do suporte de carenagem, da Figura 1, anexado a uma armação de cubo de ventoinha; A Figura 3 é uma vista em perspectiva esquemática de outra realização do suporte de carenagem da Figura 1; e A Figura 4 é uma vista em corte transversal do suporte de carenagem da Figura 3.

Descrição detalhada da invenção [010] Referindo-se às figuras, em que números de referência idênticos indicam os mesmos elementos ao longo das várias vistas, a Figura 1 ilustra uma vista parcialmente cortada esquemática de um motor de turbina a gás exemplificador 10 que tem um eixo geométrico de linha central axial e longitudinal 12.

[011] Deve-se observar que, conforme usado no presente documento, o termo “axial” ou “longitudinal” refere-se a uma direção paralela ao eixo geométrico de linha central 12 descrito acima, enquanto que “radial” refere-se a uma direção perpendicular à direção axial, e “tangencial” ou “circunferencial” refere-se a uma direção mutuamente perpendicular às direções axial e tangencial. Conforme usado no presente documento, os termos “dianteiro” ou “frontal” referem-se a uma localização relativamente a montante em um fluxo de ar que passa através ou em torno de um componente e os termos “posterior” ou “traseiro” referem-se a uma localização relativamente a jusante em um fluxo de ar que passa através ou em torno de um componente. A direção desse fluxo é mostrada pela seta 26 na Figura 1. Esses termos direcionais são usados somente por motivos de conveniência na descrição e, desse modo, não necessitam de uma orientação específica das estruturas descritas.

[012] Ο motor 10 inclui, em comunicação de fluxo em série, uma ventoinha 14, um compressor de baixa pressão ou “reforçador” 16, um compressor de alta pressão 18, um combustor 20, uma turbina de alta pressão 22 e uma turbina de baixa pressão 24, todos dispostos coaxialmente em torno do eixo geométrico de linha central 12. Coletivamente, o HPC 18, o combustor 20, e a HPT 22 são referidos como um “gerador de gás” ou “núcleo”. Coletivamente, a ventoinha 14, o reforçador 16 e a turbina de baixa pressão 24 são referidos como um “sistema de baixa pressão”. A turbina de alta pressão 22 aciona convencionalmente o compressor de alta pressão 18, e a turbina de baixa pressão 24 aciona convencionalmente tanto a ventoinha 14 quanto o reforçador 16.

[013] Juntos, o núcleo e os sistemas de baixa pressão são operacionais de uma maneira conhecida para gerar um fluxo primário ou de núcleo assim como um fluxo de ventoinha ou fluxo de desvio. Embora o motor 10 ilustrado seja um motor de turboventilador de alto desvio, os princípios descritos no presente documento são igualmente aplicáveis a outros tipos de motores de turbina que incluem armações estacionárias [014] A ventoinha 14 recebe ar ambiente 26 e iniciatmente pressuriza o mesmo para formar ar de ventoinha pressurizado 28. A ventoinha 14 é disposta a montante de um duto de desvio de ventoinha anular 30 através do qual é canalizada uma porção externa do ar de ventoinha 28, com uma porção interna do ar de ventoinha 28 sendo canalizada para dentro do reforçador 16. O duto de desvio 30 inclui paredes anulares externa e interna radialmente separadas 30a e 30b, respectivamente. A parede interna 30b é definida por uma carenagem de núcleo 31 que circunda o núcleo.

[015] O ar de ventoinha canalizado para dentro do reforçador 16 é adicionalmente comprimido no mesmo para formar ar comprimido 32 que é adicionalmente canalizado a partir do reforçador 16 e através de um duto de núcleo de compressor anular 34 disposto a jusante do reforçador 16 e a montante do compressor de alta pressão 18. O duto de núcleo 34 inclui paredes anulares radialmente externa e interna 34a e 34b, respectivamente.

[016] O ar comprimido 32 é adicionalmente comprimido no compressor de alta pressão 18 e, então, é canalizado para o combustor 20 em que o mesmo é convencionalmente misturado com combustível e inflamado para gerar gases de combustão 36 que são canalizados através da turbina de alta pressão 22 e da turbina de baixa pressão 24 que extraem energia a partir dos mesmos. A turbina de alta pressão 22 é disposta diretamente a jusante do combustor 20.

[017] A turbina de baixa pressão 24 é disposta diretamente a jusante da turbina de alta pressão 22 e imediatamente a jusante dos compressores 16 e 18 e pode incluir um sistema de controle de espaçamento de ponta de lâmina passivo 40 fornecido com fluxo de ar de resfriamento. O sistema de controle de espaçamento 40 em si é de um tipo conhecido e inclui um ou mais tubos anulares 40a que circundam a turbina de baixa pressão 24 para impingir ar de resfriamento nos envoltórios convencionais que circundam as pontas de lâmina para controlar os espaçamentos entre as mesmas durante a operação do motor 10. O sistema 40 recebe ar de resfriamento através de um cano de alimentação 42 que se comunica com a trajetória de fluxo do reforçador. Mais especificamente, o duto de núcleo 34 inclui uma pluralidade de válvulas de escape variáveis 44 em sua parede externa 34a disposta entre o reforçador 16 e o compressor de alta pressão 18. Meios (não mostrados), tais como um atuador, são fornecidos para posicionar seletivamente a válvula de escape 44 nas posições aberta ou fechada.

[018] Com referência ás Figuras 2 a 4, o motor 10 inclui uma armação de cubo de ventoinha anular 46 disposta axialmente entre o reforçador 16 e o compressor de alta pressão 18. É uma estrutura anular com faces dianteira e posterior 48 e 50, respectivamente, e uma matriz anular de escoras de ventoinha 52 se estendem radialmente para fora a partir da mesma para a parede externa 30a do duto de desvio 30.

[019] Um suporte de carenagem 54 é montado na extremidade posterior da armação de cubo de ventoinha 46. Conforme montado, o suporte de carenagem 54 é uma estrutura anular completa. O mesmo pode ser fabricado como um anel de 360 graus único, conforme mostrado na Figura 2, ou o mesmo pode compreender dois ou mais segmentos arqueados que são montados para formar uma coroa circular completa, conforme mostrado na Figura 3. O suporte de carenagem 54 tem uma extremidade dianteira 56 que faz contato com a face posterior 50 da armação de cubo de ventoinha 46, e uma extremidade posterior 58. A estrutura do suporte de carenagem 54 inclui uma parede periférica 60 que é geralmente cilíndrica ou frusto-cônica e que é relativamente fina em comparação ao diâmetro total do suporte de carenagem 54. A parede periférica 60 incorpora uma matriz anular de dutos de desvio integrais ou unitários 62 formados na mesma. Em geral, cada duto de desvio 62 define uma saliência convexa (vista por trás olhando para frente) que, quando disposta fazendo contato com a armação de cubo de ventoinha 46, forma uma passagem de fluxo de ar. (A armação de cubo de ventoinha 46 inclui uma pluralidade de aberturas 47 formada em torno de sua periferia. Cada abertura 47 encaixa com um dos dutos de desvio 62). Os dutos de desvio 62 podem ser curvos de maneira simples (isto é, parte tubular) ou curvos de maneira composta (isto é, parte esférica). Um ou mais dos dutos de desvio 62 podem incluir um duto de decolagem de controle de espaçamento integral 64, que é acoplado ao cano de alimentação 42 mostrado na Figura 1.

[020] Um flange dianteiro em geral orientado radialmente 66 é disposto na extremidade dianteira 56 do suporte de carenagem 54. Sua trajetória se estende através dos espaços entre dutos de desvio 62, e segue a borda interna 68 de cada duto de desvio 62. O flange dianteiro 66 inclui uma pluralidade de orifícios de flange separados que podem receber prendedores 70 tais como rebites, parafusos ou cavilhas para prender o suporte de carenagem 54 na armação de cubo de ventoinha 46.

[021] Uma saia posterior anular geralmente frusto-cônica 72 se estende radialmente para fora a partir da parede periférica 60, próximo à extremidade posterior 58 do suporte de carenagem 54. Um flange posterior anular geralmente orientado axialmente 74 é disposto na extremidade distai 76 da saia posterior 72 e inclui uma pluralidade de orifícios de flange separados que podem receber prendedores 78 tais como rebites, parafusos ou cavilhas.

[022] O suporte de carenagem 54 pode ser construído a partir de um material adequado que seja rígido e resistente ao fogo. Exemplos não limitadores de materiais adequados incluem ligas de metal ou materiais compósitos, tais como uma matriz epóxi com fibras de carbono embutidas na mesma. O suporte de carenagem 54 pode ser fundido, forjado, moldado ou usinado a partir de tarugo, ou construído a partir de componentes individuais que são, então, unidos, por exemplo, por soldagem ou solda forte. Coletivamente, a armação de cubo de ventoinha 46 e o suporte de carenagem 54 definem uma parede corta-fogo, ou seja, seus materiais e configuração são selecionados para resistir à penetração de fogo, de acordo com planejamento relevante ou padrões regulatórios.

[023] Um flange de sulco em formato de V anular 80 é disposto na extremidade posterior 58 do suporte de carenagem 54. Como o nome implica, o flange de sulco em formato de V 80 inclui um sulco voltado radialmente para fora geralmente em formato de V 82. O mesmo pode ser anexado à parede periférica 60 com prendedores 84 tais como rebites, parafusos ou cavilha, de modo que o mesmo pode ser facilmente substituído quando estiver gasto. O flange de sulco em formato de V 80 pode ser construído a partir de metal ou material compósito, conforme descrito acima. Alternativamente, o flange de sulco em formato de V 80 pode ser de construção unitária ou integral ao restante do suporte de carenagem 54.

[024] A carenagem de núcleo 31 descrita acima tem um flange virado para baixo 86 em sua extremidade dianteira, ou outra estrutura de conexão adequada. Esse flange 86 é recebido no sulco em formato de V 82, que forma uma conexão mecânica entre a carenagem de núcleo 31 e o suporte de carenagem 54.

[025] A fim de descarregar ar de escape do duto de núcleo 34 e para o duto de desvio 30, uma pluralidade de respiros de escape circunferencialmente separadas 88 é fornecida. Cada um dos respiros de escape 88 inclui uma pluralidade de basculantes axialmente separados, 90, inclinados em uma direção a jusante para injetar ar de escape das válvulas de desvio 44 em um ângulo agudo a jusante para o duto de desvio 30 para reduzir perdas de mistura com o ar de ventoinha 28. A extremidade dianteira de cada respiro de escape 88 é recebida em um sulco anular 92 na escora de ventoinha 52, e a extremidade posterior de cada respiro de escape 88 é acoplada ao flange posterior 74 do suporte de carenagem 54 por meio dos prendedores 78.

[026] O suporte de carenagem 54 é uma estrutura integral, unitária ou monolítica que toma o lugar de dutos de escape de VBV e do suporte de carenagem da técnica anterior. O mesmo suporta, estruturalmente, a carenagem de núcleo 31. O mesmo fornece conectividade de fluido da trajetória de fluxo do reforçador para o duto de desvio 30, fornece um ponto de escape para fluxo de ar de controle de espaçamento, e forma a parede corta-fogo do motor 10.

[027] O suporte de carenagem 53 combina a funcionalidade de múltiplas peças existentes em comparação com os projetos da técnica anterior. É antecipada a economia de peso, eliminação de partes de peça irrelevantes (incluindo cobertores anti-chamas), e simplificação de empacotamento e montagem. Dependendo da aplicação específica, o mesmo pode representar uma redução de custo em comparação às estruturas da técnica anterior que o mesmo substitui.

[028] O supracitado descreveu um suporte de carenagem em duto para um motor de turbina a gás. Todos os recursos descritos neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e figuras anexas) e/ou todas as etapas de qualquer método ou processo aqui revelados podem ser combinados em qualquer combinação, exceto em combinações em que pelo menos alguns dos recursos e/ou etapas sejam mutuamente exclusivos.

[029] Cada recurso revelado neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e figuras) pode ser substituído por recursos alternativos que satisfaçam um mesmo propósito, ou um propósito equivalente ou semelhante, a menos que seja expressamente indicado o contrário. Portanto, a menos que seja expressamente indicado o contrário, cada recurso revelado é apenas um exemplo de uma série genérica de recursos equivalentes ou semelhantes.

[030] A invenção não se restringe aos detalhes das realizações supracitadas. A invenção se estende a quaisquer recursos inovadores ou combinações inovadoras de recursos revelados neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e desenhos anexos), ou a qualquer etapa inovadora ou qualquer combinação inovadora de etapas de qualquer método ou processo aqui revelado.

Reivindicações

Claims

1. SUPORTE DE CARENAGEM EM DUTO (54), caracterizado pelo fato de que compreende uma estrutura anular configurada para ser montada em uma armação de motor de turbina anular (46) e que inclui um ou mais dutos de desvio (62) formados integralmente no mesmo.

2. SUPORTE DE CARENAGEM EM DUTO (54), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dutos de desvio (62) compreendem saliências convexas que se encaixam em aberturas (47) formadas em uma armação de motor de turbina (46) para definir cooperativamente passagens de fluxo.

3. SUPORTE DE CARENAGEM EM DUTO (54), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui uma parede periférica (60) e uma saia posterior anular (72) com um flange posterior anular (74).

4. SUPORTE DE CARENAGEM EM DUTO (54), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um flange dianteiro (66) se estende em torno da parede periférica (60) e das saliências convexas.

5. SUPORTE DE CARENAGEM EM DUTO (54), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui um flange de sulco em formato de V anular (80) disposto em uma extremidade posterior do suporte de carenagem (54), que tem um sulco em formato de V (82) formado no mesmo.

6. SUPORTE DE CARENAGEM EM DUTO (54), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o flange de sulco em formato de V (80) é integral à parede periférica.

7. SUPORTE DE CARENAGEM EM DUTO (54), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser em combinação com uma armação de cubo de ventoinha anular (46) em um suporte de carenagem anular que tem um flange recebido no sulco em formato de V.

8. SUPORTE DE CARENAGEM EM DUTO (54), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser combinado com uma armação de cubo de ventoinha (46) de modo a definir uma parede corta-fogo

9. SUPORTE DE CARENAGEM EM DUTO (54), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura é metálica.

10. SUPORTE DE CARENAGEM EM DUTO (54), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura é compósita.

11. SUPORTE DE CARENAGEM EM DUTO (54), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura é fabricada como um anel de 360 graus único.

12. SUPORTE DE CARENAGEM EM DUTO (54), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura compreende dois ou mais segmentos arqueados que são montados para formar uma coroa circular completa.