BR102016002830A2

BR102016002830A2 - componente de motor

Info

Publication number: BR102016002830A2
Application number: BR102016002830A
Authority: BR
Inventors: Frederick Alan Buck; Ronald Scott Bunker
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2016-02-11
Publication date: 2016-10-11
Also published as: US20160245094A1; CA2920563A1; EP3061911A1; CN105909317A; JP2016166606A

Abstract

componente de motor a presente invenção se refere a um componente de motor (80) para um motor de turbina a gás (10) que inclui um substrato arrefecido por película (82) que tem uma superfície quente (84) voltada para o gás de combustão quente, e uma superfície de arrefecimento (86) voltada para um fluxo de fluido de arrefecimento. o substrato (82) inclui um ou mais orifícios de película (90) que têm uma passagem (96) com uma entrada (92) e uma saída (94), em que a passagem (96) inclui porções (98, 100) que são anguladas entre si.

Description

“COMPONENTE DE MOTOR” Antecedentes da Invenção [001] Motores de turbina, e particularmente motores de turbina a gás ou de combustão, são motores rotativos que extraem energia de um fluxo de gases queimados que passam através do motor para uma grande quantidade de lâmina de turbina. Os motores de turbina a gás têm sido usados para locomoção terrestre e náutica e geração de energia elétrica, mas são mais comumente usados para aplicações aeronáuticas tais como para aeronaves, que incluem helicópteros. Em aeronave, os motores de turbina a gás são usados para propulsão da aeronave. Em aplicações terrestres, motores de turbina são frequentemente usados para geração de energia elétrica.

[002] Os motores de turbina a gás para aeronave são projetados para operar em temperaturas altas para maximizar a eficiência do motor, assim o arrefecimento de certos componentes de motor, tais como a turbina de alta pressão e a turbina de baixa pressão, pode ser necessária. Alguns componentes de motor incluem orifícios de película que proveem uma camada ou película fina de fluido de arrefecimento em uma superfície quente do componente de motor para proteger o componente de motor de gás de combustão quente. Tipicamente, o arrefecimento é alcançado canalizando-se ar de arrefecimento a partir dos compressores de alta e/ou baixa pressão para os componentes de motor que exigem arrefecimento de película. O ar de arrefecimento a partir do compressor está a cerca de 500 °C a 700 °C. Embora o ar do compressor esteja em uma temperatura alta, o mesmo é mais frio relativo ao ar que passa através da câmara de combustão, que pode estar a cerca de 1000 °C a 2000 °C.

[003] Um orifício de película da técnica anterior 200 em um componente de motor 202 é mostrado em corte transversal na Figura 1. O componente de motor 202 inclui uma superfície quente 204 voltada para um fluxo de gás de combustão quente H e uma superfície de arrefecimento 206 voltada para um fluxo de fluído de arrefecimento C. Durante a operação, o fluxo de fluido de arrefecimento C é suprido out do orifício de película 200 para criar uma camada ou película fina de ar frio sobre a superfície quente 204, protegendo a mesma do fluxo de gás de combustão quente Η. O orifício de película 200 inclui uma entrada 208 fornecida em uma superfície de arrefecimento 206, uma saída 210 fornecida na superfície quente 204, e uma passagem 212 que conecta a entrada 208 e a saída 210. A passagem 212 pode incluir as seções 214, 216 orientadas em um ângulo entre si quando visualizadas a partir de um plano ortogonal às superfícies quente e de arrefecimento 204, 206, ou seja, na vista de corte transversal mostrada na Figura 1. Na realização ilustrada, as seções incluem uma seção de medição 214 para medição da taxa de fluxo de massa do fluxo de fluido de arrefecimento C, e uma seção de difusão 216 na qual o fluido de arrefecimento C pode se expandir para formar uma película de arrefecimento mais ampla.

[004] O orifício de película 200 fica ao longo de um eixo geométrico longitudinal da passagem 212, também denominado no presente documento como a linha central 218, que passa através do centro geométrico da área de corte transversal da seção de medição 214. A seção de difusão 216 pode definir sua própria linha central 220, que passa através do centro geométrico da área de corte transversal da seção de difusão 216. As duas linhas centrais 218, 220 cruzam em um ângulo X quando visualizadas a partir de um plano ortogonal às superfícies quente e de arrefecimento 204, 206, ou seja, na vista de corte transversal mostrada na Figura 1. Quando visualizadas a partir da superfície quente 204, como mostrado na Figura 2, as linhas centrais 218, 220 são colineares, de modo que não há nenhuma mudança lateral na direção de ar de arrefecimento fluxo C através da passagem 212.

Breve Descrição da Invenção [005] Em um aspecto, a invenção se refere a um componente de motor para um motor de turbina a gás, em que o motor de turbina a gás gera fluxo de gás de combustão quente, que tem um substrato que tem uma superfície quente voltada para o fluxo de gás de combustão quente e uma superfície de arrefecimento voltada para um fluxo de fluido de arrefecimento, e um orifício de película que se estende através do substrato e que tem uma entrada fornecida na superfície de arrefecimento, uma saída fornecida na superfície quente, e uma passagem que conecta a entrada e a saída, em que a passagem compreende uma porção de entrada que define uma linha central de porção de entrada e uma porção de saída que define uma linha central de porção de saída, que forma um primeiro ângulo relativo à linha central de porção de entrada de modo que a linha central de porção de saída é não colinear à linha central de porção de entrada quando visualizada a partir da superfície quente.

[006] Em outro aspecto, a invenção se refere a um componente de motor para um motor de turbina a gás, em que o motor de turbina a gás gera fluxo de gás de combustão quente, que tem um substrato que tem uma superfície quente voltada para o fluxo de gás de combustão quente e uma superfície de arrefecimento voltada para um fluxo de fluido de arrefecimento, e um orifício de película que se estende através do substrato e que tem uma entrada fornecida na superfície de arrefecimento, uma saída fornecida na superfície quente, e uma passagem que conecta a entrada e a saída, em que a passagem compreende uma primeira porção que define uma primeira linha central e uma segunda porção, localizada a jusante da primeira porção relativa à direção do fluxo de fluido de arrefecimento através da passagem, que define uma segunda linha central, em que a segunda linha central forma um primeiro ângulo relativo à primeira linha central em volta de um eixo geométrico perpendicular a um plano definido pela superfície quente.

[007] Em ainda outro aspecto, a invenção se refere a um componente de motor para um motor de turbina a gás, em que o motor de turbina a gás gera fluxo de gás de combustão quente, que tem um substrato que tem uma superfície quente voltada para o fluxo gás de combustão quente e uma superfície de arrefecimento voltada para um fluxo de fluido de arrefecimento, e um orifício de película que se estende através do substrato e que tem uma entrada fornecida na superfície de arrefecimento, uma saída fornecida na superfície quente, e uma passagem que conecta a entrada e a saída, em que a passagem compreende uma porção de entrada que inclui a entrada e que define uma linha central de porção de entrada, e uma porção de saída que inclui a saída e que define uma linha central de porção de saída, e em que a linha central de porção de saída cruza a linha central de porção de entrada em um ponto e forma um primeiro ângulo relativo à linha central de porção de entrada em volta de um eixo geométrico que passa através do ponto e perpendicular a um plano definido pela superfície quente.

Breve Descrição das Figuras [008] Nos desenhos: A Figura 1 é uma vista de corte esquemática através de um orifício de película de um componente de motor de acordo com a técnica anterior. A Figura 2 é uma vista superior da superfície quente do componente de motor da técnica anterior da Figura 1. A Figura 3 é um diagrama de corte transversal esquemático de um motor de turbina a gás para uma aeronave. A Figura 4 é uma vista de corte lateral de um combustor e de uma turbina de alta pressão do motor da Figura 3. A Figura 5 é uma vista em perspectiva esquemática de um componente de motor que tem um orifício de película de acordo com uma primeira realização da invenção. A Figura 6 é uma vista superior de uma superfície quente do componente de motor da Figura 5. A Figura 7 é uma vista lateral do componente de motor da Figura 5.

Descrição de Modalidades da Invenção [009] As realizações descritas da presente invenção são dirigidas a um componente de motor refrigerado por película, particularmente em um motor de turbina a gás. Para propósito de ilustração, aspectos da presente invenção serão descritos com relação a um motor de turbina a gás de aeronave. Será compreendido, entretanto, que a invenção não é tão limitada e pode ter aplicabilidade geral em aplicações não de aeronave, tais como outras móveis aplicações e aplicações não móveis industriais, comerciais e residenciais.

[010] A Figura 3 é um diagrama de corte transversal esquemático de um motor de turbina a gás 10 para uma aeronave. O motor 10 tem um eixo geométrico que se estende, em geral, longitudinalmente ou linha central 12 que se estende da dianteira 14 a traseira 16. O motor 10 inclui, em relacionamento de fluxo serial a jusante, uma seção de ventilador 18 que inclui um ventilador 20, uma seção de compressor 22 que inclui um compressor de reforço ou de baixa pressão (LP) 24 e um compressor de alta pressão (HP) 26, uma seção de combustão 28 que inclui um combustor 30, uma seção de turbina 32 que inclui uma turbina de HP 34, e uma turbina de LP 36, e uma seção de escapamento 38.

[011] A seção de ventilador 18 inclui um alojamento de ventilador 40 que circunda o ventilador 20. O ventilador 20 inclui uma pluralidade de lâminas de ventilador 42 dispostas radialmente em volta da linha central 12.

[012] O compressor de HP 26, o combustor 30, e a turbina de HP 34 formam um núcleo 44 do motor 10 que gera gases de combustão. O núcleo 44 é circundado por um alojamento de núcleo 46 que pode ser acoplado ao alojamento de ventilador 40.

[013] Um eixo ou bobina de HP 48 disposto coaxialmente em volta da linha central 12 do motor 10 que conecta em forma de acionamento a turbina de HP 34 ao compressor de HP 26. Um eixo ou bobina de LP 50, que é disposto coaxialmente em volta da linha central 12 do motor 10 dentro da bobina de HP anular de diâmetro maior 48, que conecta em forma de acionamento a turbina de LP 36 ao compressor de LP 24 e ao ventilador 20.

[014] O compressor de LP 24 e o compressor de HP 26 incluem respectivamente uma pluralidade de estágios de compressor 52, 54, na qual um conjunto de lâminas de compressor 56, 58 gira relativo a um conjunto correspondente de palhetas de compressor estáticas 60, 62 (também chamado um bico) para comprimir ou pressurizar a corrente de fluido que passa através do estágio. Em um estágio de compressor único 52, 54, múltiplas lâminas de compressor 56, 58 podem ser fornecidas em um anel e podem se estender radialmente para fora em relação à linha central 12, a partir de um a para um ponta de lâmina, embora as palhetas de compressor estáticas correspondentes 60, 62 sejam posicionadas a jusante de e adjacentes às lâminas giratórias 56, 58. É observado que o número de lâminas, palhetas, e estágios de compressor mostrados na Figura 3 foi selecionado apenas com propósito ilustrativo, e que outros números são possíveis.

[015] A turbina de HP 34 e a turbina de LP 36 incluem respectivamente uma pluralidade de estágios de turbina 64, 66, na qual um conjunto de lâminas de turbina 68, 70 é girado relativo a um conjunto correspondente de palhetas de turbina estáticas 72, 74 (também chamado um bico) para extrair energia a partir da corrente de fluido que passa através do estágio. Em um estágio de turbina único 64, 66, múltiplas lâminas de turbina 68, 70 podem ser fornecidas em um anel e podem se estender radialmente para fora em relação à linha central 12, a partir de uma plataforma de lâmina para uma ponta de lâmina, enquanto as palhetas de turbina estáticas correspondentes 72, 74 são posicionadas a montante e adjacentes às lâminas giratórias 68, 70. É observado que o número de lâminas, palhetas, e estágios de turbina mostrado na Figura 3 foi selecionado apenas com propósito ilustrativo, e que outros números são possíveis.

[016] Em operação, o ventilador giratório 20 supre ar ambiente para o compressor de LP 24, que, então, supre ar ambiente pressurizado para o compressor de HP 26, que pressuriza adicionalmente o ar ambiente. O ar pressurizado do compressor de HP 26 é misturado com combustível no combustor 30 e inflamado, para, desse modo, gerar gases de combustão. Algum trabalho é extraído a partir desses gases pela turbina de HP 34, que aciona o compressor de HP 26. Os gases de combustão são descarregados dentro da turbina de LP 36, que extrai trabalho adicional para acionar o compressor de LP 24, e o gás de escapamento é finalmente descarregado a partir do motor 10 por meio da seção de escapamento 38. O acionamento da turbina de LP 36 aciona a bobina de LP 50 para girar o ventilador 20 e o compressor de LP 24.

[017] Parte do ar ambiente suprido pelo ventilador 20 pode desviar do núcleo do motor 44 e ser usado para arrefecimento das porções, especialmente porções quentes, do motor 10, e/ou usado para arrefecer ou alimenta outros aspectos da aeronave. No contexto de um motor de turbina, as porções quentes do motor ficam, normalmente, a jusante do combustor 30, especialmente a seção de turbina 32, em que a turbina de HP 34 é a porção mais quente uma vez que a mesma fica diretamente a jusante da seção de combustão 28. Outras fontes de fluido de arrefecimento podem ser, porém sem limitações, fluido descarregado a partir do compressor de LP 24 ou do compressor de HP 26.

[018] A Figura 4 é uma vista de corte lateral do combustor 30 e turbina de HP 34 do motor 10 da Figura 3. O combustor 30 inclui um defletor 76 e um revestimento de combustor 77. Adjacente à lâmina de turbina 68 da turbina 34 na direção axial ficam conjuntos de palhetas de turbina estáticas, afastadas radialmente 72, em que palhetas adjacentes 72 formam bicos entre as mesmas. Os bicos giram o gás de combustão para fluir melhor nas lâminas giratórias para que a energia máxima possa ser extraída pela turbina 34. Um fluxo de fluido de arrefecimento C passa através das palhetas 72 para arrefecer as palhetas 72 visto que o fluxo de gás de combustão quente H passa ao longo do externa das palhetas 72. Uma montagem de cobertura 78 fica adjacente à lâmina giratória 68 para minimizar perda de fluxo na turbina 34. Montagens de cobertura similares também podem ser associadas à turbina de LP 36, ao compressor de LP 24, ou ao compressor de HP 26.

[019] Um ou mais dos componentes de motor do motor 10 incluem um substrato arrefecido por película no qual um orifício de película de uma realização revelada adicionalmente no presente documento pode ser fornecido. Alguns exemplos não limitantes do componente de motor que tem um substrato arrefecido por película podem incluir as lâminas 68, 70, palhetas ou bicos 72, 74, defletor de combustor 76, revestimento de combustor 77, ou montagem de cobertura 78, descritos nas Figuras 3 e 4. Outros exemplos não limitantes em que arrefecimento de película é usado incluem turbina dutos de transição e bicos de escapamento.

[020] A Figura 5 é uma vista em perspectiva esquemática que mostra uma porção de um componente de motor 80 de acordo com uma primeira realização da invenção. O componente de motor 80 pode ser um componente de motor do motor 10 da Figura 3, e pode ser disposto em um fluxo de gás quente representado pela seta H. Um fluxo de fluido de arrefecimento, representado pela seta C pode ser suprido para arrefecer o componente de motor. Como discutido acima com relação às Figuras 3-4, no contexto de um motor de turbina, o ar de arrefecimento pode ser ar ambiente suprido pelo ventilador 20 que desvia do núcleo do motor 44, fluido a partir do compressor de LP 24, ou fluido a partir do compressor de HP 26.

[021] O componente de motor 80 inclui um substrato 82 que tem uma superfície quente 84 voltada para o fluxo de gás de combustão quente H e uma superfície de arrefecimento 86 voltada para o fluido de arrefecimento C. O substrato 82 pode formar uma parede do componente de motor 80; a parede pode ser uma parede externa ou interna do componente de motor 80. O primeiro componente de motor 80 pode definir pelo menos uma cavidade interna 88 que compreende a superfície de arrefecimento 86. A superfície quente 84 pode ser uma superfície externa do componente de motor 80. No caso de um motor de turbina a gás, a superfície quente 84 pode ser exposta a gases que têm temperaturas na faixa de 1000 °C a 2000 °C. Materiais adequados para o substrato 82 incluem, porém sem limitações, aço, metais refratários tais como titânio, ou superligas baseadas em níquel, cobalto, ou ferro, e compósitos de matriz de cerâmica. As superligas podem incluir aquelas em estruturas equiaxiais, solidificadas direcionalmente e de cristal único.

[022] O componente de motor 80 inclui adicionalmente um ou mais orifício(s) de película 90 que se estende(m) através do substrato 82 que fornece(m) comunicação fluida entre a cavidade interna 88 e a superfície quente 84 do componente de motor 80. Durante a operação, o fluxo de fluido de arrefecimento C é suprido para a cavidade interna 88 e para fora do orifício de película 90 para criar uma camada ou película fina de ar frio na superfície quente 84, protegendo a mesma do fluxo de gás de combustão quente H. Embora apenas um orifício de película 90 seja mostrado na Figura 5, entende- se que o componente de motor 80 pode ser dotado de múltiplos orifícios de película 90, que podem ser dispostos em qualquer configuração desejada no componente de motor 80.

[023] O orifício de película 90 pode ter uma entrada 92 fornecida na superfície de arrefecimento 86 do substrato 82, uma saída 94 fornecida na superfície quente 84, e uma passagem 96 que conecta a entrada 92 e a saída 94. O fluxo de fluido de arrefecimento C entra no orifício de película 90 na entrada 92 e passa através da passagem 96 antes de sair pelo orifício de película 90 na saída 94.

[024] A passagem 96 pode incluir uma primeira porção 98 e uma segunda porção 100 que fica a jusante da primeira porção 98 com relação à direção de fluxo de fluido de arrefecimento C através da passagem 96. Cada porção 98, 100 da passagem pode definir uma linha central distinta 102, 104, que é o eixo geométrico longitudinal que passa através do centro geométrico da área de corte transversal da porção 98, 100. Como usado no presente documento com relação ao orifício de película 90, o termo “direção axial” e variantes do mesmo se referem à direção de fluxo de fluido de arrefecimento C ao longo das linhas centrais 102, 104 da superfície de arrefecimento 86 para a superfície quente 84, e o termo “direção radial” e variantes do mesmo se referem à direção ortogonal às linhas centrais 102, 104. Como ilustrado no presente documento, as linhas centrais 102, 104 são lineares; em outras realizações as linhas centrais 102, 104 podem ser não lineares ou curvas, dependendo do formato do orifício de película 90.

[025] Com referência adicional à Figura 6, que é uma vista superior da superfície quente 84 do componente de motor 80 da Figura 5, a segunda porção 100 pode ser girada relativa à primeira porção 98, de modo que a segunda linha central 104 não seja colinear à primeira linha central 102 quando visualizada a partir da superfície quente 84. A segunda linha central 104 pode formar um primeiro ângulo A relativo à primeira linha central 102. Na realização ilustrada, o primeiro ângulo A pode ser determinado em volta de um eixo geométrico 106 perpendicular a um plano definido pela superfície quente 84. Quando visualizado a partir da superfície quente 84 como na Figura 6, o eixo geométrico 106 sai da página.

[026] Muitos orifícios de película da técnica anterior, que incluem o orifício de película 200 mostrado nas Figuras 1 e 2, ficam ao longo de uma única linha central ou linhas centrais colineares quando visualizadas de cima. Aqui, devido à segunda porção 100 ser girada para fora do plano no qual a primeira linha central 104 fica, as linhas centrais 102, 104 não são colineares quando visualizadas a partir da superfície quente 84. A segunda porção girada 100 fornece uma mudança lateral na direção para o fluxo de fluido de arrefecimento C através da passagem 96. Um benefício geral para isso é o grau de liberdade e/ou flexibilidade de projeto adicionado. A entrada 92 e saída 94 não são mais restritas a estar nos mesmos eixos geométricos colineares. A entrada 92 pode ser posicionada conforme necessário com relação a recursos ou paredes internas do componente de motor 80, ao mesmo tempo em que ainda mantendo uma localização benéfica desejada para a saída 94.

[027] As duas linhas centrais 102, 104 podem cruzar em um ponto de interseção 108. O ponto de interseção 108 pode ficar dentro da passagem 96 como ilustrado no presente documento. O eixo geométrico 106 pode passar através do ponto de interseção 108, de modo que o vértice do primeiro ângulo A permaneça no ponto de interseção 108. Além de passar através do ponto de interseção 108, em algumas realizações da invenção o eixo geométrico 106 pode ser, adicionalmente, perpendicular a ambas as superfícies quente e de arrefecimento 84, 86.

[028] É observado que, em qualquer uma das realizações discutidas no presente documento, embora o substrato 82 seja mostrado esquematicamente como sendo, em geral, plano, entende-se que o substrato 82 pode ser curvo para muitos componentes de motor 80. Entretanto, a curvatura do substrato 82 pode ser leve em comparação ao tamanho do orifício de película 90, e assim para os propósitos de discussão e ilustração, o substrato 82 é mostrado como plano. Quer o substrato 82 seja plano ou curvo, o eixo geométrico 106 pode ser perpendicular a um plano definido pela superfície quente 84 na área localizada do substrato 82 através da qual o eixo geométrico 106 passa. Além disso, quer o substrato 82 seja plano ou curvo no local para o orifício de película 90, as superfícies quente e de arrefecimento 84, 86 podem ser paralelas uma à outra como mostrado no presente documento, ou podem ficar em planos não paralelos.

[029] A primeira porção 98 pode ser inclinada em uma direção a jusante de fluxo de fluido de arrefecimento C através da passagem 96 de modo que a primeira linha central 102 não seja ortogonal às superfícies quente e de arrefecimento 84, 86. A segunda porção 100 também pode ser inclinada em uma direção a jusante de fluxo de fluido de arrefecimento C através da passagem 96 de modo que a segunda linha central 104 não seja ortogonal às superfícies quente e de arrefecimento 84, 86. Alternativamente, qualquer linha central 102, 104 pode ser ortogonal a uma ou a ambas as superfícies quente ou de arrefecimento 84, 86.

[030] A primeira e segunda porções 98, 100 podem ter um formato de corte transversal circular ou não circular, em que o formato de corte transversal é definido radialmente relativo à linha central 102, 104, respectivamente. Cortes transversais não circulares podem incluir, porém sem limitações, formatos retangular, elíptico, trapezoidal, ou outro formato irregular. Além disso, o formato de corte transversal da primeira e segunda porções 98, 100 pode permanecer substancialmente constante ao longo da linha central 102, 104, respectivamente, ou pode variar. Por exemplo, a primeira e segunda porções 98, 100 podem convergir ou divergir a partir da linha central 102, 104, respectivamente, ao longo da direção axial.

[031] Na realização ilustrada, a primeira porção 98 pode ser uma porção de entrada da passagem 96, de modo que a primeira porção 98 inclua a entrada 92. A segunda porção 100 pode ser uma porção de saída da passagem 96, de modo que a segunda porção 100 inclua a saída 94 da passagem 96. A porção de entrada 98 pode se estender da entrada 92 para o ponto de interseção 108, e a porção de saída 100 pode se estender do ponto de interseção 108 para a saída 94.

[032] Mais especificamente, na realização ilustrada, a primeira porção 98 é definida por uma seção de medição 110 da passagem 96 para medição da taxa de fluxo de massa do fluxo de fluido de arrefecimento C, e a segunda porção 100 é definida por uma seção de difusão 112 na qual o fluido de arrefecimento C pode se expandir para formar uma película de arrefecimento mais ampla. A seção de difusão 112 pode ficar em comunicação de fluxo serial com a seção de medição 110. A seção de medição 110 pode ser fornecida na ou próxima à entrada 92, enquanto a seção de difusão 112 pode ser definida na ou próxima à saída 94.

[033] A seção de medição 110 é uma porção da passagem 96 com a menor área de corte transversal perpendicular à direção de fluxo de fluido de arrefecimento C através da passagem 96. A seção de medição 110 pode ser uma localização distinta na qual a passagem 96 tem a menor área de corte transversal, ou uma seção da passagem alongada 96.

[034] Uma entrada para a seção de medição 110 se comunica com a entrada 92 para a passagem 96 e recebe o fluxo de fluido de arrefecimento C a partir da mesma; em algumas realizações da invenção, que incluem a realização da Figura 5, a entrada para a seção de medição 110 pode ser adicionalmente coincidente com a entrada 92 para a passagem 96. Uma saída da seção de difusão 112 é coincidente com a saída 94 da passagem 96. Uma saída da seção de medição 110 é coincidente com uma entrada para a seção de difusão 112 que define uma transição onde o fluxo de fluido de arrefecimento C pode começar a se expandir.

[035] O ponto de interseção 108 das duas linhas centrais 102, 104 pode ficar na transição entre a seção de medição 110 e a seção de difusão 112. Na realização ilustrada, a seção de medição 110 é uma seção alongada da passagem 96, e o ponto de interseção 108 fica em uma extremidade distai ou a jusante da seção de medição 110.

[036] O formato geral da segunda porção 100 mostrado na Figura 5 é substancialmente similar a cônico em formato, de modo que, na direção axial, a seção de difusão 100, em geral, diverge da segunda linha central 104, mas tem um corte transversal substancialmente circular perpendicular à segunda linha central 104. Alternativamente, a segunda porção 100 pode ter um corte transversal substancialmente elíptico ou retilíneo.

[037] Em operação, o fluxo de fluido de arrefecimento C entra no orifício de película 90 através da entrada 92 e passa através da seção de medição 98, gira no ponto de interseção 108, e passa através da seção de difusão 100 antes de sair do orifício de película 90 na saída 94 ao longo da superfície quente 84. O primeiro ângulo A pode representar uma mudança lateral na direção geral de fluxo de fluido de arrefecimento C através da passagem 96. O primeiro ângulo A pode ser o ângulo mínimo entre a primeira linha central 102 e a segunda linha central 104, de modo que o mesmo representa a magnitude ou valor absoluto da mudança lateral na direção, independentemente da direção na qual a segunda porção 100 é girada relativa à primeira porção 98, ou seja, quer a segunda porção 100 seja girada para cima ou para baixo, relativa à vista mostrada na Figura 6, em volta do eixo geométrico 106.

[038] Em um exemplo, o primeiro ângulo A pode ser agudo. Mais especificamente, o primeiro ângulo A pode ser maior do que 0 e menor do que 90 graus. Ainda mais especificamente, o primeiro ângulo A pode variar a partir de 0 a 45 graus. Um ângulo agudo A pode reduzir o potencial para dano de material durante a fabricação do orifício de película 90 e também reduzir os efeitos de tolerâncias de fabricação no desempenho de arrefecimento. Ângulos maiores também podem diminuir os coeficientes de descarga do orifício de modo que a taxa de fluxo de fluido de arrefecimento através do orifício de película diminui. Em outras realizações da invenção, o primeiro ângulo A pode ser obtuso, ou seja, maior do que 90 graus.

[039] A Figura 7 é uma vista lateral do componente de motor 80, na qual o orifício de película 90 é mostrado em linha pontilhada. Quando visualizada a partir de um plano ortogonal à superfície quente 84, a segunda linha central 104 pode formar um segundo ângulo B relativo à primeira linha central 102. Na realização ilustrada, o segundo ângulo B pode ser determinado em volta de um eixo geométrico 114 perpendicular ao eixo geométrico 106. O eixo geométrico 114 pode assim ser paralelo ao plano definido pela superfície quente 84. O eixo geométrico 114 pode passar através do ponto de interseção 108, de modo que o vértice do segundo ângulo B permaneça no ponto de interseção 108.

[040] O segundo ângulo B pode representar uma mudança longitudinal na direção geral de fluxo de fluido de arrefecimento C através da passagem 96. O segundo ângulo B pode ser o ângulo mínimo entre a primeira linha central 102 e a segunda linha central 104, de modo que o mesmo representa a magnitude ou valor absoluto da mudança longitudinal na direção, independentemente da direção na qual a segunda porção 100 é girada relativa à primeira porção 98, ou seja, quer a segunda porção 100 seja girada para cima ou para baixo, relativa à vista mostrada na Figura 7, em volta do eixo geométrico 114.

[041] Em um exemplo, o segundo ângulo B pode ser agudo. Mais especificamente, o segundo ângulo B pode ser maior do que 0 e menor do que 90 graus. Ainda mais especificamente, o segundo ângulo B pode variar a partir de 0 a 25 graus. Em outras realizações da invenção, o segundo ângulo B pode ser obtuso, ou seja, maior do que 90 graus.

[042] É observado que para muitos orifícios de película da técnica anterior, que incluem o orifício de película mostrado nas Figuras 1 e 2, o orifício de película fica ao longo de uma ou mais linhas centrais que podem ser visualizadas em um plano de corte transversal. Aqui, devido à segunda porção 100 ser girada para fora do plano com a primeira porção 98, as linhas centrais 102, 104 do orifício de película 90 não podem ser visualizadas em uma única vista de corte transversal ortogonal à superfície quente 84. Entretanto, ambas as linhas centrais 102, 104 podem ser visualizadas a partir de um plano ortogonal à superfície quente 84 a partir do lado externo do orifício de película 90.

[043] Realizações da presente invenção podem ser combinadas com moldagem ou contorno da seção de medição e/ou da seção de difusão do orifício de película 90. As realizações da presente invenção também podem ser aplicadas a orifícios de película sem uma seção de difusão. As realizações da presente invenção também podem se aplicar a arrefecimento de película tipo fenda, em cujo caso a saída 94 é fornecida dentro de uma fenda na superfície quente 84. Adicionalmente, em qualquer umas das realizações acima, um revestimento pode ser aplicado à superfície quente 84 do substrato 82. Alguns exemplos não limitantes de revestimentos incluem um revestimento de barreira térmica, um revestimento de proteção contra oxidação, ou combinações dos mesmos.

[044] As várias realizações de dispositivos e métodos relacionados à invenção revelada no presente documento fornecem arrefecimento aprimorado para estruturas de motor, particularmente em um componente de turbina que tem orifícios de película. Uma vantagem que pode ser obtida na prática de algumas realizações dos sistemas descritos é que o orifício de película inclui porções que são anguladas entre si quando visualizadas a partir da superfície quente. Orifícios de película difusores formatados previamente têm limitações significativas quando aplicados em orientações de ângulo composto. Permitindo-se que os eixos geométricos de porções diferentes do orifício de película sejam diferentes, particularmente os eixos geométricos das porções de entrada e saída, a porção de saída pode ser girada a partir da porção de entrada. O orifício de película multieixo fornece a capacidade para girar a porção de saída conforme necessário para benefício máximo, tal como aumentando a eficácia de arrefecimento de película em regiões de aerofólio altamente curvas, o que permite que os orifícios de película sejam posicionados preferencialmente dentro de passagens de arrefecimento sem sacrificar os benefícios de moldagem e cobertura completas, e/ou permitindo o desacoplamento dos efeitos de fluxo de entrada e saída devido à orientação relativa da entrada ou saída do orifício de película para o local de direção de fluxo de fluido de arrefecimento ou de gás de combustão quente para o orifício de película, respectivamente.

[045] Essa descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, que incluem o melhor modo, e também para habilitar qualquer pessoa versada na técnica a praticar a invenção, incluindo fazer e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram a pessoas versadas na técnica. Esses outros exemplos são destinados a serem incluídos no escopo das reivindicações se os mesmos tiverem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se os mesmos incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais das linguagens literais das reivindicações.

Lista de Partes 10 motor de turbina a gás 12 linha central 14 anterior 16 posterior 18 seção de ventilador 20 ventilador 22 seção de compressor 24 LPC

26 HPC 28 seção de combustão 30 combustor 32 seção de turbina 34 HPT

36 LPT 38 seção de escapamento 40 alojamento de ventilador 42 lâminas de ventilador 44 núcleo 46 alojamento de núcleo 48 bobina de HP

50 bobina de LP

52 estágio de LPC

54 estágio de HPC

56 lâminas de LPC

58 lâminas de HPC

60 palhetas de LPC 62 palhetas de HPC 64 estágio de HPT

66 estágio de LPT

68 lâminas de HPT

70 lâminas de LPT

72 palhetas de HPT 74 palhetas de LPT 76 defletor 77 revestimento de combustor 78 montagem de cobertura 80 componente de motor 82 substrato/parede 84 superfície quente 86 superfície de arrefecimento 88 cavidade interna 90 orifício de película 92 entrada 94 saída 96 passagem 98 primeira porção 100 segunda porção 102 primeira linha central 104 segunda linha central 106 eixo geométrico 108 ponto de interseção 110 seção de medição 112 seção de difusão 114 eixo geométrico 116 118 120 122 124 126 128 130 200 orifício de película 202 componente de motor 204 superfície quente 206 superfície de arrefecimento 208 entrada 210 saída 212 passagem 214 seção de medição 216 seção de difusão 218 primeira linha central 220 segunda linha central H fluxo de gás de combustão quente C fluxo de fluido de arrefecimento X ângulo de interseção (técnica anterior) A primeiro ângulo B segundo ângulo Reivindicações

Claims

1. COMPONENTE DE MOTOR (80) para um motor de turbina a gás, em que o motor de turbina a gás gera fluxo de gás de combustão quente, caracterizado pelo fato de que compreende: um substrato (82) que tem uma superfície quente (84) voltada para o fluxo de gás de combustão quente e uma superfície de arrefecimento (86) voltada para um fluxo de fluido de arrefecimento; e um orifício de película (90) que se estende através do substrato (82) e que tem uma entrada (92) fornecida na superfície de arrefecimento (86), uma saída (94) fornecida na superfície quente (84), e uma passagem (96) que conecta a entrada (92) e a saída (94); em que a passagem (96) compreende uma porção de entrada (98) que define uma linha central de porção de entrada (102) e uma porção de saída (100) que define uma linha central de porção de saída (104), que forma um primeiro ângulo relativo à linha central de porção de entrada (102) de modo que a linha central de porção de saída (104) é não colinear à linha central de porção de entrada (102) quando visualizada a partir da superfície quente (84).

2. COMPONENTE DE MOTOR (80), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a linha central de porção de saída (104) forma um segundo ângulo relativo à linha central de porção de entrada (102) quando visualizada a partir de um plano ortogonal à superfície quente (84).

3. COMPONENTE DE MOTOR (80), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre o primeiro e segundo ângulos é agudo.

4. COMPONENTE DE MOTOR (80), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que tanto o primeiro quanto o segundo ângulos são agudos.

5. COMPONENTE DE MOTOR (80), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro ângulo está situado em volta de um eixo geométrico (106) perpendicular a um plano definido pela superfície quente (84).

6. COMPONENTE DE MOTOR (80), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o eixo geométrico (106) passa através de uma interseção (108) da linha central de porção de entrada (102) e da linha central de porção de saída (104).

7. COMPONENTE DE MOTOR (80), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a passagem (96) compreende uma seção de medição (110) que define a porção de entrada (98) e uma seção de difusão (112) que define a porção de saída (100).

8. COMPONENTE DE MOTOR (80), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a seção de medição (110) inclui a entrada (92) e a seção de difusão (112) inclui a saída (94).

9. COMPONENTE DE MOTOR (80), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a linha central de porção de entrada (102) e a linha central de porção de saída (104) são lineares.

10. COMPONENTE DE MOTOR (80) para um motor de turbina a gás, em que o motor de turbina a gás gera fluxo de gás de combustão quente, caracterizado pelo fato de que compreende: um substrato (82) que tem uma superfície quente (84) voltada para o fluxo de gás de combustão quente e uma superfície de arrefecimento (86) voltada para um fluxo de fluido de arrefecimento; e um orifício de película (90) que se estende através do substrato (82) e que tem uma entrada (92) fornecida na superfície de arrefecimento (86), uma saída (94) fornecida na superfície quente (84), e uma passagem (96) que conecta a entrada (92) e a saída (94); em que a passagem (96) compreende: uma primeira porção (98) que define uma primeira linha central (102); e uma segunda porção (100) localizada a jusante da primeira porção (98) relativa à direção do fluxo de fluido de arrefecimento através da passagem (96), que define uma segunda linha central (104); em que a segunda linha central (104) forma um primeiro ângulo relativo à primeira linha central (102) em volta de um eixo geométrico (106) perpendicular a um plano definido pela superfície quente (84).