BR102016005747A2 - motor de turbina a gás - Google Patents

Abstract

um motor de turbina a gás inclui uma ventoinha com uma pluralidade de lâminas de ventoinhas rotativas acerca de um eixo, e uma seção de compressão que inclui, pelo menos, primeira e segunda seções de compressor. uma temperatura média de saída da seção de compressão é entre cerca de 1000 ° f e cerca de 1500 ° f. o motor também inclui um combustor que está em comunicação fluida com a seção de compressão, e uma seção de turbina, que está em comunicação fluida com o combustor. uma arquitetura de engrenagens é impulsionada pela seção de turbina para a rotação da ventoinha acerca do eixo.

Description

“MOTOR DE TURBINA A GÁS” REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

[001] Esta é uma continuação em parte do Pedido US No. 14/354,175, apresentado 25 de abril de 2014, o que corresponde à fase nacional dos EUA do PCT/US2013/030407, depositado em 12 de março de 2013, reivindicando a prioridade para Pedido Provisório US n° 61/708,692, depositado em 02 de outubro de 2012.

FUNDAMENTOS

[002] Um motor de turbina a gás, normalmente, possui uma seção de ventoinha, uma seção de compressor, uma seção de combustor e uma seção de turbina. O ar que entra na seção de compressor é comprimido e entregue na seção de combustão onde é misturado com o combustível e inflamado para gerar um fluxo de gás de escape de alta velocidade. O fluxo de gás de escape de alta velocidade se expande através da seção de turbina para impulsionar o compressor e a seção de ventoinha. A seção de compressor inclui, normalmente, compressores de baixa e alta pressão, e a seção de turbina inclui turbinas de baixa e alta pressão.

[003] A turbina de alta pressão impulsiona o compressor de alta pressão através de uma haste externa para formar uma bobina alta, e a turbina de baixa pressão impulsiona o compressor de baixa pressão por meio de uma haste interna para formar uma bobina baixa. A seção de ventoinha pode também ser impulsionada pela haste interior baixa.

[004] Um dispositivo de redução de velocidade, tal como um conjunto de engrenagens epicíclico pode ser utilizado para impulsionar a seção da ventoinha, de tal modo que a seção de ventoinha possa rotacionar a uma velocidade diferente da seção de turbina, de modo a aumentar a eficiência global de propulsão do motor. Em tais arquiteturas de motor, uma haste impulsionada por uma das seções de turbina provê uma entrada para o conjunto de engrenagens epicíclico que impulsiona a seção de ventoinha a uma velocidade reduzida de modo que tanto a seção de turbina e a seção de ventoinha podem rotacionar em velocidades mais próxima da ideal.

[005] Sob certas condições operacionais, a seção de compressão de motores turbojato engrenados podem ser sujeitas a altas temperaturas de saída. Embora arquiteturas turbojato engrenadas melhorem a eficiência da propulsão a altas temperaturas, fabricantes de motor de turbina continuam a procurar por melhorias adicionais no desempenho do motor, incluindo melhorias para eficiências térmicas, de transferência e de propulsão.

SUMÁRIO

[006] Numa modalidade em particular, um motor de turbina a gás inclui uma ventoinha com uma pluralidade de lâminas de ventoinhas rotativas acerca de um eixo, e uma seção de compressão que inclui, pelo menos, primeira e segunda seções de compressor. Uma temperatura média de saída da seção de compressão é entre cerca de 1000 ° F e cerca de 1500 ° F. O motor também inclui um combustor que está em comunicação fluida com a seção de compressão, e uma seção de turbina, que está em comunicação fluida com o combustor. uma arquitetura de engrenagens é impulsionada pela seção de turbina para a rotação da ventoinha acerca do eixo.

[007] Numa outra modalidade, de acordo com a modalidade anterior, a temperatura média de saída está entre cerca de 1100 ° F e cerca de 1450 ° F.

[008] Numa outra modalidade, de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, a ventoinha impulsiona ar ao longo de um caminho de fluxo de desvio em um duto de desvio definido entre uma nacela de ventoinha e uma nacela central, e em que uma razão de desvio é maior do que cerca de dez.

[009] Em outra modalidade de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, a arquitetura de engrenagens tem uma razão de engrenagem maior do que cerca de 2,4.

[0010] Em outra modalidade de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, a primeira seção de compressor compreende um compressor de baixa pressão e a segunda seção de compressor compreende um compressor de alta pressão, e em que a seção de turbina compreende uma turbina de baixa pressão que impulsiona o compressor de baixa pressão por meio de uma primeira haste e uma turbina de alta pressão que impulsiona o compressor de alta pressão através de uma segunda haste, e em que a arquitetura de engrenagens acopla a primeira haste com a ventoinha.

[0011] Em outra modalidade, de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, o compressor de alta pressão inclui uma pluralidade de estágios, sendo que cada estágio compreende um disco com uma pluralidade de lâminas que se estendem radialmente para fora a partir de uma borda do disco, e em que a pluralidade de estágios inclui, pelo menos, um primeiro estágio tendo uma primeira configuração de disco e lâmina e um segundo estágio tendo uma segunda configuração de disco e lâmina que é diferente da primeira configuração de disco e lâmina.

[0012] Em outra modalidade, de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, a primeira configuração de disco e lâmina compreende uma pluralidade de compartimentos para receber a pluralidade de lâminas e inclui uma pluralidade de cavidades de rebordo para vedações em favo, e em que a segunda configuração de disco e lâmina compreende integralmente lâminas formadas tais que não existem cavidades de rebordo ou vedações em favo associadas.

[0013] Numa outra modalidade, de acordo com qualquer das modalidades anteriores, o primeiro estágio é posicionado para a frente do segundo estágio.

[0014] Numa outra modalidade, de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, um indutor forma uma seção de compressão adicional posicionada em frente aos compressores de alta e baixa pressão.

[0015] Numa outra modalidade, de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, o indutor está configurado para rodar a uma velocidade em comum com a da ventoinha.

[0016] Numa outra modalidade, de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, o indutor está configurado para rodar a uma velocidade mais alta que a da ventoinha, através de um fornecimento adicional da arquitetura de engrenagens.

[0017] Em outro exemplo de modalidade em particular, um motor de turbina a gás inclui uma ventoinha incluindo uma pluralidade de lâminas de ventoinha rotativas acerca de um eixo, uma seção de compressão, incluindo, pelo menos, uma primeira seção de compressão rotativa a uma primeira velocidade e uma segunda seção de compressor rotativa a uma segunda velocidade maior do que a primeira velocidade. Uma temperatura média de saída da seção de compressão é entre cerca de 1000 ° F e cerca de 1500 ° F. Um combustor está em comunicação fluida com a seção de compressão, e uma seção de turbina, está em comunicação fluida com o combustor. uma arquitetura de engrenagens é impulsionada pela seção de turbina para a rotação da ventoinha acerca do eixo.

[0018] Numa outra modalidade de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, a temperatura média de saída da segunda seção de compressor é entre cerca de 1100 ° F e cerca de 1450 ° F.

[0019] Numa outra modalidade, de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, a ventoinha impulsiona ar ao longo de um caminho de fluxo de desvio em um duto de desvio definido entre uma nacela de ventoinha e uma nacela central, e em que uma razão de desvio é maior do que cerca de dez. Em outra modalidade de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, a arquitetura de engrenagens tem uma razão de engrenagem maior do que cerca de 2,4.

[0020] Numa outra modalidade de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, a seção de turbina compreende uma primeira seção de turbina que impulsiona a primeira seção de compressor por meio de uma primeira haste na primeira velocidade e uma segunda seção de turbina que impulsiona a segunda seção de compressor por meio de uma segunda haste na segunda velocidade, e em que a arquitetura de engrenagens acopla a primeira haste com a ventoinha.

[0021] Em outra modalidade, de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, a segunda seção de compressor inclui uma pluralidade de estágios, sendo que cada estágio compreende um disco com uma pluralidade de lâminas que se estendem radialmente para fora a partir de uma borda do disco, e em que a pluralidade de estágios inclui, pelo menos, um primeiro estágio tendo uma primeira configuração de disco e lâmina e um segundo estágio tendo uma segunda configuração de disco e lâmina que é diferente da primeira configuração de disco e lâmina.

[0022] Em outra modalidade, de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, a primeira configuração de disco e lâmina compreende uma pluralidade de compartimentos para receber a pluralidade de lâminas e inclui uma pluralidade de cavidades de rebordo para vedações em favo, e em que a segunda configuração de disco e lâmina compreende integralmente lâminas formadas tais que não existem cavidades de rebordo ou vedações em favo associadas.

[0023] Numa outra modalidade, de acordo com qualquer das modalidades anteriores, o primeiro estágio é posicionado para a frente do segundo estágio.

[0024] Numa outra modalidade de acordo com qualquer das modalidades anteriores, a temperatura de operação é definida ao nível do mar, final de energia de decolagem e em um impulso nominal para o motor de turbina a gás.

[0025] Em outra modalidade, de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, uma seção de turbina intermédia, impulsiona um rotor de um compressor.

[0026] Numa outra modalidade, de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, a arquitetura de engrenagens é posicionada intermediária à ventoinha e um rotor de compressor impulsionado pela turbina de baixa pressão.

[0027] Numa outra modalidade, de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores, a redução de engrenagem é posicionada intermediária à turbina de baixa pressão e um rotor compressor impulsionado pela turbina de baixa pressão.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0028] A divulgação pode ser melhor compreendida por referência à descrição detalhada que se segue quando considerada em ligação com os desenhos anexos, em que: [0029] A Figura 1 ilustra esquematicamente uma modalidade de motor turbojato de engrenagem.

[0030] A Figura 2 ilustra uma seção de compressor do motor da Figura 1.

[0031] A Figura 3 é um gráfico que mostra as condições de operação para três motores diferentes tendo altas temperaturas de saída do compressor que são operáveis com a presente invenção.

[0032] A Figura 4 ilustra um disco laminado com uma configuração de cavidade de borda.

[0033] A figura 5 ilustra um disco laminado sem cavidades de borda.

[0034] A Figura 6 é uma representação esquemática de uma seção de compressor com um indutor.

[0035] A Figura 7 mostra uma outra modalidade.

[0036] A Figura 8 mostra ainda outra modalidade.

DESCRIÇÃO

[0037] A Figura 1 ilustra esquematicamente um motor de turbina a gás 20. O motor de turbina a gás 20 divulgado neste documento como um turbojato de duas bobinas que, em geral, incorpora uma seção de ventoinha 22, uma seção de compressor 24, uma seção de combustor 26 e uma seção de turbina 28. Motores alternativos podem incluir uma seção incrementadora (não mostrada) entre outros sistemas ou recursos. A seção de ventoinha 22impulsiona o ar ao longo de um caminho de fluxo de desvio B em um duto de desvio definido dentro de uma nacela 15 e uma nacela central 16, enquanto a seção de compressor 24 impulsiona o ar ao longo de um caminho de fluxo central C para compressão e comunicação na seção de combustor 26, expandindo-se então através da seção de turbina 28. Embora descrito como um motor de turbina a gás turbojato de duas bobinas na modalidade não limitante divulgada, deve ser compreendido que os conceitos descritos neste documento não estão limitados ao uso com turbojatos de duas bobinas, visto que os ensinamentos podem ser aplicados a outros tipos de motores de turbina, incluindo arquiteturas de três bobinas.

[0038] O motor exemplar 20 geralmente inclui uma bobina de baixa velocidade 30 e uma bobina de alta velocidade 32 montada para rotação acerca de um eixo longitudinal central de motor A em relação a uma estrutura estática de motor 36 por meio de vários sistemas de rolamento 38. Deve ser entendido que vários sistemas de rolamento 38 em várias localizações podem de forma alternativa ou adicional ser providos, e a localização de sistemas de rolamento 38 pode ser variada conforme apropriado para a aplicação.

[0039] A bobina de velocidade baixa 30 geralmente inclui uma haste interna 40 que interconecta uma ventoinha 42, um compressor de baixa pressão 44 e uma turbina de baixa pressão 46. A haste interna 40 está conectada à ventoinha 42 através de um mecanismo de mudança de velocidade, que no motor de turbina a gás exemplar 20 é ilustrado como uma arquitetura engrenada 48 para impulsionar a ventoinha 42 em uma velocidade menor do que a bobina de baixa velocidade 30. A bobina de velocidade alta 32 inclui uma haste externa 50 que interconecta um compressor de alta pressão 52 e uma turbina de alta pressão 54. Um combustor 56 é arranjado na turbina a gás exemplar 20 entre o compressor de alta pressão 52 e a turbina de alta pressão 54. Uma armação em meio de turbina 58 da estrutura estática de motor 36 é disposta, em geral, entre a turbina de alta pressão 54 e a turbina de baixa pressão 46. A armação em meio de turbina 58 adicionalmente suporta sistemas de rolamento 38 na seção de turbina 28. A haste interna 40 e a haste externa 50 são concêntricas e rotacionam por meio de sistemas de rolamento 38 acerca do eixo longitudinal central de motor A que é colinear com seus eixos longitudinais.

[0040] O fluxo nuclear é comprimido pelo compressor de pressão baixa 44, então, o compressor de pressão alta 52, misturado e queimado com combustível no combustor 56, então, expandido sobre a turbina de pressão alta 56 e turbina de pressão baixa 46. A armação em meio de turbina 58 inclui aerofólios 60 que estão no caminho de fluxo de ar central C. As turbinas 46 e 54 impulsionam de maneira rotacional as respectivas bobina de baixa velocidade 30 e bobina de alta velocidade 32 em resposta à expansão. Será apreciado que cada uma das posições da seção de ventoinha 22, seção de compressor 24, seção de combustor 26, seção de turbina 28 e sistema de engrenagem de impulsão de ventoinha 50 podem ser variadas. Por exemplo, o sistema de engrenagem 50 pode ser localizado atrás da seção de combustor 26 ou até mesmo atrás da seção de turbina 28 e seção de ventoinha 22 pode ser posicionada a frente ou atrás da localização da arquitetura de engrenagem 48.

[0041] O motor 20 em um exemplo é um motor de aeronave engrenado com alto desvio. Em um exemplo adicional, a razão de desvio de motor 20 é maior do que cerca de seis (6), com uma modalidade exemplar sendo maior do que cerca de dez (10), a arquitetura engrenada 48 é um trem de engrenagem epicíclica, tal como um sistema de engrenagem planetária ou outro sistema de engrenagem, com uma razão de redução de engrenagem superior a cerca de 2,3 e a turbina de baixa pressão 46 tem uma razão de pressão que é maior que cerca de cinco. Em uma modalidade divulgada, a razão de desvio de motor 20 é maior do que cerca de dez (10:1), o diâmetro de ventoinha é significativamente maior do que aquele do compressor de baixa pressão 44, e a turbina de baixa pressão 46 tem uma razão de pressão que é maior do que cerca de cinco 5:1. Razão de pressão de turbina de baixa pressão 46 é a pressão medida antes da entrada de turbina de baixa pressão 46 como relacionada à pressão na saída da turbina de baixa pressão 46 antes de um bocal de escape. A arquitetura engrenada 48 pode ser um trem de engrenagem de epiciclo, tal como um sistema de engrenagem planetária ou outro sistema de engrenagem, com uma razão de redução de engrenagem maior do que cerca de 2,3:1 . Deve-se compreender, entretanto, que os parâmetros acima são apenas exemplares de uma modalidade de um motor de arquitetura engrenada e que a presente invenção é aplicável a outros motores de turbina a gás incluindo turbojatos de impulsionamento direto.

[0042] Uma quantia significativa de empuxo é provida pelo fluxo de desvio B devido à alta razão de desvio. A seção de ventoinha 22 do motor 20 é projetada para uma condição de voo particular - normalmente cruzeiro em cerca de 0,8 Mach e cerca de 35.000 pés. A condição de voo de 0,8 Mach e 35.000 pés, com o motor no seu melhor consumo de combustível - também conhecido como "cruzeiro ideal (bucket cruisé) Consumo de Combustível Específico de Empuxo (Thrust Specific Fuel Consumption) (‘TSFC’)" - é o parâmetro industrial padrão de lbm de combustível sendo queimado dividido por lbf de empuxo que o motor produz nesse ponto mínimo. "Razão de baixa pressão de ventoinha" é a razão de pressão através da lâmina da ventoinha sozinha, sem um sistema de Palheta de Guia de Saída de Ventoinha ("FEGV"). A razão de baixa pressão de ventoinha conforme divulgada neste documento de acordo com uma modalidade não limitante é menos do que cerca de 1,45. "Baixa velocidade de ponta de ventoinha corrigida" é a velocidade de ponta da ventoinha real em pés/seg dividido por uma correção de temperatura padrão da indústria de [(Tram °R)/(518,7 °R)]0,5. A "baixa velocidade de ponta de ventoinha corrigida" como divulgado neste documento, de acordo com uma modalidade não limitante, é menos do que cerca de 1150 pés/segundo.

[0043] O motor de turbina a gás exemplar inclui ventoinha 42 que compreende, em uma modalidade não limitante, menos do que cerca de 26 lâminas de ventoinha. Em outra modalidade não limitante, a seção de ventoinha 22 inclui menos do que cerca de 20 lâminas de ventoinha. Mais ainda, numa modalidade divulgada a turbina de baixa pressão 46 inclui não mais do que cerca de seis rotores de turbina esquematicamente indicados em 34. Em outra modalidade de exemplo não limitante a turbina de baixa pressão 46 inclui cerca de 3 rotores de turbina. A razão entre o número de lâminas de ventoinha e o número de rotores de turbina de baixa pressão está entre cerca de 3,3 e cerca de 8,6. A turbina de baixa pressão de exemplo 46 fornece a potência de impulso para rotacionar a seção de ventoinha 22 e, portanto, a razão entre o número de rotores de turbina 34 na turbina de baixa pressão 46 e o número de lâminas na seção de ventoinha 22 divulga um motor de turbina a gás de exemplo 20 com elevada eficiência de transferência de potência.

[0044] Fazendo referência à Figura 2, com referência continuada à Figura 1, o divulgado motor turbojato engrenado 20 inclui uma seção de compressão 24, que tem rotores e pelo menos duas secções que rotacionam a duas velocidades diferentes. No exemplo divulgado, uma das seções de compressor é o compressor de alta pressão 52 e uma é um compressor de baixa pressão 44. O compressor de alta pressão exemplo 52 opera a uma temperatura de saída média referida nesta divulgação como T3. O compressor de alta pressão exemplo 52 opera a uma T3 muito alta. Neste exemplo, a T3 é determinada ao nível do mar, final de energia de decolagem e em um impulso nominal para o motor para as condições. Em uma modalidade divulgada, em energia de decolagem, a temperatura T3 excede cerca de 1560 0 P (Rankin), que é aproximadamente 1100 ° F. Num exemplo divulgado, a temperatura T3 é entre cerca de 1000 ° F e cerca de 1500 0 F. Em outra forma de realização divulgada, a temperatura T3 é acima de cerca de 1100 ° F e até cerca de 1450 °F.

[0045] A configuração do motor turbojato de engrenagem divulgado de exemplo, inclui uma razão de desvio maior do que cerca de 10 e uma razão de engrenagem entre a ventoinha e a turbina impulsionada por ventoinha que é maior do que cerca de 2,4. Neste exemplo, a de turbina impulsionada por ventoinha é a turbina de baixa pressão 46; no entanto outras configurações de turbinas impulsionadas por ventoinha estão dentro da contemplação desta divulgação. Condições de operação para três motores diferentes tendo razões superiores a 2,4 são mostradas na Figura 3. A seção de compressor do motor turbojato de engrenagem 24 é capaz de operar de forma eficiente a essas condições.

[0046] A seção de compressor do motor turbojato de engrenagem de exemplo 24 inclui pelo menos duas seções em rotação separadamente que rotacionam em duas velocidades de rotação diferentes e a turbina de impulso de ventoinha 46 impulsiona a ventoinha 42 através da arquitetura de engrenagem 48 a uma velocidade reduzida. A turbina de impulso de ventoinha 46 também pode impulsionar tanto a ventoinha 42 e o compressor de baixa pressão ou para frente 44 através da arquitetura de engrenagem 48 a uma velocidade reduzida com o compressor de baixa pressão 44 impulsionado por um cubo da haste de baixa velocidade 40.

[0047] Numa outra configuração divulgada, o motor turbojato de engrenagem pode incluir um indutor 70 (mostrado esquematicamente na Figura 6), que é uma terceira seção de compressor adicional, na frente das outras duas seções de compressor. Em um exemplo, o indutor 70 compreende uma lâmina que pode ser uma lâmina com compartimentos ou um disco laminado, que sai de um cubo 72, que é acoplado para rodar com a ventoinha 42. Opcionalmente, o indutor 70 pode ser configurado para rodar a uma velocidade maior diferente através de uma saída adicional da caixa de engrenagens do impulso de turbina.

[0048] O segundo compressor ou traseiro da seção de compressor (o compressor de alta pressão 52 neste exemplo divulgado) tem discos laminados 80 (também referidos na indústria como rotores integralmente laminados ou blisks), nos quais um disco 82 e as lâminas associadas 84 são feitos da mesma matéria-prima e encaixes, compartimentos ou outras características de fixação algum são necessários para fixar as lâminas 84 para o disco 82 (Figura 5). Além disso, vedações de favo de não são necessárias no compressor de alta pressão 52 de exemplo e cavidades de borda não são presentes com os discos laminados 80, isto é, a borda está alinhado com o caminho do gás.

[0049] Em configurações de disco e lâmina que têm cavidades de borda, ar no compressor é arrastado para dentro das cavidades de borda e este ar é bombeado localmente até cerca de 50000 g na camada limite ao longo da borda do disco. Este bombeamento ou "vento de canhão", como é conhecido na arte, produz uma temperatura do ar localmente superior na borda do disco a jusante do primeiro estágio ou cavidade, e aquecimento adicional ocorre em estágio e cavidades subsequentes de modo a que a próxima cavidade é mais quente do que a cavidade anterior, e a próxima, e a próxima. O aquecimento acaba, atingindo o último disco e estágio na seção de compressão 24 e limita a temperatura a qual o compressor pode ser operado por causa de um número de fatores. Fatores que limitam a temperatura na qual o compressor pode ser operado incluem fadiga mecânica térmica, fadiga de baixo ciclo, que decorre das descontinuidades térmicas entre a borda do disco e o furo do disco, e de outros materiais e considerações estruturais.

[0050] Como tal, a seção de compressão sujeita 24 usa os discos laminados 80 no (s) estágio (s) situado (s) na parte traseira do compressor de alta pressão 52 como se indica em 90 na Figura 2. Isso elimina o bombeamento local de camada limite neste local.

[0051] Uma característica adicional da seção de compressor de exemplo inclui um disco laminado e configuração de vedação 92 que é utilizada no (s) estágio (s) situado (s) na parte da frente do compressor de alta pressão 52 como se indica em 88 na Figura 2. O disco laminado e configuração de vedação 92, mostrado na Figura 4, inclui um disco 94 com lâminas associadas 96, que inclui as cavidades de borda 98 com vedações de favo. Os discos laminados 92 neste local reduzem o peso de ambos a borda do disco e furo do disco, reduzindo a quantidade de material girando em alta velocidade no aro para além do raio de auto-sustentação. Além disso, como nenhum recurso de fixação é necessário para lâminas de compressor, não ocorre qualquer vazamento intra-estágio da funcionalidade de ligação.

[0052] Vedações de labirinto ou de favo são usadas com palhetas correspondentes porque as palhetas de exemplos têm um ângulo variável para gerenciar uma variedade de velocidades do motor e as condições de vôo. Palhetas variáveis proveem adaptação do funcionamento do compressor com as condições operacionais atuais e, assim, melhoram a eficiência do compressor. Além disso, num exemplo, o primeiro compressor ou de frente, (neste exemplo o primeiro compressor ou de frente é o compressor de baixa pressão 44) também inclui discos laminados. Note-se que se o indutor 70 é utilizado, então discos laminados podem ser utilizados no segundo compressor e não no compressor mais à frente.

[0053] A redução no vazamento e redução no bombeamento permitem que o último estágio da seção de compressão opere dentro dos parâmetros desejados de temperatura e, por conseguinte, uma configuração prática comercialmente viável e desejável. Neste exemplo, o intervalo de temperatura desejado para uma vida tipicamente fixada em 15.000 ciclos de decolagem ou, pelo menos, 7000 ciclos inclui a temperatura T3 (temperatura média de saída HPC) acima de cerca de 1100 F e até 1450 0 F a condições de funcionamento ao nível do mar, final de energia de decolagem e em um impulso nominal para o motor nesta condição.

[0054] Além disso, a seção de compressor divulgada inclui uma configuração que permite ainda o aumento das faixas de temperatura de funcionamento sobre o número elevado desejado de ciclos decolagem. O compressor de baixa pressão de exemplo 44 e o compressor de alta pressão 52 inclui um caminho de fluxo interior de parede e um caminho de fluxo exterior de parede que define a diminuição sucessiva na área (indicada em 100) para comprimir um fluxo de ar de entrada (ver Figura 2). Como apreciado, as paredes de fluxo de caminho são definidas por seções de plataforma de cada um dos estágios dos compressores correspondentes. A parede de caminho de fluxo interior é inclinada progressivamente em direção à parede de caminho de fluxo exterior. A parede de caminho de fluxo exterior é geralmente de um diâmetro uniforme e inclina-se pouco ou nada. A inclinação e curvatura limitada da parede de caminho de fluxo exterior proporciona uma configuração que limita vazamento devido à flexão e alterações térmicas em compressores aerofólios. Flexão ou alterações térmicas em aerofólios com as alterações limitadas à parede de caminho de fluxo exterior resultam em significativamente pouco vazamento e, portanto, permitem uma maior eficiência e operação nos níveis operacionais aumentados.

[0055] A Figura 7 mostra uma modalidade 200, em que há uma turbina de impulso de ventoinha 208 impulsionando uma haste 206 para, por sua vez, impulsionar um rotor de ventoinha 202. Uma redução da engrenagem 204 pode ser posicionada entre a turbina de impulso de ventoinha 208 e o rotor de ventoinha 202. Esta redução de engrenagem 204 pode ser estruturada e operar como a redução de engrenagem divulgada acima. O rotor compressor 210 é impulsionado por uma turbina intermediária de pressão 212 e um rotor de compressor de segundo estágio 214 é impulsionado pelo rotor de turbina 216 Uma seção de combustão 218 é posicionada de forma intermediária ao rotor de compressor 214 e à seção de turbina 216.

[0056] A Figura 8 mostra ainda uma outra modalidade 300, em que um rotor de ventoinha 302 e um compressor de primeiro estágio 304 rotacionam a uma velocidade comum. A engrenagem de redução 306 (que pode ser estruturada conforme divulgado acima) é intermediária ao rotor de compressor 304 e uma haste 308 que é impulsionada por uma seção de turbina de baixa pressão.

[0057] Embora uma modalidade exemplar tenha sido divulgada, um trabalhador versado nesta técnica reconhecerá que certas modificações estarão dentro do escopo desta divulgação. Por essa razão, as seguintes reivindicações devem ser estudadas para determinar o escopo e conteúdo desta divulgação.

REIVINDICAÇÕES

Claims (23)

1. Motor de turbina a gás, caracterizado pelo fato de que compreende: uma ventoinha incluindo uma pluralidade de lâminas de ventoinha rotativas acerca de um eixo; uma seção de compressor, incluindo, pelo menos, uma primeira seção de compressor e uma segunda seção de compressor, em que uma temperatura média de saída da seção de compressor é entre cerca de 1000 0 F e cerca de 1500 ° F; um combustor em comunicação fluida com a seção de compressor; uma seção de turbina em comunicação fluida com o combustor; e uma arquitetura de engrenagens impulsionada pela seção de turbina para a rotação da ventoinha acerca do eixo.

2. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura média de saída está entre cerca de 1100 ° F e cerca de 1450 ° F.

3. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ventoinha impulsiona ar ao longo de um caminho de fluxo de desvio em um duto de desvio definido entre uma nacela de ventoinha e uma nacela central, e em que uma razão de desvio é maior do que cerca de dez.

4. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a arquitetura de engrenagens tem uma razão de engrenagem que é maior do que cerca de 2,4.

5. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira seção de compressor compreende um compressor de baixa pressão e a segunda seção de compressor compreende um compressor de alta pressão, e em que a seção de turbina compreende uma turbina de baixa pressão que impulsiona o compressor de baixa pressão por meio de uma primeira haste e uma turbina de alta pressão que impulsiona o compressor de alta pressão através de uma segunda haste, e em que a arquitetura de engrenagens acopla a primeira haste com a ventoinha.

6. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o compressor de alta pressão inclui uma pluralidade de estágios, sendo que cada estágio compreende um disco com uma pluralidade de lâminas que se estendem radialmente para fora a partir de uma borda do disco, e em que a pluralidade de estágios inclui, pelo menos, um primeiro estágio tendo uma primeira configuração de disco e lâmina e um segundo estágio tendo uma segunda configuração de disco e lâmina que é diferente da primeira configuração de disco e lâmina.

7. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a primeira configuração de disco e lâmina compreende uma pluralidade de compartimentos para receber a pluralidade de lâminas e inclui uma pluralidade de cavidades de borda para vedações em favo, e em que a segunda configuração de disco e lâmina compreende integralmente lâminas formadas tais que não existem cavidades de borda ou vedações em favo associadas.

8. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o primeiro estágio é posicionado para a frente do segundo estágio.

9. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que inclui um indutor formando uma seção de compressor adicional posicionada em frente dos compressores de alta e baixa pressão.

10. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o indutor está configurado para rodar a uma velocidade em comum com a da ventoinha.

11. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o indutor está configurado para rodar a uma velocidade mais elevada do que a ventoinha por meio de um fornecimento adicional da arquitetura de engrenagens.

12. Motor de turbina a gás, caracterizado pelo fato de que compreende: uma ventoinha incluindo uma pluralidade de lâminas de ventoinha rotativas acerca de um eixo; uma seção de compressor, incluindo, pelo menos, uma primeira seção de compressor rodando a uma primeira velocidade e uma segunda seção de compressor rodando a uma segunda velocidade maior do que a primeira velocidade, em que uma temperatura média de saída da segunda seção de compressor é entre cerca de 1000 ° F e cerca de 1500 ° F; um combustor em comunicação fluida com a seção de compressor; uma seção de turbina em comunicação fluida com o combustor; e uma arquitetura de engrenagens impulsionada pela seção de turbina para a rotação da ventoinha acerca do eixo.

13. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a temperatura média de saída da segunda seção de compressor é entre cerca de 1100 ° F e cerca de 1450 ° F.

14. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a ventoinha impulsiona ar ao longo de um caminho de fluxo de desvio em um duto de desvio definido entre uma nacela de ventoinha e uma nacela central, e em que uma razão de desvio é maior do que cerca de dez.

15. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a arquitetura de engrenagens tem uma razão de engrenagem que é maior do que cerca de 2,4.

16. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a seção de turbina compreende uma primeira seção de turbina que impulsiona a primeira seção de compressor por meio de uma primeira haste na primeira velocidade e uma segunda seção de turbina que impulsiona a segunda seção de compressor por meio de uma segunda haste na segunda velocidade, e em que a arquitetura de engrenagens acopla a primeira haste com a ventoinha.

17. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o compressor de alta pressão inclui uma pluralidade de estágios, sendo que cada estágio compreende um disco com uma pluralidade de lâminas que se estendem radialmente para fora a partir de uma borda do disco, e em que a pluralidade de estágios inclui, pelo menos, um primeiro estágio tendo uma primeira configuração de disco e lâmina e um segundo estágio tendo uma segunda configuração de disco e lâmina que é diferente da primeira configuração de disco e lâmina.

18. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a primeira configuração de disco e lâmina compreende uma pluralidade de compartimentos para receber a pluralidade de lâminas e inclui uma pluralidade de cavidades de borda para vedações em favo, e em que a segunda configuração de disco e lâmina compreende integralmente lâminas formadas tais que não existem cavidades de borda ou vedações em favo associadas.

19. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o primeiro estágio é posicionado para a frente do segundo estágio.

20. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a temperatura de operação é definida ao nível do mar, final de energia de decolagem e em um impulso nominal para o motor de turbina a gás.

21. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui uma seção intermédia que impulsiona um rotor de compressor.

22. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a arquitetura de engrenagens está posicionada a intermédio da ventoinha e um rotor de compressor impulsionado por uma turbina de baixa pressão.

23. Motor de turbina a gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a arquitetura de engrenagens está posicionada a intermédio de uma turbina de baixa pressão e um rotor de compressor impulsionado pela turbina de baixa pressão.