BR102016006000A2

BR102016006000A2 - motor de turbina a gás

Info

Publication number: BR102016006000A2
Application number: BR102016006000A
Authority: BR
Inventors: Brandon Wayne Miller; Daniel Alan Niergarth; Gert J Van Der Merwe
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2015-04-06
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2016-10-25
Also published as: JP6188094B2; CA2924931A1; JP2016196883A; US20160290228A1; EP3078588A1; CN106050737A

Abstract

é fornecido um motor de turbina a gás que inclui um motor de núcleo e uma ventoinha de passo variável disposta em comunicação fluida junto ao motor de núcleo. a ventoinha de passo variável inclui uma pluralidade de pás encaixadas em um disco, em que as pás e o disco são configurados para girar juntos em torno de uma direção axial do motor. um cubo de ataque giratório pode ser fornecido sobre uma extremidade de ataque da ventoinha de passo variável, que inclui o disco. o motor de turbina a gás inclui adicionalmente uma pluralidade de mecanismos de munhão que encaixam cada uma dentre a pluralidade de pás de ventoinha no disco. cada mecanismo de munhão inclui um rolamento que tem um ou mais componentes compostos de um material não ferroso, que decresce um peso do respectivo mecanismo de munhão e que permite, por exemplo, um cubo de ataque menor.

Description

“MOTOR DE TURBINA A GÁS” Campo da Invenção [001] A presente matéria refere-se, em geral, a uma ventoinha para um motor de turbina a gás ou, mais particularmente, a rolamentos de ventoinha para um motor de turbina a gás.

Antecedentes da Invenção [002] Um motor de turbina a gás, em geral, inclui uma ventoinha e um núcleo dispostos em comunicação fluida um com o outro. Adicionalmente, o núcleo do motor de turbina a gás inclui em geral, em ordem de fluxo em série, uma seção de compressor, uma seção de combustão, uma seção de turbina e uma seção de exaustão. Em funcionamento, um fluxo de ar é fornecido a partir da ventoinha para uma entrada da seção de compressão em que um ou mais compressores axiais comprimem progressivamente o ar até que esse atinja a seção de combustão. Um combustível é misturado com o ar comprimido e carburado dentro da seção de combustão a fim de fornecer gases de combustão. Os gases de combustão são direcionados a partir da seção de combustão para a seção de turbina. O fluxo de gases de combustão através da seção de combustão aciona a seção de combustão e é então encaminhado através da seção de exaustão, por exemplo, para a atmosfera. Em configurações particulares, a seção de turbina é mecanicamente encaixada na seção de compressão por um eixo que se estende ao longo de uma direção axial do motor de turbina a gás.

[003] A ventoinha inclui uma pluralidade de pás que tem um raio maior do que o núcleo do motor de turbina a gás. A ventoinha e a pluralidade de pás são acionadas tipicamente pelo eixo. Pode ser fornecido um cubo giratório que reveste pelo menos uma porção da ventoinha e que gira junto com a ventoinha.

[004] Para pelo menos alguns motores de turbina a gás, a ventoinha é uma ventoinha de passo variável. No entanto, os componentes associados com ou que acomodam variação de um passo da pluralidade de pás podem resultar em um maior tamanho do cubo giratório, o que pode reduzir uma eficiência do motor de turbina a gás no fornecimento de fluxo de ar através da ventoinha para o núcleo. Especificamente, com certos motores de turbina a gás, um tamanho mínimo do cubo giratório é ditado pelo número e/ou comprimento da pluralidade de pás. Adicionalmente, os componentes associados com ou que acomodam variação do passo da pluralidade de pás tendem a aumentar o cubo giratório a partir de tal tamanho mínimo.

[005] Consequentemente, uma ventoinha de passo variável para motor de turbina a gás que inclui componentes que permitem uma redução no tamanho do cubo giratório seria benéfica. Mais particularmente, uma ventoinha de passo variável para um motor de turbina a gás que inclui componentes que permitem uma redução no tamanho do cubo giratório, e por sua vez, uma contagem mais alta de pá de ventoinha e um menor comprimento de pá de ventoinha seriam particularmente úteis.

Descrição Resumida da Invenção [006] Os aspectos e vantagens da invenção serão apresentados parcialmente na descrição a seguir, ou podem ser evidentes a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática da invenção.

[007] Em uma realização exemplificativa da presente revelação, um motor de turbina a gás é fornecido. O motor de turbina a gás define uma direção axial e inclui um motor de núcleo e uma ventoinha de passo variável dispostos em comunicação fluida junto ao motor de núcleo. A ventoinha de passo variável inclui um disco e uma pluralidade de pás de ventoinha encaixadas no disco. O disco e a pluralidade de pás de ventoinha são configurados para girar em torno da direção axial do motor de turbina a gás. O motor de turbina a gás também inclui uma pluralidade de mecanismos de munhão que encaixam cada uma dentre a pluralidade de pás de ventoinha no disco, em que cada mecanismo de munhão inclui um rolamento que tem um ou mais componentes compostos por um material não terroso.

[008] Em outra realização exemplificativa da presente revelação, um motor de turbina a gás é fornecido. O motor de turbina a gás define uma direção axial e uma direção radial e inclui um motor de núcleo e uma ventoinha de passo variável dispostos em comunicação fluida junto ao motor de núcleo. A ventoinha de passo variável inclui um disco e pelo menos oito pás de ventoinha encaixadas no disco. As pás de ventoinha definem um raio ao longo da direção radial. O disco e as pás de ventoinha são configurados para girar em torno da direção axial do motor de turbina a gás. O motor de turbina a gás também inclui uma pluralidade de mecanismos de munhão que encaixam cada uma dentre as pás de ventoinha no disco. Cada mecanismo de munhão inclui um par de rolamentos, em que cada rolamento tem um ou mais componentes compostos por um material não ferroso. O motor de turbina a gás também inclui um cubo giratório que reveste o disco e define um raio ao longo da direção radial. O cubo giratório é configurado de maneira que uma razão entre o raio das pás de ventoinha em relação ao raio do cubo giratório é menor do que ou igual a cerca de 0,45.

[009] Essas e outras funções, aspectos e vantagens da presente invenção se tornarão mais bem compreendidas com referência à descrição a seguir e às reivindicações anexas. Os desenhos anexos, que são incorporados ao presente relatório descritivo e constituem parte do mesmo, ilustram realizações da invenção e, junto à descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

Breve Descrição das Figuras [010] Uma revelação completa e viabilizadora da presente invenção, incluindo o melhor modo da mesma, direcionada a uma pessoa de habilidade comum na técnica, é apresentada no relatório descritivo, que faz referência às Figuras anexas, nas quais: - A Figura 1 é uma vista transversal em corte esquemático de um motor de turbina a gás de acordo com uma realização exemplificativa da presente matéria. - A Figura 2 é uma vista em perspectiva da ventoinha de passo variável do motor de turbina a gás exemplificativo da Figura 1, em conformidade com uma realização exemplificativa da presente revelação; - A Figura 3 é uma vista em perspectiva de um disco e mecanismos de munhão associados da ventoinha de passo variável exemplificativa da Figura 2. - A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um segmento do disco e um dos mecanismos de munhão associados à Figura 3. - A Figura 5 é uma vista explodida do mecanismo de munhão mostrado na Figura 4. - A Figura 6 é uma vista em corte transversal do segmento do disco e do mecanismo de munhão da Figura 4 com uma pá anexada ao mecanismo de munhão. - A Figura 7 é um segmento aumentado da vista em corte transversal da Figura 6.

Descrição Detalhada Da Invenção [011] Agora, será feita referência em detalhe a realizações atuais da invenção, em que um ou mais exemplos das mesmas serão ilustrados nos desenhos anexos. A descrição detalhada usa designações numéricas e de letra para se referir aos recursos nos desenhos. As designações semelhantes ou similares nos desenhos e a descrição foram usadas para se referir às partes semelhantes ou similares da invenção. Como usado no presente documento, os termos “primeiro”, “segundo”, e “terceiro” podem ser usados de forma intercambiável para distinguir um componente do outro e não se destinam a significar localização ou importância dos componentes individuais. Os termos “a montante” e “a jusante” se referem à direção relativa com relação ao fluxo de fluido em uma trajetória de fluido. Por exemplo, “a montante” se refere à direção a partir da qual o fluido flui, e “a jusante” se refere à direção para a qual o fluido flui.

[012] Em referência agora aos desenhos em que numerais idênticos denotam os mesmos elementos ao longo dos desenhos, a Figura 1 é uma vista esquemática em corte transversal de um motor de turbina a gás, de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação. Mais particularmente, para a realização da Figura 1, o motor de turbina a gás é um motor a jato turbofan com alto desvio 10, referido no presente documento como “motor turbofan 10”. Conforme mostrado na Figura 1, o motor turbofan 10 define uma direção axial A (que se estende paralela a uma linha central longitudinal 12 fornecida a título de referência) e uma direção radial R. Em geral, o turbofan 10 inclui uma seção de ventoinha 14 e um motor de turbina de núcleo 16 dispostos a jusante da seção de ventoinha 14.

[013] O motor de núcleo exemplificativo 16 ilustrado pode incluir, em geral, um invólucro externo 18 substancialmente tubular que define uma entrada anular 20. O invólucro externo 18 encerra, em relação de fluxo em série, uma seção de compressão que inclui um intensificador ou compressor de baixa pressão (BP) 22 e um compressor de alta pressão (AP) 24; uma seção de combustão 26; uma seção de turbina que inclui uma turbina de alta pressão (AP) 28 e uma turbina de baixa pressão (BP) 30; e uma seção de bocal exaustor a jato 32. Um eixo de alta pressão (AP) ou carretei 34 conecta, de maneira acionadora, a turbina AP 28 ao compressor AP 24. Um eixo de baixa pressão (BP) ou carretei 36 conecta, de maneira acionadora, a turbina BP 30 ao compressor BP 22.

[014] Adicionalmente, para a realização ilustrada, a seção de ventoinha 14 inclui uma ventoinha de passo variável 38 que tem uma pluralidade de pás de ventoinha 40 encaixadas em um disco 42 em uma maneira espaçada. Como ilustrado, as pás de ventoinha 40 se estendem para fora a partir do disco 42, em geral, ao longo da direção radial R. Cada uma dentre a pluralidade de pás de ventoinha 40 define uma borda de ataque 44, ou borda ascendente, e um bico 46 definido em uma borda de fuga radial de cada respectiva pá de ventoinha 40. Cada pá de ventoinha 40 é também giratória em relação ao disco 42 em torno de um eixo mecânico de passo P em virtude das pás de ventoinha 40 operarem encaixadas a um membro de atuação adequada 48 configurado para variar coletivamente o passo das pás de ventoinha 40 em sincronia. As pás de ventoinha 40, o disco 42 e o membro atuante 48 são girados em conjunto em torno do eixo mecânico longitudinal 12 pelo eixo BP 36 ao longo de uma caixa de marcha de potência 50. A caixa de marcha de potência 50 inclui uma pluralidade de marchas para reduzir a velocidade de giro do eixo BP 36 a uma velocidade de ventoinha giratória mais eficaz.

[015] Adicionalmente, as pás de ventoinha 40 são encaixadas, de modo operacional, a um dispositivo corretor de passo 52 (por exemplo, um dispositivo de contrapeso ou um dispositivo de trava de passo adequado) ao longo do membro atuante 48 de maneira que o dispositivo corretor de passo 52 seja apresentado como remoto em relação (isto é, não encaixado diretamente) à pluralidade de pás de ventoinha 40. O dispositivo de contrapeso 52 pode ter qualquer configuração adequada que viabilize o dispositivo de contrapeso 52 funcionar como descrito no presente documento (por exemplo, não ser encaixado diretamente às pás de ventoinha 40). No entanto, em outras realizações exemplificativas, qualquer outro dispositivo de contrapeso/correção de passo adequada 52 pode ser usado.

[016] Ainda com referência ao motor turbofan exemplificativo 10 da Figura 1, que inclui a ventoinha de passo variável 38, o disco 42 da ventoinha de passo variável 38 é revestido pelo cubo de ataque giratório 54 contornado de maneira aerodinâmica a fim de promover um fluxo de ar através da pluralidade de pás de ventoinha 40. É notável que, uma eficiência de ar que flui sobre o cubo giratório 54 para dentro do núcleo 16 (como será descrito abaixo) pode ser afetada pelo tamanho geral do cubo giratório 54 ao longo da direção radial R relativa a um tamanho da pluralidade de pás 40 ao longo da direção radial R. Mais especificamente, uma razão entre cubo e raio de pá Ri:R2 é correlacionada diretamente com a eficiência pela qual o ar flui sobre o cubo giratório 54 e para dentro do núcleo 16. Por exemplo, à medida que a razão entre cubo e raio de pá R-i:R2 aumenta, o fluxo de ar sobre o cubo giratório 54 e para dentro do núcleo 16 se torna mais difícil, e, portanto, menos eficaz. Em contraste, à medida que a razão entre cubo e raio de pá Ri:R2 diminui, o fluxo de ar sobre o cubo giratório 54 para dentro do núcleo 16 se torna mais fácil e, portanto, mais eficaz. Como usado no presente documento, a “razão entre cubo e raio de pá” é definida no presente documento como uma razão entre um raio Ri do cubo giratório 54 ao longo da direção radial R a partir da linha central longitudinal 12 na borda de fuga 44 das pás 40 sobre um raio R2 das pás 40 a partir das pontas de pás 46 para a linha central longitudinal 12 também na borda de fuga 44 das pás 40.

[017] Nesse contexto, é desejável diminuir a razão entre cubo e raio de ventoinha Ri:R2 a fim de tornar o fluxo de ar sobre o cubo giratório 54 e para dentro do núcleo, mais eficaz. Como tal, devido ao cubo giratório 54 alojar o disco 42, o tamanho do cubo giratório 54 (por exemplo, ao longo da direção radial R) é em parte ditado pelo tamanho de disco 42 (por exemplo, ao longo da direção radial R). Adicionalmente, o tamanho do disco 42 é, em parte, ditado pela quantidade de força que os componentes devem ser capazes de resistir a. Devido à velocidade de giro na qual a ventoinha 38 gira em torno da linha central longitudinal 12 durante operação do motor turbofan 10, uma força centrífuga—que se correlaciona diretamente com uma massa/ peso dos componentes e um comprimento das pás 40—nos componentes pode ser ideal. Portanto, é desejável reduzir um peso do disco 42 a fim de facilitar a redução do tamanho do disco 42, o raio Ri do cubo giratório 54 e a razão entre cubo e raio de ventoinha R-i:R2.

[018] Como será descrito com mais detalhes abaixo, determinadas realizações da presente revelação permitem tal redução em uma razão entre cubo e raio de ventoinha R-i:R2 através da redução de um peso de determinados componentes de ventoinha 38 (isto é, determinados rolamentos discutidos abaixo). Consequentemente, será gerada menos força centrífuga, permitindo que componentes menores e mais compactos não requeridos resistam a forças centrífugas elevadas. Mais particularmente, na realização exemplificativa ilustrada, a razão cubo para ventoinha Ri:R2 para o motor turbofan 10 foi reduzida a menos do que ou igual a cerca de 0,45. No entanto, em outras realizações exemplificativas, a razão cubo para ventoinha Ri:R2 pode em vez disso ser menor do que ou igual a cerca de 0,35, menor do que ou igual a cerca de 0,30, ou pode ter, alternativamente, qualquer outra razão entre cubo e raio de ventoinha R-i:R2 adequada. Deve ser entendido que, como usado no presente documento, termos de aproximação tal como “em torno de”, se referem a estar dentro de uma margem de erro de dez por cento (10%).

[019] Ainda com referência ao motor turbofan exemplificativo 10 da Figura 1, a seção de ventoinha exemplificativa 14 inclui adicionalmente um invólucro de ventoinha anular ou nacela externa 56 que envolve circunferencialmente a ventoinha 38 e/ou pelo menos uma porção do motor de turbina de núcleo 16. Deve ser entendido que a nacela 56 pode ser configurada para ser sustentada em relação ao motor de turbina de núcleo 16 por uma pluralidade de palhetas fixadas externamente e espaçadas de maneira circunferencial 58. Além disso, uma seção a jusante 60 da nacela 56 pode se estender sobre uma porção externa do motor de turbina de núcleo 16 de modo a definir uma passagem de fluxo de ar de desvio 62 entre os mesmos.

[020] Durante o funcionamento do motor turbofan 10, um volume de ar 64 entra no turbofan 10 através de uma entrada associada 66 da nacela 56 e/ou da seção de ventoinha 14. À medida que o volume de ar 64 passa através das pás de ventoinha 40, uma primeira porção do ar conforme indicado pelas setas 68 é direcionado ou encaminhado para dentro da passagem fluxo de ar de desvio 62 e uma segunda porção do ar conforme indicado pela seta 70 é direcionado ou encaminhado para dentro do compressor BP 22. A razão entre a primeira porção de ar 68 e a segunda porção de ar 70 é conhecida normalmente como uma razão de desvio. A pressão da segunda porção de ar 70 é então aumentada à medida que ela é encaminhada através do compressor de alta pressão (AP) 24 e para dentro da seção de combustão 26, onde essa é misturada com combustível e carburada para fornecer gases de combustão 72.

[021] Os gases de combustão 72 são encaminhados através da turbina AP 28 onde uma porção de energia cinética ou termal dos gases de combustão 72 é extraída através de estágios sequenciais de palhetas de estator de turbina AP 74 que são encaixadas no invólucro externo 18 e pás de rotor de turbina AP 76 que são encaixadas no eixo AP ou carretei 34, fazendo assim com que o eixo AP ou carretei 34 gire e sustente, através do mesmo, o funcionamento do compressor AP 24. Os gases de combustão 72 são, então, encaminhados através da turbina BP 30 onde uma segunda porção de energia cinética e termal é extraída a partir dos gases de combustão 72 através de estágios sequenciais de palhetas de estator de turbina BP 78 que são encaixadas no invólucro externo 18 e pás de rotor de turbina BP 80 que são encaixadas no eixo BP ou carretei 36, fazendo assim com que o eixo BP ou carretei 36 gire e sustente, através do mesmo, o funcionamento do compressor BP 22 e/ou a rotação da ventoinha 38.

[022] Os gases de combustão 72 são encaminhados subsequentemente através de uma seção de bocal exaustor a jato 32 do motor de turbina de núcleo 16 a fim de fornecer impulso de propulsão. Simultaneamente, a pressão da primeira porção de ar 68 é aumentada substancialmente à medida que a primeira porção de ar 68 é encaminhada através da passagem fluxo de ar de desvio 62 antes de ser expelido a partir de uma seção de exaustão bocal de ventoinha 84 do turbofan 10 que também fornece impulso de propulsão. A turbina AP 28, a turbina BP 30 e a seção de bocal exaustor a jato 32 definem pelo menos parcialmente uma trajetória de gás quente 86 para encaminhar os gases de combustão 72 através do motor de turbina de núcleo 16.

[023] Agora, com referência às Figuras 2 e 3, a ventoinha 38 será descrita em maiores detalhes. A Figura 2 fornece uma vista em perspectiva da ventoinha 38 do motor turbofan exemplificativo 10 da Figura 1 e a Figura 3 fornece uma vista em perspectiva do disco 42 da ventoinha 38 do motor turbofan exemplificativo 10 da Figura 1.

[024] Para a realização exemplificativa ilustrada, a ventoinha 38 inclui doze (12) pás de ventoinha 40. A partir de um ponto de vista de carregamento, tal contagem de pá permite que o espaçamento de cada pá de ventoinha 40 seja reduzido de maneira que o diâmetro geral da ventoinha 38 possa também ser reduzido (por exemplo, a cerca de doze pés na realização exemplificativa). É dito que, em outras realizações, a ventoinha 38 pode ter qualquer contagem de pá adequada e qualquer diâmetro adequado. Por exemplo, em uma realização adequada, a ventoinha pode ter pelo menos oito (8) pás de ventoinha 40. Em outra realização adequada, a ventoinha pode ter pelo menos doze (12) pás de ventoinha 40. Ainda em outra realização adequada, a ventoinha pode ter pelo menos quinze (15) pás de ventoinha 40. Ainda outra realização adequada, a ventoinha pode ter pelo menos dezoito (18) pás de ventoinha 40.

[025] Adicionalmente, o disco 42 inclui uma pluralidade de segmentos de disco 90 que são encaixados rigidamente em conjunto ou modelados integralmente em conjunto, em geral, em uma forma anular (por exemplo, uma forma poligonal). Uma pá de ventoinha 40 é encaixada em cada segmento de disco 90 em um mecanismo de munhão 92 que facilita a retenção de sua pá de ventoinha 40 associada ao disco 42 durante a rotação do disco 42 (isto é, o mecanismo de munhão 92 facilita o fornecimento de uma trajetória de carga para o disco 42 para a carga centrífuga gerada pelas pás de ventoinha 40 durante a rotação em torpsino do eixo mecânico de linha central do motor 12), enquanto ainda renderiza sua pá de ventoinha 40 associada, que gira em relação ao disco 42 em torno do eixo mecânico de passo P. É notável que, o tamanho e configuração de cada mecanismo de munhão 92 influenciam diretamente o diâmetro do disco 42. Em particular, mecanismos de munhão 92 maiores tendem a ocupar segmentos de disco circunferenciais 42 maiores e, portanto, tendem a resultar em um maior diâmetro de disco 42. Por outro lado, mecanismos de munhão 92 menores tendem a ocupar segmentos de disco circunferenciais 42 menores e, portanto, tendem a resultar em um menor diâmetro de disco 42.

[026] Agora com referência, em geral, às Figuras 4 até 7, um segmento de disco individual 90 e um mecanismo de munhão 92 de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação são ilustrados. Na realização exemplificativa ilustrada, cada mecanismo de munhão 92 se estende através de seu segmento de disco 90 associado e inclui: uma porca de parafuso de encaixe 94; um suporte de rolamento inferior 96; um primeiro rolamento de contato linear 98 (que tem, por exemplo, um anel interno 100, um anel externo 102 e uma pluralidade de rolos 104); um anel retentor 106; um retentor em aro de chaveta 108; uma chaveta segmentada 110; um suporte de rolamento 112; um segundo rolamento de contato linear 114 (que tem, por exemplo, um anel interno 116, um anel externo 118 e uma pluralidade de rolos 120); um munhão 122; e uma cauda de pombo 124. Para uso como rolamentos 98, 114, pelo menos os seguintes tipos de rolamentos de elemento de laminação do tipo linha de contato são contemplados: rolamentos de laminação cilíndricos; rolamentos de impulso de laminação cilíndricos; rolamentos de laminação cônicos; rolamentos de laminação esféricos; rolamentos de impulso de laminação esféricos; rolamentos de laminação em agulha e rolamentos de laminação em agulha cônicos. Deve ser entendido, entretanto, que em outras realizações exemplificativas, o mecanismo de munhão 92 pode incluir adicionalmente ou alternativamente, quaisquer outros tipos adequados de rolamento. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, o mecanismo de munhão 92 pode incluir rolimãs de laminação ou qualquer outro rolamento adequado.

[027] Quando montados, a porca de parafuso de encaixe 94 é engatada de maneira rosqueável no segmento de disco 90 de modo a sanduichar os componentes restantes do mecanismo de munhão 92 entre a porca de parafuso de encaixe 94 e o segmento de disco 90, retendo, através do mesmo, o mecanismo de munhão 92 anexado ao segmento de disco 90.

[028] Agora, com referência particular à Figura 7, na realização exemplificativa ilustrada, o primeiro rolamento de contato linear 98 é orientado em um ângulo diferente do segundo rolamento de contato linear 114 (como medido a partir de um eixo mecânico de linha central 126 dos rolos 104 em relação ao eixo mecânico de passo P e a partir de um eixo mecânico de linha central 128 dos rolos 120 em relação ao eixo mecânico de passo P). Mais especificamente, rolamentos de contato linear 98, 114 são pré-carregados um contra o outro em uma disposição face a face (ou duplex), em que eixos mecânicos de linha central 126, 128 são orientados substancialmente perpendiculares um em relação ao outro. Deve ser entendido, entretanto, que em outras realizações exemplificativas, os rolamentos de contato linear 98, 114 podem ao invés disso ser dispostos em conjunto de modo a serem orientados substancialmente paralelos uns aos outros.

[029] É notável que, quanto mais distantes estiverem os rolamentos 98, 114 em relação ao eixo mecânico de passo P, maior será o número de rolos 104, 120 que podem ser inclusos (devido à maior quantidade de espaço). Com um número aumentado de laminações 104, 120, uma carga centrífuga nos rolamentos 98, 114 pode ser distribuída entre mais rolos 104, 120 e pode reduzir uma quantidade de tal carga carregada por cada laminação individual 104, 120. No entanto, para facilitar tornar o mecanismo de munhão 92 mais compacto, é desejável situar seus rolamentos 98, 114 associados próximos ao eixo mecânico de passo P, o que permite, através do mesmo, que mais mecanismos de munhão 92 sejam montados no disco 42 e, portanto, mais pás de ventoinha 40 sejam encaixadas no disco 42 para qualquer diâmetro de disco 42 fornecido. Para a realização ilustrada, as cargas centrífugas aumentadas carregadas por cada laminação individual 104, 120 devido ao posicionamento dos rolamentos 98, 114 próximos ao eixo mecânico de passo P (e, portanto, um reduzido número de rolos 104, 120) são acomodadas de modo a fornecer o mecanismo de munhão 92 com rolamentos de contato linear 98, 114 de maneira oposta aos rolimãs de contato de ponto angular. Portanto, é possível tornar o mecanismo de munhão 92 mais compacto uma vez que os rolamentos de contato linear 98, 114 têm maior capacidade de resistir a cargas centrífugas maiores sem fratura ou deformidade plástica. Mais especificamente, rolamentos de contato linear 98, 114 têm maiores superfícies de contato e, portanto, podem resistir a maiores cargas centrífugas do que os rolimãs de contato de ponto angular, por exemplo. Portanto, rolamentos de contato linear 98, 114 podem ser espaçados mais próximos ao eixo mecânico de passo P do que os rolimãs de contato de ponto.

[030] Além disso, para a realização exemplificativa ilustrada, uma quantidade de força centrífuga gerada pelos próprios mecanismos de munhão 92 (e, portanto, uma quantidade de força centrífuga que deve ser acomodada pelos mecanismos de munhão 92) é reduzida através da formação de um ou mais componentes do primeiro rolamento de contato linear 98 e/ou do segundo rolamento de contato linear 114 a partir de um material não ferroso. Tal configuração pode reduzir um peso/massa dos respectivos rolamentos 98, 114 e do mecanismo de munhão 92 como um todo.

[031] Por exemplo, em determinadas realizações exemplificativas da presente revelação, um ou ambos dentre o primeiro rolamento de contato linear 98 e o segundo rolamento de contato linear 114 podem incluir um ou mais componentes compostos por um material de cerâmica ou um material de liga de titânio e níquel. Mais particularmente, em relação ao primeiro rolamento de contato linear 98, um ou mais dentre os rolos 104, o anel interno 100 e o anel externo 102 podem ser compostos por um material não ferroso, tal como um material de cerâmica ou um material de liga de titânio e níquel. Adicionalmente, em relação ao segundo rolamento de contato linear 114, um ou mais dentre os rolos 120, o anel interno 116 e o anel externo 118 podem também ser compostos por um material não ferroso, tal como um material de cerâmica ou um material de liga de titânio e níquel. Como usado no presente documento, “material de cerâmica” se refere a qualquer tipo de material de cerâmica adequado para o uso em rolamentos, que incluem, porém não se limitam a, Nitreto de Silicone (SÍ3N4), Óxido de Zircônio (Zr02), Óxido de Alumínio (AI203), e Carbeto de Silício (SiC). Adicionalmente, como usado no presente documento, “material de liga de titânio e alumínio” se refere a quaisquer ligas de metal de níquel e titânio, por vezes referidas como Nitinol, adequadas para o uso em rolamentos.

[032] Através da formação de um ou mais dos componentes do primeiro rolamento de contato linear 98 e/ou do segundo rolamento de contato linear 114 de um material não ferroso, tal como um material de cerâmica ou material de liga de titânio e alumínio, os mecanismos de munhão 92 podem definir um peso geral reduzido. Portanto, as forças centrífugas nos mecanismos de munhão 98, geradas pelos próprios mecanismos de munhão 92 (isto é, uma “carga morta”) durante a rotação da ventoinha 38 em torno da linha central longitudinal 12, podem ser reduzidas (uma vez que tais mecanismos de munhão 92 não precisam sustentar o peso adicional durante o funcionamento). Por exemplo, em determinadas realizações exemplificativas, a formação de um ou mais dos componentes do primeiro rolamento de contato linear 98 e/ou do segundo rolamento de contato linear 114 de um material não ferroso pode reduzir uma carga morta nos mecanismos de munhão 92 durante a rotação da ventoinha 38 para tanto dez por cento (10%) quanto quinze por cento (15%). Consequentemente, o tamanho geral dos mecanismos de munhão 92 pode ser até mesmo reduzido adicionalmente. Mais particularmente, tal configuração pode permitir que os rolamentos 98, 114 sejam posicionados ainda mais próximos ao eixo mecânico de passo P (uma vez que menos rolos são necessários), de modo a reduzir ainda mais o tamanho dos mecanismos de munhão 92.

[033] Adicional, ou alternativamente, em determinadas realizações exemplificativas, um ou mais dentre os componentes do primeiro rolamento de contato linear 98 e/ou do segundo rolamento de contato linear 114, tais como um ou mais dentre os rolos 104, 120, os anéis internos 100, 116 e os anéis externos 102, 118 do primeiro e do segundo rolamentos de contato linear 98, 114, podem ser compostos, respectivamente, por um material que tem um módulo de Young relativamente baixo, tal como um módulo de Young menor do que ou igual a cerca de 0,17 Mpa (25.000.000 psi). Por exemplo, em determinadas realizações exemplificativas, um ou mais dentre os componentes acima dentre o primeiro e/ou segundo rolamentos de contato linear 98, 114 podem ser compostos por um material que tem um módulo de Young menor do que ou igual a cerca de 0,14 MPa (20.000.000 psi), menor do que ou igual a cerca de 0,12 MPa (17.000.000 psi), menor do que ou igual a cerca de 0,103 MPa (15.000.000 psi), ou menor do que ou igual a cerca de 0,097 MPa (14.000.000 psi). Tal realização exemplificativa pode permitir que os componentes respectivos resistam a uma quantidade de força aumentada, tal como uma quantidade aumentada de força centrífuga, uma vez que tais componentes podem se deformar elasticamente durante a rotação da ventoinha 38. Por exemplo, quando um componente é submetido a uma deformação elástica, uma área de superfície de contato aumentada pode ser definida entre o componente e um componente adjacente. Por exemplo, em determinadas realizações em que os rolos 104 do primeiro rolamento de contato linear 98 são compostos por um material que tem um módulo de Young relativamente baixo, os rolos 104 podem se deformar pelo menos parcialmente de maneira elástica durante o funcionamento, de modo que uma área de superfície de contato aumentada seja definida entre, por exemplo, os rolos 104 e o anel interno 100 e/ou o anel externo 102, o que permite uma maior distribuição da força entre os componentes.

[034] Entretanto, de maneira contrastante, em outras realizações exemplificativas, um ou mais dentre os componentes do primeiro rolamento de contato linear e/ou do segundo rolamento de contato linear 98, 114 podem ao invés disso serem compostos por um material que tem um módulo de Young relativamente alto, tal como um módulo de Young maior do que ou igual a cerca de 0,24 MPa (35.000.000 psi), maior do que ou igual a cerca de 0,28 MPa (40.000.000 psi), ou maior do que ou igual a cerca de 0,31 MPa (45.000.000 psi). Tal configuração pode permitir, por exemplo, que os rolamentos 98, 114 tenham uma rigidez aumentada e, portanto, pode permitir um funcionamento mais exato e preciso dos respectivos rolamentos.

[035] As realizações acima descritas facilitam o fornecimento de um motor de turbina a gás com uma ventoinha de passo variável menor que pode gerar quantidades maiores de impulso. Em particular, as realizações acima descritas facilitam o fornecimento de um motor de turbina a gás com uma ventoinha de passo variável que tem, por exemplo, uma contagem de pá maior e um comprimento de pá menor, e/ou uma razão entre cubo e raio de ventoinha menor. Tal aumento na eficiência da ventoinha pode resultar em uma queima de combustível reduzida durante o funcionamento. Conforme discutido acima, os benefícios acima são permitidos, pelo menos em parte, pelo fornecimento de mecanismos de munhão com rolamentos transportadores de impulso compostos por materiais não-ferrosos que têm uma capacidade de carregamento de carga aumentada e que geram menos força centrífuga durante a rotação da ventoinha. Portanto, tais rolamentos são, por exemplo, mais capazes de resistir a cargas centrífugas aumentadas associadas a maiores contagens de pá e/ou capazes de serem reduzidos no tamanho a fim de acomodar uma redução na razão entre cubo e raio de ventoinha.

[036] Essa descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, que inclui o melhor modo, e também para capacitar qualquer pessoa versada na técnica a praticar a invenção, que inclui produzir e usar quaisquer dispositivos ou sistema e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram para as pessoas versadas na técnica. Tais outros exemplos destinam-se a serem abrangidos pelo escopo das reivindicações caso esses incluam elementos estruturais que não difiram da linguagem literal das reivindicações, ou caso incluam elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais das linguagens literais das reivindicações.

Reivindicações

Claims

1. MOTOR DE TURBINA A GÁS, que define uma direção axial, caracterizado pelo fato de que o motor de turbina a gás é composto por: - um motor de núcleo; - uma ventoinha de passo variável disposta em comunicação fluida junto ao motor de núcleo, em que a ventoinha de passo variável inclui um disco e uma pluralidade de pás de ventoinha encaixadas no disco, em que o disco e a pluralidade de pás de ventoinha são configurados para girar em torno da direção axial do motor de turbina a gás; e - uma pluralidade de mecanismos de munhão que encaixam cada uma dentre a pluralidade de pás de ventoinha no disco, em que cada mecanismo de munhão inclui um rolamento que tem um ou mais componentes compostos por um material não ferroso.

2. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rolamento de cada mecanismo de munhão inclui um ou mais componentes compostos por um material de cerâmica.

3. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rolamento de cada mecanismo de munhão inclui um ou mais componentes compostos por um material de liga de titânio e níquel.

4. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rolamento de cada mecanismo de munhão inclui rolos, um anel interno e um anel externo, em que um ou mais dos rolos, o anel interno e o anel externo são compostos por um material não ferroso.

5. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os rolos, o anel interno e o anel externo são cada qual compostos por um material não terroso.

6. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rolamento de cada mecanismo de munhão inclui um ou mais componentes compostos por um material que tem um módulo de Young menor do que ou igual a cerca de 0,14 MPa (20.000.000 psi).

7. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rolamento de cada mecanismo de munhão inclui um ou mais componentes compostos por um material que tem um módulo de Young maior do que ou igual a cerca de 0,24 MPa (35.000.000 psi).

8. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rolamento de cada mecanismo de munhão é um rolamento de contato linear.

9. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor de turbina a gás define adicionalmente uma direção radial, em que o motor de turbina a gás é adicionalmente composto de: - um cubo giratório que reveste o disco e define um primeiro raio ao longo da direção radial, em que cada uma dentre as pás define um segundo raio ao longo da direção radial, e em que uma razão entre o primeiro raio em relação ao segundo raio é menor do que ou igual a cerca de 0,45.

10. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a razão entre o primeiro raio em relação ao segundo raio é menor do que ou igual a cerca de 0,35.

11. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a razão entre o primeiro raio em relação ao segundo raio é menor do que ou igual a cerca de 0,30.

12. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ventoinha de passo variável inclui entre oito e vinte pás de ventoinha encaixadas no disco.

13. MOTOR DE TURBINA A GÁS, que define uma direção axial e uma direção radial, caracterizado pelo fato de que o motor de turbina a gás é composto por: - um motor de núcleo; - uma ventoinha de passo variável disposta em comunicação fluida junto ao motor de núcleo, em que a ventoinha de passo variável inclui um disco e pelo menos oito pás de ventoinha encaixadas no disco, em que as pás de ventoinha definem um raio ao longo da direção radial e em que o disco e as pás de ventoinha são configurados para girar em torno da direção axial do motor de turbina a gás; - uma pluralidade de mecanismos de munhão que encaixam cada uma dentre as pás de ventoinha no disco, em que cada mecanismo de munhão inclui um par de rolamentos, em que cada rolamento tem um ou mais componentes compostos por um material não ferroso; e - um cubo giratório que reveste o disco e define um raio ao longo da direção radial, em que o cubo giratório é configurado de modo que uma razão entre o raio das pás de ventoinha em relação ao raio do cubo giratório é menor do que ou igual a cerca de 0,45.

14. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que cada rolamento de cada mecanismo de munhão inclui um ou mais componentes compostos por um material de cerâmica.

15. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que cada rolamento de cada mecanismo de munhão inclui um ou mais componentes compostos por um material de liga de titânio e níquel.

16. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que cada rolamento de cada mecanismo de munhão é um rolamento de contato linear.

17. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que cada rolamento de cada mecanismo de munhão inclui um ou mais componentes compostos por um material que tem um módulo de Young menor do que ou igual a cerca de 0,14 MPa (20.000.000 psi).

18. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que cada rolamento de cada mecanismo de munhão inclui um ou mais componentes compostos por um material que tem módulo de Young maior do que ou igual a cerca de 0,24 MPa (35.000.000 psi).

19. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que cada rolamento de cada mecanismo de munhão inclui rolos, um anel interno, e um anel externo, em que um ou mais dentre os rolos, o anel interno e o anel externo de cada rolamento compreendem um material não ferroso.

20. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o raio das pás de ventoinha ao raio do cubo giratório é menor do que ou igual a cerca de 0,35.