BR102016006740A2 - aparelhos de transferência de calor para um motor de turbina a gás - Google Patents

Abstract

trata-se de um aparelho de transferência de calor para um motor de turbina a gás que inclui: um componente (40) que tem uma estrutura de parede que define uma superfície de delimitação de fluxo; uma câmara (60) formada no componente (40), sendo que a câmara (60) inclui uma estrutura de drenagem (64), um canal de vapor (66) e um fluido de trabalho.

Description

“APARELHOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS” Antecedentes da Invenção [001] Esta invenção refere-se, de modo geral, a motores de turbina a gás e a métodos para resfriamento de óleo em tais motores.

[002] Os motores de turbina a gás são comumente dotados de um sistema de óleo circulante para lubrificar e resfriar vários componentes de motor, tais como rolamentos, caixas de engrenagens, geradores elétricos e similares. Em operação, o óleo absorve uma quantidade substancial de calor que precisa ser expelido para o ambiente externo, a fim de manter o óleo em temperaturas aceitáveis. À medida que os projetos de motor se desenvolvem, a quantidade de calor a ser expelido é crescente.

[003] Os sistemas de resfriamento de óleo conhecidos para motores de turbina a gás incluem tipicamente um ou mais trocadores de calor de ar-óleo, chamados de “resfriadores de óleo resfriados a ar” ou “ACOCs”. Esses trocadores de calor podem ser pesados e têm alto arrasto, e podem exigir dutos de admissão e de emissão especiais e suportes pesados e grandes. Algumas vezes, os ACOCs são usados em série com trocadores de calor de combustível-óleo e sistemas de retorno ao tanque de combustível (“FRTT”) em uma rede de resfriamento complexa; no entanto espera-se que as cargas de calor crescentes excedam as capacidades de tais sistemas.

[004] Foi proposto, na técnica anterior, circular o fluido diretamente dentro de estruturas de delimitação de fluxo, tais como palhetas de guia de emissão (“OGVs”). Mas, para fluidos críticos de voo, tal como óleo lubrificante, um trocador de calor danificado é problemático, visto que podería causar um incêndio ou perda crítica de óleo.

[005] Consequentemente, há uma necessidade de um trocador de calor de motor de turbina a gás que tenha um baixo arrasto, que permite que o óleo seja separado do trocador de calor fisicamente, enquanto mantém uma forte conexão térmica através do ciclo de resfriamento.

Breve Descrição Resumida da Invenção [006] Essa necessidade é resolvida pela presente invenção, que fornece uma estrutura de delimitação de fluxo de motor de turbina a gás, que inclui um aparelho de trocador de calor integral.

[007] De acordo com um aspecto da invenção, um aparelho de transferência de calor para um motor de turbina a gás inclui: um componente que tem uma estrutura de parede que define uma superfície de delimitação de fluxo; e uma câmara formada no componente, sendo que a câmara inclui uma estrutura de drenagem, um canal de vapor e um fluido de trabalho.

[008] De acordo com outro aspecto da invenção, a câmara é integralmente formada com a estrutura de parede.

[009] De acordo com outro aspecto da invenção, a estrutura de parede transita de uma estrutura sólida na superfície de delimitação de fluxo para uma estrutura permeável em uma superfície interna.

[010] De acordo com outro aspecto da invenção, a estrutura de parede compreende uma massa tridimensional que tem uma matriz de orifícios mutuamente perpendiculares e afastados que passam através da mesma.

[011] De acordo com outro aspecto da invenção, os orifícios são dispostos em duas ou mais camadas, sendo que os orifícios de cada camada têm diâmetros diferentes.

[012] De acordo com outro aspecto da invenção, o componente inclui um aerofólio que tem paredes laterais de sucção e de pressão opostas, uma raiz, uma ponta e bordos de ataque e de fuga afastados;

[013] De acordo com outro aspecto da invenção, a câmara se estende para além da raiz ou da ponta do aerofólio.

[014] De acordo com outro aspecto da invenção, a estrutura de drenagem transpõe o espaço entre as paredes laterais; e uma série de canais de vapor no sentido da envergadura se estende através da estrutura de drenagem.

[015] De acordo com outro aspecto da invenção, a estrutura de drenagem transpõe o espaço entre as paredes laterais; e um canal de vapor no sentido da envergadura que tem um corte transversal em formato de aerofólio se estende através de uma porção central da estrutura de drenagem.

[016] De acordo com outro aspecto da invenção, uma pluralidade de apoios se estende transversal mente entre as paredes laterais de sucção e de pressão; e pelo menos uma porção de pelo menos um dos apoios compreende um material permeável que define uma parte da estrutura de drenagem.

[017] De acordo com outro aspecto da invenção, uma porção da câmara se estende para além do restante do componente e de um reservatório que fecha a porção estendida da câmara e é configurado para circulação de um fluido através do mesmo.

[018] De acordo com outro aspecto da invenção, uma porção da câmara se estende para além do restante do componente, e um conduto de fluido é disposto em contato com a porção estendida da câmara.

[019] De acordo com outro aspecto da invenção, o conduto de fluido tem uma parede externa anular, e a porção estendida da câmara tem um formato de sela côncavo que entra em contato com a parede externa do conduto de fluido.

[020] De acordo com outro aspecto da invenção, uma porção da câmara se estende para além do restante do componente; e uma porção de ponteira de um conduto de fluido é formada como parte de uma única estrutura monolítica com a porção estendida da câmara.

[021] De acordo com outro aspecto da invenção, um aparelho de transferência de calor para um motor de turbina a gás inclui: uma pluralidade de componentes dispostos em um anel ao redor do motor e que se estendem em uma direção geralmente radial, de modo a definir as extremidades interna e externa opostas, sendo que cada componente tem: uma estrutura de parede que define uma superfície de delimitação de fluxo e uma câmara formada no componente, sendo que a câmara inclui uma estrutura de drenagem, um canal de vapor e um fluido de trabalho, em que a câmara inclui uma extremidade de evaporador e uma extremidade de condensador oposta; em que, para algumas dentre as câmaras, a extremidade de evaporador é posicionada na extremidade interna do componente correspondente e, para outras dentre as câmaras, a extremidade de evaporador é posicionada na extremidade externa do componente correspondente.

[022] De acordo com outro aspecto da invenção, a extremidade de evaporador de cada câmara é posicionada, de modo que a gravidade assista o fluxo de fluido, da extremidade de condensador até a extremidade de evaporador, para uma orientação predeterminada do motor.

[023] De acordo com outro aspecto da invenção, os componentes são palhetas de guia.

Breve Descrição das Figuras [024] A invenção pode ser mais bem compreendida a título de referência à descrição a seguir, obtida em conjunto com as Figuras anexas, nas quais: A Figura 1 é uma vista em corte transversal esquemática de um motor de turbina a gás que incorpora um sistema de trocador de calor construído, de acordo com um aspecto da presente invenção; A Figura 2 é uma vista em corte transversal esquemática de um motor de turbina a gás de ventilador sem duto; A Figura 3 é uma vista em perspectiva de uma palheta de guia de emissão do motor de turbina a gás da Figura 1; A Figura 4 é um diagrama funcional esquemático de uma palheta de guia de emissão que mostra o método de operação da presente invenção; A Figura 5 é uma vista em corte transversal de um aerofólio que mostra uma primeira configuração interior; A Figura 6 é uma vista em corte transversal de um aerofólio que mostra uma configuração interior alternativa; A Figura 7 é uma vista em corte transversal de um aerofólio que mostra outra configuração interior alternativa; A Figura 8 é um diagrama em corte esquemático de um aerofólio que tem uma estrutura de tubo de calor integral e um reservatório; A Figura 9 é um diagrama em corte esquemático de um aerofólio acoplado a um conduto de fluido; A Figura 10 é uma vista esquemática que mostra uma matriz anular de aerofólios; A Figura 11 é uma vista em elevação frontal esquemática de uma estrutura de tubo de calor exemplificativa; A Figura 12 é uma vista em corte transversal esquemática de uma câmara de vapor integralmente acoplada a uma ponteira de conduto de fluido; e A Figura 13 é uma vista em corte longitudinal esquemática da câmara de vapor e da ponteira de conduto de fluido da Figura 12.

Descrição Detalhada da Invenção [025] Referindo-se às Figuras em que os números de referência idênticos denotam os mesmos elementos ao longo das várias vistas, a Figura 1 retrata um motor de turbina a gás 10 que incorpora um aparelho de trocador de calor construído de acordo com um aspecto da presente invenção. Embora o exemplo ilustrado seja um motor turbofan de alta derivação, os princípios da presente invenção também são aplicáveis a outros tipos de motores, tais como de baixa derivação, turbojato, etc. O motor 10 tem uma linha central longitudinal, ou eixo geométrico A, e um invólucro anular estacionário externo 12, disposto concentricamente ao redor do eixo geométrico A e coaxialmente ao longo do mesmo. O motor 10 tem um ventilador 14, um reforçador 16, um compressor 18, um combustor 20, uma turbina de alta pressão 22 e uma turbina de baixa pressão 24, dispostos em uma relação de fluxo em série. Em operação, o ar pressurizado do compressor 18 é misturado com o combustível no combustor 20 e inflamado, gerando assim gases de combustão. Algum trabalho é extraído desses gases pela turbina de alta pressão 22, que aciona o compressor 18 por meio de um eixo externo 26. Os gases de combustão fluem, então, para uma turbina de baixa pressão 24 que aciona o ventilador 14 e o reforçador 16, por meio de um eixo interno 28.

[026] O motor 10 inclui uma armação de ventilador 32 com um cubo central 36 conectada a um invólucro de ventilador anular 38, por uma matriz anular de palhetas de guia de emissão de ventilador que se estendem radialmente (“OGVs”) 40, que se estendem através da trajetória de fluxo de ventilador. Nesse exemplo, cada uma das OGVs 40 é tanto um elemento de aeroativação quanto um apoio estrutural para o invólucro de ventilador 38. Em outras configurações, os membros separados são fornecidos para as funções estruturais e aerodinâmicas.

[027] Embora os conceitos da presente invenção sejam descritos com o uso das OGVs 40, como um exemplo, será compreendido que aqueles conceitos são aplicáveis a qualquer estrutura estacionária dentro do motor 10, que é configurado a fim de direcionar o fluxo de ar e/ou a fim de formar todas ou uma porção de um canal para o fluxo de ar. Tais estruturas são chamadas, no presente documento, de modo geral, de “elementos de delimitação de fluxo” e incluem uma “superfície de delimitação de fluxo”. Conforme usado no presente documento, o termo “de delimitação” engloba o conceito convencional de um “elemento de direcionamento de fluxo” tal como um aerofólio, que ativa um fluxo de ar, bem como um componente que é simplesmente exposto ao fluxo de ar em operação e, então, guia ou delimita o fluxo de ar, de algum modo, tal como uma parte de um duto ou de uma nacela. Como um exemplo, a Figura 2 ilustra um motor de turbina a gás 10’ que tem um “ventilador sem duto” que compreende uma fileira de pás de ventilador giratórias externas 14’ e uma fileira a jusante de palhetas de guia estacionárias 40’. Os princípios da presente invenção poderíam ser facilmente incorporados nas palhetas de guia 40’.

[028] Algumas ou todas dentre as OGVs de ventilador 40, no motor 10, podem incluir os trocadores de calor integrados em sua estrutura. A Figura 3 ilustra uma dentre as OGVs de ventilador 40 em mais detalhes. A OGV compreende um aerofólio 42 que tem um bordo de ataque 44, um bordo de fuga 46, uma ponta 48, uma raiz 50, um lado de sucção convexo 52 e um lado de pressão côncavo 54. Uma plataforma interna arqueada 56 é disposta na raiz 50 do aerofólio 42 e uma plataforma externa 58 é disposta na ponta 48. Coletivamente, o lado de sucção 52, o lado de pressão 54, a plataforma interna 56 e a plataforma externa 58 definem “uma estrutura de parede” da OGV 40 e, coletivamente, as superfícies exteriores da estrutura de parede definem uma “superfície de delimitação de fluxo”.

[029] O aerofólio 42 é produzido a partir de um material com características de peso e de altura adequados à aplicação pretendida. Um exemplo sem limitação de uma liga adequada é uma liga de alumínio, série 7000, em particular, uma liga de alumínio 7075.

[030] O interior da OGV 40 é configurado para funcionar como um tubo de calor. Conforme usado no presente documento, o termo “tubo de calor” se refere a qualquer estrutura que funcione como um tubo de calor, isto é, transportando-se calor de um local para outro, com o uso de um fluído que passa por uma mudança de fase. Isso não exige, necessariamente, um formato de cano ou de tubo convencional. De modo geral, conforme visto na Figura 4, a OGV 40 inclui uma câmara fechada 60 que define uma cavidade interior 62. Conforme explicado em mais detalhes abaixo, uma parte ou toda a câmara 60 pode ser formada como uma parte integral da OGV 40 ou de outro elemento de delimitação de fluxo.

[031] A cavidade interior 62 é revestida com uma estrutura capilar que tem diversos canais pequenos, cavidades ou poros dimensionados de acordo com os princípios conhecidos para produzir um efeito de transporte capilar. Essa estrutura é chamada, no presente documento, de “dreno” ou “estrutura de drenagem” 64, juntamente com pelo menos um canal de vapor 66, e retém um fluido de trabalho. Vários fluidos de trabalho, tais como água, amônia, glicóis, álcoois, substâncias orgânicas e metais de ponto de fusão baixo, são conhecidos para uso em tubos de calor. O fluido de trabalho pode ser não inflamável, de modo a evitar a introdução de um perigo de incêndio no caso de um vazamento ou rompimento na câmara 60.

[032] Uma extremidade da câmara 60 é configurada para entrar em contato com um fluido quente (por exemplo, óleo lubrificante de motor), durante a operação. Essa porção é designada como uma extremidade “quente” ou “evaporadora”, com a identificação Ή”. A extremidade oposta da câmara 60 é designada como uma extremidade “fria” ou “condensadora”, com identificação “C”, e é exposta a um fluxo “F” de fluido relativamente resfriador, tal como ar de derivação de ventilador, durante a operação de motor. Deve-se observar que os termos “quente”, “evaporadora”, “fria” e “condensadora”, quando usados em relação à câmara 60, descrevem o posicionamento da câmara 60, em áreas de temperatura relativamente alta ou baixa, e não são relacionados a nenhum aspecto particular da estrutura das câmaras 60, em si.

[033] Em operação, o óleo que absorveu calor de várias partes do motor é circulado na OGV 40, onde aquece a extremidade H de evaporador ou quente da OGV 40. A remoção de calor resfria o óleo até uma temperatura de trabalho aceitável, de modo que o mesmo possa ser subsequentemente recirculado através do motor 10. O calor removido é expelido para o fluxo de fluido externo F por convecção. Observa-se que, ao considerar a cadeia dos processos de transferência de calor do óleo para o fluxo de fluido externo, a transferência de calor de condução através da estrutura de parede da OGV contribui com uma fração muito pequena (por exemplo, menos de 10%) da resistência térmica total do aparelho. Consequentemente, a eficácia da OGV 40 como trocadora de calor não é fortemente dependente da escolha de material para a estrutura de parede. Isso permite o uso de um material com bom desempenho mecânico, tal como um titânio, enquanto mantém o desempenho de transferência de calor aceitável.

[034] Especificamente, o fluido de trabalho dentro da câmara 60 absorve aquele calor e evapora. O vapor gerado se desloca, então, através do canal de vapor 66 e se condensa na extremidade fria C da câmara 60, transferindo assim o calor para a extremidade fria C. O dreno 64 transporta o fluido de trabalho líquido condensado de volta à extremidade quente H por ação capilar, concluindo assim o circuito. Dependendo da orientação da câmara 60, a estrutura capilar pode não ser necessária.

[035] A estrutura de tubo de calor descrita no presente documento poderia ser usada em outras circunstâncias, em que um processo de transferência de calor de ar-líquido seja necessário. Por exemplo, em climas frios, a estrutura de tubo de calor poderia ser configurada com a extremidade quente H disposta em uma corrente de ar e a extremidade fria C disposta em contato com o óleo de motor. O calor absorvido da corrente de ar poderia aquecer o óleo e poderia ser usado para degelar o óleo muito frio e viscoso.

Conforme outra alternativa, a estrutura de tubo de calor podería ser usada para resfriar outro fluido de motor, tal como combustível. Deve-se notar, adicionalmente, que as estruturas de tubo de calor descritas no presente documento não exigem, necessariamente, condições em voo, desde que a temperatura de ar e as condições de fluxo forneçam um dissipador adequado para o calor a ser expelido.

[036] O dreno 64 e os canais de vapor 66 podem ser incorporados na câmara 60 de vários modos, sendo que a meta é otimizar as considerações de estrutura, térmicas e de peso. As Figuras 5 a 7 ilustram os exemplos de algumas configurações físicas possíveis.

[037] A Figura 5 mostra um aerofólio 142, similar à OGV 40, que tem paredes laterais de sucção e de pressão 154, 152 que constituem coletivamente uma câmara 160 que tem uma cavidade 162 na mesma. Uma estrutura de drenagem 164 transpõe o espaço entre as paredes laterais 154, 152. Uma série de canais de vapor no sentido da envergadura 166 se estende através da estrutura de drenagem 164. No exemplo ilustrado, os canais de vapor 166 têm um formato em corte transversal circular e são localizados aproximadamente na zona intermediária entre as paredes laterais de sucção e de pressão 154, 152.

[038] A Figura 6 mostra um aerofólio 242 que tem paredes laterais de sucção e de pressão 254, 252 que constituem coletivamente uma câmara 260 que tem uma cavidade 262 na mesma. Uma estrutura de drenagem 264 transpõe o espaço entre as paredes laterais 254, 252. Um canal de vapor central 266 que tem um corte transversal em formato de aerofólio se estende através da porção central da estrutura de drenagem 264.

[039] A Figura 7 mostra um aerofólio 342 que tem paredes laterais de sucção e de pressão 354, 352 que constituem coletivamente uma câmara 360 que tem uma cavidade 362 na mesma. Uma estrutura de drenagem 364 transpõe o espaço entre as paredes laterais 354, 352. Um canal de vapor 366 se estende através da porção central da estrutura de drenagem 364. Os apoios 368 se estendem transversalmente entre as paredes laterais de sucção e de pressão 354, 352. Os apoios 368 podem ser anteparos transversais contínuos que dividem eficazmente o canal de vapor 366 em porções menores, ou os mesmos podem ser colunas ou pinos individuais. Cada um dos apoios 368 pode compreender um material sólido ou uma estrutura capilar, ou alguma combinação dos dois. Ademais, cada um dos apoios 368 que tem formatos variantes, tal como formatos prismáticos ou de ampulheta.

[040] Toda ou parte das OGVs 40, ou porções das mesmas, pode ser parte de um único componente unitário, de uma peça ou monolítico e pode ser fabricada com o uso de um processo de fabricação que envolve uma construção camada por camada ou fabricação aditiva (de maneira oposta à remoção de materiais, como em processos de usinagem convencionais). Tais processos podem ser chamados de “processos de fabricação rápida” e/ou “processos de fabricação aditiva”, sendo que o termo “processo de fabricação aditiva” é o termo usado no presente documento para se referir, de modo geral, a tais processos. Os processos de fabricação aditiva incluem, porém sem limitação: Sinterização a Laser de Metal Direta (DMLS), Fusão a Laser de Metal Direta (DMLM), Fabricação em Formato de Rede a Laser (LNSM), Sinterização por Feixe de Elétrons, Sinterização a Laser Seletiva (SLS), impressão 3D, tal como por jatos de tinta e jatos a laser, Estereolitografia (SLA), Fusão por Feixe de Elétrons (EBM), Modelagem de Rede Projetada a Laser (LENS) e Deposição de Metal Direta (DMD).

[041] As OGVs 40 podem ter frequentemente uma razão de aspecto alta, uma quantidade significativa de contorção sobre sua envergadura e espessuras de parede pequenas. Essas características tendem a produzir uma produção com o uso de métodos convencionais difíceis ou impossíveis. Consequentemente, a fabricação aditiva pode ser uma tecnologia viabilizadora para fabricar as OGVS 40 e outros componentes descritos no presente documento.

[042] A estrutura de drenagem 64 pode incorporar uma transição gradual através de sua espessura. A partir da superfície externa, a primeira parte da espessura de parede da OGV 40 ou outro elemento de delimitação de fluxo pode ser sólida. A mesma pode então transitar, movendo-se para dentro, para se tornar uma superfície permeável, configurada para drenar líquidos, por meio de forças capilares. Finalmente, pode haver uma área de espaço vazio aberta onde o vapor de fluido se move. A estrutura de drenagem também pode ser variada em uma direção perpendicular à superfície de parede. Por exemplo, uma estrutura fina, com poros pequenos, pode ser usada na área quente (evaporadora) para fornecer muita potência de drenagem. Mas na seção de transição, onde o líquido condensado flui de volta para a área evaporadora, é vantajoso ter uma estrutura grosseira - tornando a resistência ao fluxo de fluido inferior.

[043] A Figura 11 ilustra um exemplo de uma configuração possível de uma estrutura de drenagem 464. É, de modo geral, uma massa tridimensional que tem uma matriz 3D de orifícios mutuamente perpendiculares e afastados 466A, 466B que passam através da mesma. Nesse exemplo, o primeiro grupo de orifícios 466A tem um primeiro diâmetro e é disposto em uma camada adjacente a um lado de metal 468 da estrutura 464. O segundo grupo de orifícios 466B tem um segundo diâmetro menor do que o primeiro diâmetro e é disposto adjacente à primeira camada. Múltiplas camadas de orifícios de tamanhos diferentes podem ser empregadas. Essa estrutura 464 é particularmente adequada para ser formada como uma parte integral ou unitária de uma parede de elemento de delimitação de fluxo, por exemplo, com o uso de um processo de fabricação aditiva, conforme observado acima.

[044] Em uso, as OGVs 40 ou outras estruturas de delimitação de fluxo, seriam posicionadas em contato térmico com óleo ou outro fluido a ser resfriado. A Figura 8 mostra um possível aparelho para acoplar a câmara 60 de uma OGV 40 ao fluido a ser resfriado. Um reservatório 400 é formado ao redor da base da câmara 60, a qual se estende além da raiz 50 da OGV 40. O fluido “L” a ser resfriado (óleo, nesse exemplo) fui para o reservatório 400, através do tubo de admissão 402, onde flui ao redor da câmara 60 e transfere o calor para a mesma. Então, o mesmo flui através de um tubo de emissão 404. O mesmo pode, subsequentemente, ser roteado para uma OGV adjacente 40 ou para outra porção de um sistema de óleo de motor.

[045] A Figura 9 mostra outro possível aparelho para acoplar a câmara 60 de uma OGV 40 ao fluido a ser resfriado. Um conduto de fluido 406 é roteado próximo à raiz 50 da OGV 40. A extremidade protuberante da câmara 60 é formada em um formato de sela côncavo 408, que é colocado em contato direto com o conduto de fluido 406. Opcionalmente, a extremidade protuberante da câmara 60 pode ser unida ao conduto de fluido 406, por exemplo, através de soldagem por brasagem, soldagem, ligação adesiva, etc. Em uso, o calor é transferido através da parede do conduto de fluido 406, diretamente à câmara 60. Alternativamente, uma porção de ponteira de um conduto de fluido pode ser formada com uma porção da câmara, como parte de um todo monolítico, unitário ou integral. Por exemplo, as Figuras 12 e 13 ilustram uma câmara 60’, com uma parede que é integrada a uma parede de uma porção de conduto de fluido 406’. Essa configuração maximiza a capacidade de transferência de calor e permite que a câmara 60’ seja conectada a um sistema de tubagem (não mostrado), com o uso de tipos conhecidos de acoplamentos de tubo, mostrados na Figura 13, em 410.

[046] A Figura 10 é um diagrama que mostra uma matriz anular ou anel de OGVs 40, visto que os mesmos seriam instalados no motor 10. A título de referência, o anel é identificado com posições relativas às horas, isto é, 12 horas, 3 horas, 6 horas e 9 horas. Durante a operação normal do motor, a OGV 40, na posição de 12 horas, é tipicamente orientada de modo que se estenda verticalmente “acima” da linha central do motor, ou seja, fora do solo, e a OGV, na posição de 6 horas, se estende verticalmente “abaixo” da linha central do motor, ou seja, em direção ao solo.

[047] O equilíbrio de força que opera no fluido de trabalho, dentro de cada OGV 40, irá variar, dependendo de sua posição no anel. As forças de gravidade no fluido de trabalho estão sempre na direção descendente, enquanto a direção de retorno desejada pode ser ascendente ou descendente, o que significa que as forças de gravidade podem atuar opostas às forças capilares. Por exemplo, se a extremidade quente H descrita acima for posicionada internamente, a gravidade irá tender a assistir o retorno do vapor condensado para as OGVs 40, na extremidade superior do anel, por exemplo, de ligeiramente acima de 9 horas às 12 horas, até ligeiramente acima de 3 horas. Visto que a gravidade irá trabalhar contra o retorno do vapor condensado abaixo de 9 horas às 6 horas, até abaixo da posição de 3 horas, quando a extremidade quente H for posicionada internamente, a extremidade quente H pode ser alternativamente posicionada externamente para a OGV 40 localizada para as OGVs localizadas ligeiramente abaixo de 9 horas às 6 horas, até ligeiramente abaixo de 3 horas. Então, com o projeto descrito no presente documento, que permite que a extremidade quente H seja localizada na extremidade da raiz ou da ponta da OGV 40, o profissional pode adaptar a arquitetura de resfriamento, a fim de aumentar a capacidade de rejeição ao calor.

[048] A invenção descrita no presente documento tem várias vantagens em relação à técnica anterior. Os elementos de delimitação de fluxo com tubos de calor integrais podem conduzir uma carga de calor significativa. A configuração impede que o óleo seja exposto a dano por objeto estranho (“FOD”). Em comparação com os ACOCs da técnica anterior, a presente invenção elimina a introdução de um componente de indução de arrasto na corrente de ventilador e fornece uma confiabilidade mais alta, devido ao fato de que o tubo de calor exigiria duas falhas (isto é, a parede que separa o tubo de calor evaporador do reservatório de óleo e a parede condensadora de tubo de calor que separa a câmara de vapor da corrente de ar), antes que uma liberação de óleo pudesse ocorrer, enquanto os ACOCs do estado da técnica atual poderíam falhar após uma única ruptura de parede. A presente invenção combina as funções estrutural, térmica e aerodinâmica em um único componente. Isso permite a díssipação de mais calor com arrasto mínimo. Isso tem potencial para manter as temperaturas de componente em faixas toleráveis para as ligas de alumínio menos dispendiosas, por exemplo, cerca de 150 °C (300 °F), mesmo quando o fluído que é resfriado é mais quente. Isso irá reduzir o peso e o arrasto, o que resulta em um consumo de combustível específico mais baixo (“SFC”).

[049] A descrição antecedente descreveu um elemento de delimitação de fluxo com uma estrutura de tubo de calor integral. Todos os recursos revelados neste relatório descritivo (que inclui quaisquer reivindicações anexas, resumo e Figuras) e/ou todas dentre as etapas de qualquer método ou processo revelado podem ser combinados em qualquer combinação, exceto em combinações em que pelo menos alguns dentre tais recursos e/ou etapas sejam mutuamente exclusivas.

[050] Cada recurso revelado neste relatório descritivo (que inclui quaisquer reivindicações, resumo e Figuras anexos) pode ser substituído por recursos alternativos que sirvam ao mesmo propósito, a um propósito equivalente ou a um propósito similar, a menos que expressamente declarado de outro modo. Assim, a menos que expressamente declarado de outro modo, cada recurso revelado é apenas um exemplo de uma série genérica de recursos equivalentes ou similares.

[051] A invenção não se restringe aos detalhes da(s) realização(ões) antecedente(s). A invenção se estende a quaisquer recursos inovadores ou combinações inovadoras dos recursos revelados neste relatório descritivo (que inclui quaisquer reivindicações, resumo e Figuras anexos), ou a qualquer etapa inovadora ou qualquer combinação inovadora de etapas de qualquer método ou processo então revelado.

Lista De Partes Motor de Turbina a Gás 10 Invólucro 12 Ventilador 14 Reforçador 16 Compressor 18 Combustor 20 Turbina de Alta Pressão 22 Turbina de Baixa Pressão 24 Eixo Externo 26 Eixo Interno 28 Armação de Ventilador 32 Cubo Central36 Invólucro de Ventilador 38 Palhetas de Guia de Emissão 40 Motor de Turbina a Gás 10’ Palhetas de guia 40’ Aerofólio 42 Bordo de Ataque 44 Bordo de Fuga 46 Ponta 48 Raiz 50 Lado de Sucção 52 Lado de Pressão 54 Plataforma interna 56 Raiz 50 Plataforma externa 58 Câmara Fechada 60 Cavidade Interior 62 Estrutura de Drenagem 64 Canal de Vapor 66 Aerofólio 142 Parede Lateral de Pressão 154 Parede Lateral de Sucção 152 Câmara 160 Cavidade 162 Estrutura de Drenagem 164 Canais de Vapor 166 Aerofólio 242 Parede Lateral de Pressão 254 Parede Lateral de Sucção 252 Câmara 260 Cavidade 262 Estrutura de Drenagem 264 Canal de Vapor 266 Aerofólio 342 Parede Lateral de Pressão 354 Parede Lateral de Sucção 352 Câmara 360 Cavidade 362 Estrutura de Drenagem 364 Canal de Vapor 366 Apoios 368 Estrutura de Drenagem 464 Orifícios 466A

Orifícios 466B

Lado de Metal 468 Reservatório 400 Tubo de Admissão 402 Tubo de Emissão 404 Conduto de Fluido 406 Formato de Sela 408 Acoplamento de Tubo 410 Reivindicações

Claims (10)

1. APARELHO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS, caracterizado pelo fato de que compreende: um componente (40) que tem uma estrutura de parede que define uma superfície de delimitação de fluxo; e uma câmara (60) formada no componente (40), sendo que a câmara (60) inclui uma estrutura de drenagem (64), um canal de vapor (66) e um fluido de trabalho.

2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara (60) é integralmente formada com a estrutura de parede.

3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a estrutura de parede transita de uma estrutura sólida na superfície de delimitação de fluxo para uma estrutura permeável em uma superfície interna.

4. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura de parede compreende uma massa tridimensional (464) que tem uma matriz de orifícios mutuamente perpendiculares e afastados que passam através da mesma.

5. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o componente (40) inclui um aerofólio (42) que tem paredes laterais de sucção e de pressão opostas (54, 52), uma raiz (50), uma ponta (48) e bordos de ataque e de fuga afastados (44, 46).

6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que: uma pluralidade de apoios (368) que se estendem transversalmente entre as paredes laterais de sucção e de pressão (354, 352); e pelo menos uma porção de pelo menos um dos apoios (368) compreende um material permeável que define uma parte da estrutura de drenagem (64).

7. APARELHO, caracterizado pelo fato de que compreende: o aparelho, conforme definido na reivindicação 1, em que uma porção da câmara (60) se estende para além do restante do componente (40); e um reservatório (400) que fecha a porção estendida da câmara (60) e configurado para circulação de um fluido através do mesmo.

8. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma porção da câmara (60) se estende para além do restante do componente (40); e um conduto de fluido (406) é disposto em contato com a porção estendida da câmara (60).

9. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma porção da câmara (60) se estende para além do restante do componente (40); e uma porção de ponteira (406’) de um conduto de fluido é formada como parte de uma única estrutura monolítica com a porção estendida da câmara (60).

10. APARELHO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS (10), caracterizado pelo fato de que compreende: uma pluralidade de componentes (40) dispostos em um anel ao redor do motor (10) e que se estendem em uma direção geralmente radial, de modo a definir extremidades interna e externa opostas, sendo que cada componente (40) tem: uma estrutura de parede que define uma superfície de delimitação de fluxo; e uma câmara (60) formada no componente (40), sendo que a câmara (60) inclui uma estrutura de drenagem (64), um canal de vapor (66) e um fluido de trabalho, em que a câmara (60) inclui uma extremidade de evaporador e uma extremidade de condensador oposta; em que, para algumas dentre as câmaras (60), a extremidade de evaporador é posicionada na extremidade interna do componente correspondente (40) e, para outras dentre as câmaras (60), a extremidade de evaporador é posicionada na extremidade externa do componente correspondente (40).