BR102016012275A2 - conjuntos de hélice e de retenção de pá de hélice - Google Patents

Abstract

trata-se de conjuntos de pá de hélice e de um conjunto de retenção de pá de hélice que incluem uma manga para acoplar operacionalmente uma pá de hélice a um cubo em que a manga retém a pá de hélice dentro do cubo e permite que a pá de hélice gire ao redor de seu eixo geométrico de passo e em que a manga inclui um mecanismo de autoalinhamento.

Description

“CONJUNTOS DE HÉLICE E DE RETENÇÃO DE PÁ DE HÉLICE” Antecedentes da Invenção [001] Os conjuntos de hélices incluem, tipicamente, múltiplas lâminas montadas em um cubo, que é girado pelo motor. As lâminas podem ser removíveis por linha e retidas no cubo de modo a sustentar as cargas operacionais, que inclui a componente de força centrífuga que atua em uma direção paralela ao eixo geométrico longitudinal da pá de hélice. Os sistemas de retenção modernos usam um conjunto de mancais para reter a pá de hélice no conjunto de cubo. Cada raiz de pá é retida dentro de seu próprio soquete para rotação no mesmo ao redor de um eixo geométrico de mudança de passo através do uso do conjunto de mancais. Esses mancais podem ser pré-carregados ou não ser pré-carregados.

[002] Historicamente, os sistemas de retenção de lâminas de hélice não pré-carregadas dependem do peso das lâminas para garantir que as mesmas experimentem carga centrífuga suficiente quando giram durante a operação em que a oscilação dos mancais retenção não ocorre. Entretanto, as lâminas leves modernas podem não experimentar suficiente carga centrífuga para impedir que os elementos de mancai em um lado do mancai se tornem descarregados sob a influência de cargas de flexão impostas à pá durante a operação. Consequentemente, as partes maiores e mais pesadas podem ser necessárias para os mecanismos de retenção.

[003] É conhecido pré-carregar a pá e os mancais a fim de manter sua estabilidade sob as elevadas forças centrífugas e de empuxo experimentadas durante a operação. Além disso, os mecanismos de pré-carregamento adicionais podem ser utilizados para compensar a perda de pré-carga nos mancais devido ao desgaste. O pré-carregamento tensiona o sistema e comprime o mesmo contra as forças centrífugas operacionais e de empuxo. A inclusão de conjuntos pré-carregados adicionais resulta na substituição e manutenção mais complexas de partes. Mais ainda, tais projetos usam graxa dentro do cubo como lubrificação, e a graxa perde suas propriedades lubrificantes ao longo do tempo, levando a uma manutenção mais frequente.

Descrição Resumida da Invenção [004] Em um aspecto, uma realização da invenção refere-se a um conjunto de hélice que tem um cubo que tem uma reentrância receptora, uma manga localizada dentro da reentrância receptora e que tem uma passagem atravessante que define uma reentrância de pá que tem um primeiro contorno, uma pá de hélice que tem uma protuberância com um segundo contorno e que é recebida dentro da reentrância de pá em que o primeiro contorno e o segundo contorno são complementares e quando a protuberância é inserida na reentrância de pá da manga que tem o primeiro contorno corresponde ao segundo contorno da protuberância da pá de hélice.

[005] Em outro aspecto, uma realização da invenção se refere a um conjunto de retenção de pá de hélice que tem uma manga para acoplar operacionalmente uma pá de hélice a um cubo em que a manga retém a pá de hélice dentro do cubo e permite que a pá de hélice gire ao redor de seu eixo geométrico de passo e em que a manga inclui um mecanismo de autoalinhamento.

[006] Em ainda outro aspecto, uma realização da invenção se refere a um conjunto de hélice, que inclui um cubo que tem uma primeira peça acoplada operacionalmente a uma segunda peça para definir pelo menos uma reentrância de pá e em que pelo menos uma porção da reentrância de pá inclui um primeiro contorno, uma pá de hélice que tem uma protuberância, com um segundo contorno, recebida dentro da reentrância de pá em que o primeiro contorno e o segundo contorno são complementares e quando a protuberância é inserida na reentrância de pá o cubo que tem o primeiro contorno corresponde ao segundo contorno da protuberância da pá de hélice para definir uma estrutura de interferência configurada para impedir o movimento radial da pá.

Breve Descrição das Figuras [007] Nos desenhos: A Figura 1 é uma vista esquemática de um conjunto de hélice que inclui lâminas de hélices.

[008] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma porção de um conjunto de hélice, que pode ser usada no conjunto da Figura 1.

[009] A Figura 3 é uma vista em perspectiva da porção do conjunto de hélice da Figura 2 com porções explodidas.

[010] A Figura 4 é uma vista em corte transversal de uma porção do cubo e uma porção de uma pá de hélice do conjunto de hélice da Figura 2.

[011] A Figura 5 é uma vista em perspectiva de uma realização alternativa de uma porção de um conjunto de hélice, que pode ser usada no conjunto da Figura 1.

[012] A Figura 6 é uma vista em corte transversal de uma porção de um cubo e uma porção de uma pá de hélice do conjunto de hélice da Figura 5.

[013] A Figura 7 é uma vista em corte transversal de ainda outra realização alternativa de uma porção de um conjunto de hélice, que pode ser usada no conjunto da Figura 1.

[014] As Figuras 8A a 8D ilustram os formatos ou contornos alternativos que podem ser utilizados nos conjuntos de hélices das Figuras 2, 5 e 7.

Descrição Detalhada da Invenção [015] A Figura 1 ilustra um conjunto de hélice 10 que inclui um conjunto de cubo 11 e diversas lâminas de hélices 14. O conjunto de cubo 11 pode incluir uma cobertura 13 e um cubo 12, que pode ser mais claramente ilustrado na Figura 2 O cubo 12 fornece um meio para prender as múltiplas lâminas de hélices 14. O cubo 12 pode ser formado a partir de qualquer material adequado que inclui, porém sem limitação, materiais compósitos ou de metal. O cubo 12 pode ser formado de qualquer maneira adequada e pode prender qualquer número de lâminas de hélices 14. Tipicamente, uma pá de hélice 14 é formada em um formato de aerofólio torcido e pode ser composto de qualquer material adequado que inclui, porém sem limitação, materiais compósitos ou de metal. A pá de hélice 14 converte o movimento giratório em uma força propulsora. A pá de hélice 14 pode ser removível por linha para fornecer vantagens de custo e de manutenção. O termo removível por linha indica que a pá de hélice 14 pode ser removida e substituída no campo. As lâminas de hélices removíveis por linha podem ser montadas no cubo 12 e podem ser retidas enquanto permitem o movimento giratório relativo.

[016] A Figura 3 ilustra mais claramente que o cubo 12 inclui uma primeira ou uma porção de cubo anterior 20 e uma segunda ou uma porção de cubo posterior 22. A porção de cubo anterior 20 e a porção de cubo posterior 22 podem ser montadas operacionalmente em conjunto por meio de quaisquer fixadores adequados que incluem, porém sem limitação, parafusos 24. Quando a porção de cubo anterior 20 e a porção de cubo posterior 22 são acopladas operacionalmente em conjunto, as mesmas definem um conjunto de reentrâncias receptoras 26. Será compreendido que “um conjunto” pode incluir qualquer número de reentrâncias receptoras, que inclui apenas uma reentrância receptora.

[017] Um receptor 30 pode ser localizado dentro da reentrância receptora 26. O receptor 30 foi ilustrado como uma manga 32. No exemplo ilustrado, a manga 32 inclui a primeira e a segunda peças 34 e 36. Enquanto a manga 32 pode ser integralmente formada, a manga de múltiplas peças permite a facilidade de substituição dentro do campo. Independentemente do número de peças que formam a manga 32, a manga 32 cria uma passagem atravessante que define uma reentrância de pá 38.

[018] A reentrância de pá 38 da manga 32 pode fornecer um receptáculo para a pá de hélice 14 a ser inserida. Mais especificamente, uma protuberância 40 da pá de hélice 14 pode ser recebida dentro da reentrância de pá 38. A protuberância 40 pode incluir, porém sem limitação, a raiz de pá ou uma parte integral da raiz de pá.

[019] Conforme pode ser mais claramente visto na Figura 4, os ombros anulares 42 do cubo 12 envolvem eficazmente a manga 32 quando a porção de cubo anterior 20 e a porção de cubo posterior 22 são acopladas operacionalmente. Os ombros anulares 42 restringem a manga 32 de movimento radial. Além disso, pode ser mais claramente visto que a manga 32 pode incluir um primeiro formato, perfil, ou contorno 50 e a protuberância 40 da pá de hélice 14 pode incluir um segundo formato, perfil, ou contorno 52. O primeiro contorno 50 e o segundo contorno 52 são complementares e quando a protuberância 40 é inserida na reentrância de pá 38 o primeiro contorno 50 corresponde ao segundo contorno 52. No exemplo ilustrado, o primeiro contorno 50 da manga 32 foi ilustrado com um formato crescente convexo enquanto o segundo contorno 52 da protuberância 40 foi ilustrado com um formato crescente côncavo.

[020] A manga 32 funciona como um sistema de retenção primário para acoplar operacionalmente a pá de hélice 14 ao cubo 12 enquanto ainda permite que a pá de hélice 14 gire ao redor de seu eixo geométrico de passo. Um vão 54 é definido entre o primeiro contorno 50 e o segundo contorno 52. O vão 54 pode ter um espaçamento de alta precisão e pode ser preenchido com um lubrificante que inclui, porém sem limitação, lubrificantes impregnados de óleo para permitir que a pá de hélice 14 gire com menos atrito. A primeira e a segunda vedações 56 e 58 podem ser incluídas nas extremidades distais do vão 54 para manter os lubrificantes no local. Alternativamente, uma vedação pode ser utilizada para fechar uma porção do vão 54 e um mecanismo ou parte alternativa pode ser utilizada para vedar a outra porção do vão 54. Além disso, uma dentre ou tanto a manga 32 quanto a protuberância 40 podem incluir um revestimento redutor de atrito para permitir adicionalmente que a lâmina de hélice 14 gire com menos atrito. Qualquer revestimento redutor de atrito adequado pode ser utilizado incluindo, porém sem limitação, a revestimento de nitreto de prata.

[021] Durante a operação, a manga 32 é usada para reter a pá de hélice 14 no cubo 12 enquanto permite o movimento giratório relativo entre os mesmos e sem exigir a necessidade de pré-recarregar as porções do conjunto de hélice. A manga 32 ajuda a sustentar os momentos de flexão de empuxo muito altos e os contornos correspondentes formam um mecanismo de autoalinhamento que elimina a exigência de pré-carga.

[022] A Figura 5 ilustra um conjunto de rotor alternativo 110, de acordo com uma segunda realização da invenção. O conjunto de hélice 110 é similar ao conjunto de hélice 10 descrito previamente e, portanto, partes similares serão identificadas com números similares acrescidos por 100, ao passo que se compreende que a descrição das partes similares do conjunto de hélice 10 se aplica ao conjunto de hélice 110, a menos que percebido de outro modo.

[023] Uma diferença entre a segunda e a primeira realizações é que o cubo 112 não inclui peças anteriores e posteriores. Em vez disso, a reentrância receptora 126 é dimensionada para permitir que tanto a manga 132 quanto a protuberância 140 da pá de hélice 114 sejam inseridas nas mesmas, conforme pode ser mais claramente visto na Figura 6 Uma vez que a pá de hélice 114 e sua manga correspondente 132 são inseridas, um retentor 160 pode ser acoplado operacionalmente ao cubo 112 para manter a pá de hélice 114 e a manga 132 dentro do cubo 112. No exemplo ilustrado, o retentor 160 inclui um anel 162 que tem uma reentrância 164 através da qual a pá de hélice 114 pode passar e é dimensionada para permitir que a pá de hélice 114 gire na mesma. O anel 162 é ilustrado como sendo montado no cubo 112 através de uma variedade de parafusos 166, embora seja compreendido que quaisquer fixadores adequados podem ser utilizados. O anel 162 pode incluir uma protuberância 168 que acomoda a manga 132 firmemente dentro do cubo 112 e não permite o movimento da manga 132 dentro da reentrância receptora 126. Além disso, será compreendido que qualquer retentor adequado pode ser usado incluindo, porém sem limitação, fixadores distintos que montam a manga 132 no cubo 112. O anel 162 ou qualquer outro retentor adequado pode atuar como um ombro externo para impedir a manga 132 de se mover radialmente. Uma vez que o anel 162 é removível, isso permite que a pá de hélice 114 seja substituída sem a necessidade de formar o cubo em duas metades.

[024] A Figura 7 ilustra um conjunto de hélice alternativo 210, de acordo com uma terceira realização da invenção. O conjunto de hélice 210 é similar ao conjunto de hélice 10 e, portanto, partes similares serão identificadas com números similares acrescidos por 200, ao passo que se compreende que a descrição das partes similares do conjunto de hélice 10 se aplica ao conjunto de hélice 210, a menos que percebido de outro modo.

[025] Uma diferença entre a terceira realização e as duas realizações anteriores é que a protuberância 240 da pá de hélice 214 inclui um primeiro contorno 250. Mais especificamente, a pá de hélice 214 foi ilustrada como incluindo uma manga 232 e a manga 232 inclui o primeiro contorno 250. A manga 232 pode ser integralmente formada com a protuberância 240 ou, conforme ilustrado, a manga 232 pode ser acoplada operacionalmente à protuberância 240. A manga 232 pode ser acoplada operacionalmente à pá de hélice 214 de qualquer maneira adequada incluindo, porém sem limitação, que a manga 232 pode ser encaixada por contração na protuberância 240.

[026] Enquanto o cubo 212 também foi ilustrado com a primeira e a segunda peças 220 e 222, na terceira realização ilustrada, a primeira e a segunda peças 220 e 222 definem uma reentrância de pá 238 e uma porção da reentrância de pá 238 inclui um segundo contorno 252. Mais especificamente, o segundo contorno 252 pode ser criado no cubo 212 de qualquer maneira adequada incluindo, porém sem limitação, que a primeira e a segunda peças 220 e 222 podem ser usinadas para criar o segundo contorno 252. A primeira e a segunda peças 220 e 222 podem ser fechadas em torno da protuberância 240 de modo que a mesma seja recebida dentro da reentrância de pá 238 do cubo 212 e de modo que o primeiro e o segundo contornos 250 e 252 correspondam entre si.

[027] Conforme os exemplos anteriores, um vão 254 é definido entre o primeiro contorno 250 e o segundo contorno 252 e a primeira e a segunda vedações 256 e 258 são localizadas nas extremidades distais do vão 254. Os lubrificantes impregnados de óleo podem ser incluídos dentro do vão 254 para fornecer lubrificação. Tanto o cubo 212 quanto a manga 232 podem incluir um revestimento redutor de atrito para permitir adicionalmente que a pá de hélice 214 gire com menos atrito. Durante a operação, a pá de hélice 214 gira dentro do cubo 212 e o primeiro contorno 250 corresponde ao segundo contorno 252 e atua para reter a pá de hélice 214 no mesmo.

[028] Nas realizações acima, a manga atua como um conjunto de retenção de pá de hélice para acoplar operacionalmente a pá de hélice e o cubo. A manga inclui um mecanismo de autoalinhamento em que o primeiro contorno corresponde a um segundo contorno do próprio cubo ou a um segundo contorno da pá de hélice. Os contornos correspondentes cooperam para definir uma estrutura de interferência que impede o movimento radial externo da pá de hélice enquanto permite a rotação da pá de hélice ao redor de seu eixo geométrico longitudinal para o controle de passo.

[029] Além disso, enquanto a primeira e a segunda realizações ilustram a manga como incluindo um formato convexo como um contorno crescente, qualquer contorno, formato, ou perfil adequado pode ser utilizado. A título de exemplos não limitantes adicionais, a Figura 8A ilustra um contorno crescente côncavo 300, a Figura 8B ilustra um contorno de cone truncado 302, a Figura 8C ilustra um contorno em formato de C 304 e a Figura 8D ilustra um contorno que tem múltiplos formatos de C 306. Alternativamente, as múltiplas mangas podem ser utilizadas para formar qualquer contorno adequado incluindo, porém sem limitação, o contorno formado na Figura 8D: [030] As realizações descritas acima permitem uma variedade de benefícios incluindo que uma manga que tem um formato contornado seja usada para reter a pá de hélice e permitir a mesma gire ao redor de seu eixo geométrico de passo. As realizações descritas acima são livres de mancai ou sem conjuntos de mancai conforme a manga substitui os mancais convencionais utilizados em conjuntos de hélices contemporâneos e nenhum pré-carregamento é exigido. A manga atua para estabilizar a pá de hélice contra a flexão de empuxo. Tanto o número de partes quanto de peso, se comparado aos conjuntos convencionais, é consideravelmente reduzido. Além disso, as realizações descritas acima utilizam lubrificantes impregnados de óleo, que são menos propensos à contaminação, se comparados à graxa usada nos conjuntos convencionais. As realizações descritas acima tem baixo custo, permitem uma montagem e reparo fáceis, e permitem intervalos para revisão mais longos. Além disso, as realizações descritas acima permitem que a pá de hélice continue a ser substituível por linha e não exija qualquer ferramenta especializada para substituir a pá de hélice.

[031] Desde que já não tenha sido descrito, os diferentes recursos e estruturas das várias realizações podem ser usados em combinação entre si, conforme desejado. O fato de um recurso não estar ilustrado em todas as realizações não deve ser interpretado como se o mesmo não pudesse ocorrer, porém, isso é feito a título de brevidade de descrição. Dessa forma, as várias funções das diferentes realizações podem ser mescladas e combinadas, conforme desejado, para formar novas realizações, quer as novas realizações estejam expressamente descritas ou não. Todas as combinações ou permutações de funções descritas no presente documento são cobertas por esta revelação.

[032] Esta descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, incluindo o melhor modo, e também para permitir que qualquer pessoa versada na técnica pratique a invenção, incluindo produzir e usar quaisquer aparelhos ou sistemas, e a executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram àqueles versados na técnica. Tais outros exemplos se destinam a estar dentro do escopo das reivindicações, caso possuam elementos estruturais que não diferenciem os mesmos da linguagem literal das reivindicações, ou caso incluam elementos estruturais equivalentes às diferenças não substanciais da linguagem literal das reivindicações.

Reivindicações

Claims (20)

1. CONJUNTO DE HÉLICE, caracterizado pelo fato de que compreende: um cubo que tem uma reentrância receptora; uma manga localizada dentro da reentrância receptora e que tem uma passagem atravessante que define uma reentrância de pá que tem um primeiro contorno; e uma pá de hélice que tem uma protuberância com um segundo contorno e que é recebido dentro da reentrância de pá; em que o primeiro contorno e o segundo contorno são complementares e quando a protuberância é inserida na reentrância de pá da manga que tem o primeiro contorno que corresponde ao segundo contorno da protuberância da pá de hélice.

2. CONJUNTO DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a manga inclui múltiplas peças.

3. CONJUNTO DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro contorno inclui um perfil convexo.

4. CONJUNTO DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o perfil convexo inclui um formato crescente.

5. CONJUNTO DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um revestimento redutor de atrito aplicado a pelo menos um dentre o primeiro contorno ou o segundo contorno.

6. CONJUNTO DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um vão é definido entre o primeiro contorno e o segundo contorno.

7. CONJUNTO DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos uma vedação configurada para fechar uma porção do vão.

8. CONJUNTO DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente óleo localizado dentro do vão entre uma primeira vedação e uma segunda vedação.

9. CONJUNTO DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cubo inclui adicionalmente a primeira e a segunda peças acopladas operacionalmente de modo seletivo para definir a reentrância receptora.

10. CONJUNTO DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um retentor que é acoplado operacionalmente de modo seletivo ao cubo e configurado para reter a manga e a pá de hélice dentro do cubo quando o retentor é acoplado ao cubo.

11. CONJUNTO DE RETENÇÃO DE PÁ DE HÉLICE, caracterizado pelo fato de que compreende: uma manga para acoplar operacionalmente uma pá de hélice a um cubo; em que a manga retém a pá de hélice dentro do cubo e permite que a pá de hélice gire ao redor de seu eixo geométrico de passo dentro do cubo e em que a manga inclui um mecanismo de autoalinhamento que faz interface com uma porção da pá de hélice ou cubo para definir uma estrutura de interferência que impede o movimento radial externo da pá de hélice.

12. CONJUNTO DE RETENÇÃO DE PÁ DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de autoalinhamento inclui um primeiro contorno que corresponde a um segundo contorno do cubo.

13. CONJUNTO DE RETENÇÃO DE PÁ DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a manga é montada na pá de hélice.

14. CONJUNTO DE RETENÇÃO DE PÁ DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de autoalinhamento inclui um primeiro contorno que corresponde a um segundo contorno da pá de hélice.

15. CONJUNTO DE HÉLICE, caracterizado pelo fato de que compreende: um cubo que tem uma primeira peça acoplada operacionalmente a uma segunda peça para definir pelo menos uma reentrância de pá formada por uma parede que tem um perfil que define um primeiro contorno; e uma pá de hélice que tem uma protuberância, com um segundo contorno, recebida dentro da reentrância de pá; em que o primeiro contorno e o segundo contorno são complementares e quando a protuberância é inserida na reentrância de pá o cubo que tem o primeiro contorno que corresponde ao segundo contorno da protuberância da pá de hélice para definir uma estrutura de interferência configurada para impedir o movimento radial da pá.

16. CONJUNTO DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que um vão é definido entre o primeiro contorno e o segundo contorno.

17. CONJUNTO DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a primeira e a segunda vedações localizadas nas extremidades distais do vão.

18. CONJUNTO DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um lubrificante localizado dentro do vão entre a primeira e a segunda vedações.

19. CONJUNTO DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a pá de hélice inclui uma manga e a manga inclui o segundo contorno.

20. CONJUNTO DE HÉLICE, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a manga é acoplada operacionalmente à protuberância.