BR102016015945A2 - motor de turbina a gás - Google Patents

Abstract

“motor de turbina a gás” trata-se de um motor de turbina a gás que inclui uma haste que acopla um compressor de uma seção de compressor a uma turbina de uma seção de turbina. um conjunto de rolamento posterior, que inclui pelo menos dois rolamentos, é posicionado pelo menos parcialmente em um cárter de motor posterior (130) e sustenta a haste dentro da seção de turbina. o cárter de motor posterior (130) é configurado para receber óleo de lubrificação a partir de um suprimento de óleo de lubrificação que se estende através de pelo menos uma porção de um quadro central de turbina (136) da seção de turbina, e fornecer tal lubrificação a pelo menos dois rolamentos do conjunto de rolamento posterior.

Description

“MOTOR DE TURBINA A GÁS” Campo da Invenção [001] A presente matéria refere-se, de modo geral, a um motor de turbina a gás, ou mais particularmente, a um motor de turbina a gás que tem uma configuração de quadro particular.

Antecedentes da Invenção [002] Um motor de turbina a gás inclui geralmente uma ventoinha e um núcleo dispostos em comunicação de fluxo entre si. O núcleo do motor de turbina a gás geralmente inclui, na ordem de fluxo em série, uma seção de compressor, uma seção de combustão, uma seção de turbina e uma seção de escape. Com motores de turbina a gás de hastes múltiplas, a seção de compressor pode incluir um compressor de alta pressão (compressor de HP) e um compressor de baixa pressão (compressor de LP), e a seção de turbina pode incluir de modo similar uma turbina de alta pressão (turbina de HP) e uma turbina de baixa pressão (turbina de LP). Com tal configuração, o compressor de HP é acoplado à turbina de HP através de uma haste de alta pressão (haste de HP), e o compressor de LP é acoplado à turbina de LP através de uma haste de baixa pressão (haste de LP).

[003] Em operação, pelo menos uma porção de ar sobre a ventoinha é fornecida a uma entrada do núcleo. Tal porção de ar é progressivamente comprimida pelo compressor de LP e compressor de HP até que a mesma alcance a seção de combustão. O combustível é misturado com o ar comprimido e queimado dentro da seção de combustão para fornecer gases de combustão. Os gases de combustão são encaminhados a partir da seção de combustão através da turbina de HP e da turbina de LP. O fluxo de gases de combustão através da seção de turbina aciona a turbina de HP e a turbina de LP, sendo que cada uma, por sua vez, aciona um respectivo compressor dentre o compressor de HP e o compressor de LP através da haste de HP e da haste de LP. Os gases de combustão são, então, encaminhados através da seção de escape, por exemplo, para a atmosfera.

[004] Adicionalmente ao acionamento do compressor de LP, a haste de LP pode adicionalmente acionar a ventoinha através de uma caixa de engrenagens de ventoinha. A caixa de engrenagens permite que a haste de LP seja girada em uma velocidade mais alta em relação à ventoinha para maior eficiência. Contudo, a rotação da haste de LP nas velocidades relativamente altas para alcançar a velocidade rotacional desejada da ventoinha pode resultar em uma instabilidade da haste de LP. Uma opção para aprimorar a estabilidade da haste de LP que é tornar a haste de LP maior em diâmetro é restringida por limitações espaciais radiais.

[005] Consequentemente, um motor de turbina a gás que tem um ou mais componentes para aumentar a estabilidade da haste de LP enquanto gira a haste de LP em velocidades relativamente altas seria útil. Especificamente, um motor de turbina a gás que tem um ou mais componentes para aumentar a estabilidade da haste de LP sem exigir que um diâmetro da haste de LP seja substancialmente aumentado seria particularmente benéfico.

Descrição Resumida da Invenção [006] Os aspectos e as vantagens da invenção serão apresentados parcialmente na descrição a seguir ou podem se tornar óbvios 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 inclui uma seção de compressor que inclui um ou mais compressores e uma seção de turbina localizada a jusante da seção de compressor. A seção de turbina inclui uma ou mais turbinas, um quadro central de turbina, e um quadro traseiro de turbina. O motor de turbina a gás inclui também uma haste que acopla de modo mecânico pelo menos um dentre os um ou mais compressores da seção de compressor a pelo menos uma dentre as uma ou mais turbinas da seção de turbina. O motor de turbina a gás inclui também um conjunto de rolamento posterior que inclui pelo menos dois rolamentos posicionados em um cárter de motor posterior e que sustentam a haste na seção de turbina. O cárter de motor posterior é configurado para receber óleo de lubrificação de um suprimento de óleo de lubrificação que se estende através de pelo menos uma porção do quadro central de turbina e para fornecer tal óleo de lubrificação aos pelo menos dois rolamentos do conjunto de rolamento posterior.

[008] Em outra realização exemplificativa da presente revelação, um motor de turbina a gás é fornecido. O motor de turbina a gás inclui uma seção de compressor que inclui um compressor de baixa pressão e uma seção de turbina localizada a jusante da seção de compressor. A seção de turbina inclui uma turbina de baixa pressão, um quadro central de turbina que tem pelo menos uma porção posicionada adiante da turbina de baixa pressão, e um quadro traseiro de turbina que tem pelo menos uma porção posicionada atrás da turbina de baixa pressão. O motor de turbina a gás inclui também uma haste de baixa pressão que acopla de modo mecânico o compressor de baixa pressão à turbina de baixa pressão e um conjunto de rolamento posterior posicionado pelo menos parcialmente dentro de um cárter de motor posterior. O conjunto de rolamento posterior é posicionado dentro da seção de turbina e inclui um primeiro rolamento e um segundo rolamento, sendo que o primeiro e o segundo rolamentos do conjunto de rolamento posterior são configurados para receber óleo de lubrificação de um suprimento de óleo de lubrificação que se estende através de pelo menos uma porção do quadro central de turbina.

[009] Essas e outras funções, aspectos e vantagens da presente invenção se tornarão mais bem compreendidos com referência à descrição a seguir e às reivindicações anexas. As figuras anexas, que são incorporadas neste relatório descritivo e constituem uma parte do mesmo, ilustram realizações da invenção e, em conjunto com uma descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

Breve Descrição das Figuras [010] Uma revelação completa e viabilizadora da presente invenção, que inclui o melhor modo da mesma, destinada a um indivíduo de habilidade comum na técnica, é apresentada no relatório descritivo, que faz referência às Figuras anexas, nas quais: - A Figura 1 é uma vista em corte transversal esquemática de um motor de turbina a gás exemplificativo de acordo com várias realizações da presente matéria. - A Figura 2 é uma vista em corte transversal esquemática de uma extremidade anterior de um núcleo do motor de turbina a gás exemplificativo da Figura 1. - A Figura 3 é uma vista em corte transversal esquemática aproximada de um compressor de LP do núcleo do motor de turbina a gás exemplificativo da Figura 1. - A Figura 4 é uma vista em corte transversal esquemática aproximada de uma extremidade posterior do motor de turbina a gás exemplificativo da Figura 1.

Descrição Detalhada da Invenção [011 j Agora, será feita referência em detalhes às realizações presentes da invenção, em que um ou mais exemplos das mesmas são ilustrados nas figuras anexas. A descrição detalhada usa designações numéricas e de letra para se referir às funções nas figuras. As designações semelhantes ou similares nas figuras e na descrição foram usadas para se referir às partes semelhantes ou similares da invenção. Conforme usado no presente documento, os termos “primeiro”, “segundo” e “terceiro” podem ser usados alternadamente para distinguir os componentes entre si e não se destinam a significar uma localização ou uma importância dos componentes individuais. Os termos “a montante” e “a jusante” se referem à direção relativa em 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 qual o fluido flui.

[012] Referindo-se agora às figuras, em que numerais idênticos indicam os mesmos elementos ao longo das mesmas, a Figura 1 é uma vista em corte transversal esquemática 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 de turbofan de alto desvio 10, denominado, no presente documento, como “motor de turbofan 10”. Conforme mostrado na Figura 1, o motor de turbofan 10 define uma direção axial A (que se estende de modo paralelo a uma linha central longitudinal 12 fornecida para 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 disposto a jusante da seção de ventoinha 14.

[013j O motor de turbina de núcleo exemplificativo 16 retratado geralmente inclui um invólucro externo substancialmente tubular 18 que define uma entrada anular 20. O invólucro externo 18 envolve, na relação de fluxo serial, uma seção de compressor que inclui um intensificador ou compressor de baixa pressão (LP) 22 e um compressor de alta pressão (HP) 24; uma seção de combustão 26, uma seção de turbina que inclui uma turbina de alta pressão (HP) 28 e uma turbina de baixa pressão (LP) 30; e uma seção de bocal de escape de jato 32. Uma haste ou bobina de alta pressão (HP) 34 conecta por meio de acionamento a turbina de HP 28 ao compressor de HP 24. Uma haste ou bobina de baixa pressão (LP) 36 conecta por meio de acionamento a turbina de LP 30 ao compressor de LP 22. A seção de compressor, a seção de combustão 26, a seção de turbina e a seção de bocal 32 definem, juntamente, uma trajetória de fluxo de ar de núcleo 37.

[014] Para a realização retratada, a seção de ventoinha 14 inclui uma ventoinha de passo variável 38 que tem uma pluralidade de pás de ventoinha 40 acoplada a um disco 42 de um modo separado. Conforme retratado, as pás de ventoinha 40 se estendem para fora do disco 42 geralmente ao longo da direção radial R. Cada uma das pás de ventoinha 40 é rotatória em relação ao disco 42 em torno de um eixo geométrico de passo P em virtude das pás de ventoinha 40 que são acopladas de modo operacional a um membro de atuação adequado 44 configurado para variar de modo coletivo o passo das pás de ventoinha 40 simultaneamente. As pás de ventoinha 40, o disco 42 e o membro de atuação 44 são, juntamente, rotatórios em torno do eixo geométrico longitudinal 12 pela haste de LP 36 através de um caixa de engrenagens de potência 46. A caixa de engrenagens de potência 46 inclui uma pluralidade de engrenagens para ajustar a velocidade rotacional da ventoinha 38 em relação à haste de LP 36 para uma velocidade de ventoinha rotacional mais eficiente.

[015] Referindo-se ainda à realização exemplificativa da Figura 1, o disco 42 é coberto pelo cubo frontal rotatório 48 contornado de modo aerodinâmico para promover um fluxo de ar através da pluralidade de pás de ventoinha 40. Adicionalmente, a seção de ventoinha exemplificativa 14 inclui um invólucro de ventoinha anular ou nacela externa 50 que envolve de modo circunferencial a ventoinha 38 e/ou pelo menos uma porção do motor de turbina de núcleo 16. Deve ser observado que a nacela 50 pode ser configurada para ser sustentada em relação ao motor de turbina de núcleo 16 por uma pluralidade de palhetas-guia de saída circunferencialmente separadas 52. Além disso, uma seção a jusante 54 da nacela 50 pode se estender ao longo de uma porção externa do motor de turbina de núcleo 16, de modo a definir uma passagem de fluxo de ar de desvio 56 entre as mesmas.

[016] Durante a operação do motor turbofan 10, um volume de ar 58 entra no turbofan 10 através de uma entrada associada 60 da nacela 50 e/ou da seção de ventoinha 14. À medida que o volume de ar 58 passa através das pás de ventoinha 42, uma primeira porção de ar 58, conforme indicado pelas setas 62, é direcionada ou encaminhada para a passagem de fluxo de ar de desvio 56, e uma segunda porção de ar 58, conforme indicado pela seta 64, é direcionada ou encaminhada para a trajetória de fluxo de ar de núcleo 37, ou mais especificamente para o compressor de LP 22. Uma razão entre a primeira porção de ar 62 e a segunda porção de ar 64 é comumente conhecida como razão de desvio. Depois, a pressão da segunda porção de ar 64 é aumentada à medida que a mesma é encaminhada através do compressor de alta pressão (HP) 24 e para a seção de combustão 26, onde a mesma é misturada com combustível e queimada para fornecer gases de combustão 66.

[017] Os gases de combustão 66 são encaminhados através da turbina de HP 28 onde uma porção de energia térmica e/ou cinética dos gases de combustão 66 é extraída por meio de estágios sequenciais de palhetas de estator de turbina de HP 68, que são acopladas ao invólucro externo 18, e de pás de rotor de turbina de HP 70 que são acopladas à haste ou bobina de HP 34, fazendo, assim, com que a haste ou bobina de HP 34 gire, sustentando, desse modo, a operação do compressor de HP 24. Os gases de combustão 66 são, então, encaminhados através da turbina de LP 30 onde uma segunda porção de energia térmica e cinética é extraída dos gases de combustão 66 por meio de estágios sequenciais de palhetas de estator de turbina de LP 72 que são acopladas ao invólucro externo 18 e de pás de rotor de turbina de LP 74 que são acopladas à haste ou bobina de LP 36, fazendo, assim, com que a haste ou bobina de LP 36 gire, sustentando, desse modo, a operação do compressor de LP 22 e/ou a rotação da ventoinha 38.

[018] Os gases de combustão 66 são, então, encaminhados através da seção de bocal de escape de jato 32 do motor de turbina de núcleo 16 para fornecer impulso propulsor. De modo simultâneo, a pressão da primeira porção de ar 62 é substancialmente aumentada à medida que a primeira porção de ar 62 é encaminhada através da passagem de fluxo de ar de desvio 56 antes que a mesma seja exaurida de uma seção de escape de bocal de ventoinha 76 do turbofan 10 que também fornece impulso propulsor. A turbina de HP 28, a turbina de LP 30 e a seção de bocal de escape de jato 32 definem, pelo menos parcialmente, uma trajetória de gás quente 78 para encaminhar os gases de combustão 66 através do motor de turbina de núcleo 16.

[019] Deve-se observar, no entanto, que o motor turbofan exemplificativo 10 retratado na Figura 1 serve apenas como exemplo e que em outras realizações exemplificativas, o motor turbofan 10 pode ter qualquer outra configuração adequada. Deve ser observado que, ainda em outras realizações exemplificativas, aspectos da presente revelação podem ser incorporados a qualquer outro motor de turbina a gás adequado. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, os aspectos da presente revelação podem ser incorporados, por exemplo, em um motor turbofan, motor turbopropulsor, motor turbocore, motor turbojato, etc.

[020] Referindo-se, agora, à Figura 2, uma vista em corte transversal esquemática de uma extremidade anterior do motor turbofan 10 da Figura 1 é fornecida. Especificamente, a Figura 1 fornece uma vista em corte transversal esquemática de uma porção da seção de ventoinha 14 e do compressor de LP 22 da seção de compressor.

[021] Conforme discutido acima e com referência à Figura 2, a seção de ventoinha 14 inclui geralmente a ventoinha de passo variável 38 que tem a pluralidade de pás de ventoinha 40 acoplada ao disco 42. Mais especificamente, cada pá de ventoinha 40 é acoplada em uma base a um mecanismo trunnion 80, e o mecanismo trunnion 80 é fixado ao disco 42. O mecanismo trunnion 80 facilita a rotação de uma respectiva pá de ventoinha 40 em torno do respectivo eixo geométrico de passo P das pás de ventoinha’ 40. Adicionalmente, cada mecanismo trunnion 80 é operável com o membro de atuação 44 para mudar um passo de cada uma das pás de ventoinha 40 simultaneamente.

[022] Além disso, a ventoinha de passo variável 38 é rotatória em trono do eixo geométrico longitudinal 12 pela haste de LP 36 através da caixa de engrenagens de potência 46. Especificamente, o disco 42 é fixado através de um ou mais membros de quadro e um dispositivo de equilíbrio 82 a um rotor de ventoinha 84 da seção de ventoinha 14. O rotor de ventoinha 84 da seção de ventoinha 14 é, por sua vez, conectado à haste de LP 36 através da caixa de engrenagens 46.

[023] A seção de ventoinha 14 inclui adicionalmente o cubo frontal 48 (que é rotatório, por exemplo, com a pluralidade de pás de ventoinha 40) e um quadro de ventoinha estacionário 86. O quadro de ventoinha 86 é conectado através da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 do núcleo 16 ao invólucro externo 18 do núcleo 16. Para a realização retratada, o núcleo 16 inclui uma palheta anterior 88 e uma escora 90, sendo que cada um fornece sustentação estrutural entre o invólucro externo 18 do núcleo 16 e o quadro de ventoinha 86. Adicionalmente, o compressor de LP 22 inclui uma palheta-guia de entrada 92. A palheta-guia de entrada 92 pode ser configurada como uma palheta-guia de entrada variável, de modo que a palheta-guia 92 seja rotatória em torno de um eixo geométrico que se estende de modo substancialmente paralelo à direção radial R. A palheta anterior 88, a escora 90 e a palheta-guia de entrada 92 podem ser adicionalmente configuradas para condicionar e direcionar a porção do fluxo de ar pela ventoinha 38 fornecida para a trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 para, por exemplo, aumentar a eficiência da seção de compressor.

[024] O quadro de ventoinha 86 sustenta os vários componentes rotatórios da ventoinha 38 através de um ou mais rolamentos. Especificamente, para a realização retratada, o quadro de ventoinha 86 sustenta os vários componentes rotatórios da ventoinha 38 através de um rolamento de ventoinha anterior 94 e um rolamento de ventoinha posterior 96. Para uma realização retratada, o rolamento de ventoinha anterior 94 é configurado como um rolamento de rolo e o rolamento de ventoinha posterior 96 é configurado como um rolamento cônico. Contudo, em outras realizações exemplificativas, um ou ambos dentre o rolamento de ventoinha anterior 94 ou rolamento de ventoinha posterior 96 podem, em vez disso, ser configurados como, por exemplo, um rolamento de rolo, um rolamento de esfera ou qualquer outro tipo de rolamento. Adicionalmente, ainda em outras realizações exemplificativas, um ou mais rolamentos adicionais podem ser incluídos também.

[025] Referindo-se ainda à Figura 2, dentro da seção de compressor, um conjunto de rolamento anterior é fornecido para sustentar a haste de LP 36. Para a realização retratada, o conjunto de rolamento anterior inclui um primeiro rolamento e um segundo rolamento. O primeiro rolamento é configurado como um rolamento de esfera 98 e é posicionado adiante do segundo rolamento, que é configurado como um rolamento de rolo 100, tal como um rolamento de rolo cilíndrico. O rolamento de esfera 98 e o rolamento de rolo 100 do conjunto de rolamento anterior sustentam, cada um, a haste de LP 36 em relação a um cone de apoio para rolamento de compressor de LP 102. O rolamento de esfera 98 e o rolamento de rolo 100 podem ser formados de qualquer material adequado. Por exemplo, em pelo menos certas realizações exemplificativas, o rolamento de esfera 98 e/ou o rolamento de rolo 100 podem ser formados de um material de metal adequado, tal como um aço inoxidável. Alternativamente, contudo, em outras realizações exemplificativas um ou ambos dentre o rolamento de esfera 98 e/ou o rolamento de rolo 100 pode incluir um ou mais componentes formados de um material cerâmico adequado.

[026] Notavelmente, a inclusão dos dois rolamentos no conjunto de rolamento anterior e, além disso, o posicionamento do rolamento de esfera 98 adiante do rolamento de rolo 100 pode permitir uma sustentação mais robusta da haste de LP 36. Por exemplo, o rolamento de esfera 98 pode ser configurado para absorver forças ao longo da direção radial R, assim como forças ao longo da direção axial A. Portanto, o rolamento de esfera 98 pode ser chamado também de rolamento de impulso. Em contrapartida, o rolamento de rolo 100 pode ter capacidade apenas para absorver forças ao longo da direção radial R. Consequentemente, posicionando-se o rolamento de esfera 98 adiante do rolamento de rolo 100, e separando-se os dois rolamentos entre si ao longo da direção axial A, o conjunto de rolamento anterior pode fornecer uma quantidade aumentada da sustentação para a haste de LP 36.

[027] Para a realização retratada, o cone de apoio para rolamento de compressor de LP 102 é fixado diretamente ao quadro de ventoinha 86 do motor de turbofan 10. A fixação do cone de apoio para rolamento de compressor de LP 102 diretamente ao quadro de ventoinha 86, junto com o conjunto de rolamento anterior, pode auxiliar na manutenção do compressor de LP 22 e/ou da turbina de LP 30 que gira no eixo geométrico, ao mesmo tempo que impede uma condição de superaceleração do núcleo 16 no caso, por exemplo, de uma falha da haste de LP 36. A superaceleração se refere geralmente a uma rotação de um ou mais componentes do núcleo 16 em velocidades excessivas em relação aos seus respectivos limites de projeto, e pode ser um problema em certas realizações em que um componente rotatório tem capacidade para rotação continuada em torno de um eixo geométrico apesar de uma falha, por exemplo, de uma haste à qual o mesmo é conectado.

Especificamente, na presente realização, se a haste de LP 36 falhar adiante do conjunto de rolamento anterior, por exemplo, entre o conjunto de rolamento anterior e a caixa de engrenagens 46, o cone de apoio para rolamento de compressor de LP 102 permanecerá fixado ao quadro de ventoinha 86 e o compressor de LP 22 permanecerá fixado à turbina de LP 30. Consequentemente, o compressor de LP 22 fornecerá arrasto suficiente para desligar com segurança o motor de turbofan 10. Alternativamente, contudo, se a haste de LP 36 falhar atrás do conjunto de rolamento anterior, uma palheta curvada 104 (consulte a Figura 4) dentro da turbina de LP 30 irá se chocar com uma palheta de estator e/ou pá de rotor adjacente para desacelerar o motor turboeixo 10 de modo seguro.

[028] Deve ser observado, contudo, que em outras realizações exemplificativas, o cone de apoio para rolamento de compressor de LP 102 pode ser fixado adicional ou alternativamente a um quadro de compressor 107 que se estende entre o compressor de LP 22 e o compressor de HP 24, algumas vezes denominado quadro frontal de compressor. O quadro de compressor 107 é um membro de quadro estacionário do núcleo 16 que pelo menos parcialmente define a trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 entre o compressor de LP 22 e o compressor de HP 24.

[029] Referindo-se agora também à Figura 3, uma vista esquemática aproximada do conjunto de rolamento anterior e do compressor de LP 22 é fornecida. Conforme declarado, o primeiro rolamento do conjunto de rolamento anterior é configurado como o rolamento de esfera 98 e o segundo rolamento do conjunto de rolamento anterior é configurado como o rolamento de rolo 100. O conjunto de rolamento duplo pode fornecer estabilidade e sustentação melhores da haste de LP 36 dentro do compressor de LP 22. Notavelmente, a fim de acomodar melhor a configuração de rolamento duplo, o compressor de LP 22 é configurado como um compressor de LP de tambor de disco. Mais particularmente, o compressor de LP 22 inclui um ou mais estágios de pás rotatórias 108 fixadas em uma base 110 a um tambor de disco de compressor de LP 106. O tambor de disco de compressor de LP 106 pode ser essencialmente configurado como um tambor anular que tem uma pluralidade de fendas de fixação para os vários estágios de pás de compressor de LP 108. A utilização de um tambor de disco de compressor de LP 106 no compressor de LP 22 pode fornecer uma configuração de compressor de LP 22 mais leve e compacta de modo que o conjunto de rolamento anterior de rolamento duplo possa ser utilizado.

[030] Adicionalmente, o conjunto de rolamento anterior retratado inclui funções de amortecimento para a haste de LP 36. Especificamente, o rolamento de esfera 98 inclui um amortecimento por esmagamento de filme 112 para aumentar uma estabilidade dinâmica da haste de LP 36. O amortecimento por esmagamento de filme 112 pode ser formado por um filme fino de óleo de lubrificação localizado em uma cavidade 114 definida entre uma pista radialmente externa do rolamento de rolo 98 e uma porção do cone de apoio para rolamento de compressor de LP 102 à qual é fixado. O filme fino de óleo de lubrificação pode ser menor do que cerca de cem milésimos de 2,5 centímetros (uma polegada) (0,25 centímetros (0,100 polegada)) de espessura. Por exemplo, o amortecimento por esmagamento de filme 112 pode ser menor do que cerca de setenta e cinco milésimos de 2,5 centímetros (uma polegada) (1,8 centímetro (0,075 polegada)) de espessura, menor do que cerca de cinquenta milésimos de 2,5 centímetros (uma polegada) (1,2 centímetro (0,050 polegada)) de espessura, ou menor do que cerca de 20 milésimos de 2,5 centímetros (uma polegada) (0,5 centímetro (0,020 polegada)) de espessura. Por exemplo, em certas realizações exemplificativas, o filme fino de óleo de lubrificação pode ser aproximadamente quinze milésimos de 2,5 centímetros (uma polegada) (0,3 centímetro (0,015 polegada)) de espessura. Deve ser observado que, conforme usado no presente documento, termos de aproximação, tais como “cerca de” ou “aproximadamente,” se referem a estar dentro de uma margem de erro de 10%. Para a realização retratada, o fluxo de óleo de lubrificação para a cavidade 114 que forma o amortecimento por esmagamento de filme 112 pode ser fornecido por um bocal 116 em comunicação fluida com um suprimento de óleo de lubrificação (não mostrado).

[031] Deve-se observar, no entanto, que a realização exemplificativa representada nas Figuras 2 e 3 é fornecida como forma de exemplo apenas, e que nas outras realizações exemplificativas, qualquer outra configuração adequada pode ser fornecida. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, a ventoinha 38 pode ser configurada de qualquer outra maneira adequada (por exemplo, como uma ventoinha de passo fixo, uma ventoinha sem engrenagem, etc.) e adicionalmente pode ser sustentada com uso de qualquer outra configuração de quadro de ventoinha adequada. Adicionalmente, apesar de para a realização exemplificativa retratada o conjunto de rolamento anterior incluir o rolamento de esfera 98 posicionado adiante do rolamento de rolo 100, em outras realizações exemplificativas, a configuração dos dois rolamentos pode ser invertida. Alternativamente, o rolamento de rolo 96 pode ser qualquer outro rolamento adequado para suportar uma força radial e axial (por exemplo, um ou mais rolamentos de rolo cônico). Ainda alternativamente, em outras realizações exemplificativas, um único rolamento pode ser fornecido no conjunto de rolamento anterior.

[032] Além disso, deve ser observado que em outras realizações exemplificativas, qualquer outra configuração de compressor de LP 22 adequada pode ser utilizada. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, os vários estágios de pás de compressor de LP 108 podem ser fixados a rotores correspondentes (em oposição ao tambor de disco de compressor de LP 106 retratado) e os rotores podem ser fixados de qualquer maneira adequada à haste de LP 36.

[033] Referindo-se ainda às Figuras 2 e 3, o conjunto de rolamento anterior é posicionado pelo menos parcialmente dentro de um cárter de motor anterior 118 e da seção de compressor do núcleo 16. O cárter de motor anterior 118 pode ser configurado para receber óleo de lubrificação de uma ou mais linhas de suprimento de óleo de lubrificação (não mostradas).

[034] Referindo-se, agora, à Figura 4, uma vista esquemática aproximada de uma extremidade anterior do núcleo 15 do motor turbofan exemplificativo 10 da Figura 1 é fornecida. Especificamente, a Figura 4 fornece uma vista esquemática aproximada de um conjunto de rolamento posterior que sustenta a haste de LP 36 dentro da seção de turbina.

[035] Conforme discutido de modo breve acima, a turbina de LP 30 inclui geralmente vários estágios de pás de rotor 74 fixados, cada um, em uma base 124 ao respectivo rotor 126. Adicionalmente, vários estágios de palhetas de estator 72 são posicionados entre estágios adjacentes de pás de rotor 74. A pluralidade de rotores 126 dentro da turbina de LP 30 é conectada entre si, e é conectada também à haste de LP 36, de modo que a rotação da pluralidade de rotores 126 dentro da turbina de LP 30 gire a haste de LP 36 (e de modo correspondente gire o compressor de LP 22). Especificamente, um membro de conexão de turbina de LP 128 fixa os vários rotores 126 de turbina de LP à haste de LP 36. O membro de conexão de turbina de LP 128 pode ser formado integralmente com uma pluralidade de rotores 126 de turbina de LP, ou alternativamente pode ser fixado a um rotor dentre a pluralidade de rotores de turbina de LP de qualquer maneira adequada. Adicional ou alternativamente, o membro de conexão de turbina de LP 128 pode ser fixado à haste de LP 36 de qualquer maneira adequada, ou alternativamente pode ser formado integralmente com a haste de LP 36.

[036] O conjunto de rolamento posterior é pelo menos parcialmente posicionado em um cárter de motor posterior 130 e, conforme declarado, sustenta a haste de LP 36 dentro da seção de turbina. O conjunto de rolamento posterior retratado inclui geralmente um primeiro rolamento de turbina de LP 132 e um segundo rolamento de turbina de LP 134. O primeiro rolamento de turbina de LP 132 é posicionado adiante do membro de conexão de turbina de LP 128 que se estende entre a turbina de LP 30 e a haste de LP 36, e o segundo rolamento de turbina de LP 134 é posicionado atrás do membro de conexão de turbina de LP 128 que se estende entre a turbina de LP 30 e a haste de LP 36. Adicionalmente, o primeiro e o segundo rolamento de turbina de LP 132, 134 são retratados, cada um, como rolamentos de esfera. Contudo, em outras realizações exemplificativas, um ou tanto o primeiro rolamento quanto o segundo rolamento da turbina de LP 132, 134 podem alternativamente ser configurados como qualquer outro rolamento adequado. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, um ou tanto o primeiro rolamento quanto o segundo rolamento de turbina de LP 132, 134 podem ser configurados, por exemplo, como um rolamento de rolo cilíndrico, um rolamento de rolo cônico, etc.

[037] Referindo-se ainda à realização exemplificativa da Figura 4, o primeiro rolamento de turbina de LP 132 é configurado para sustentar a haste de LP 36 através de um quadro central de turbina 136 e o segundo rolamento de turbina de LP 134 é configurado para sustentar a haste de LP 36 através de um quadro traseiro de turbina 138. Mais particularmente, o primeiro rolamento de turbina de LP 132 fixa de modo rotatório a haste de LP 36 ao quadro central de turbina 136 e o segundo rolamento de turbina de LP 134 fixa de modo rotatório a haste de LP 36 ao quadro traseiro de turbina 138. Tal configuração pode permitir uma haste de LP 36 mais estável durante a operação do motor de turbofan 10. Por exemplo, tal configuração pode permitir velocidades rotacionais aumentadas da haste de LP 36 enquanto mantém uma quantidade desejada de estabilidade para a haste de LP 36.

[038] Para a realização da Figura 4, o conjunto de rolamento posterior e o cárter de motor posterior 130 são configurados para receber óleo de lubrificação de um suprimento de óleo de lubrificação que se estende através de pelo menos uma porção do quadro central de turbina 136. Especificamente, o suprimento de óleo de lubrificação inclui uma linha de suprimento de óleo de lubrificação 139 conectada de modo fluido a uma bomba de óleo de lubrificação (não mostrada). Adicionalmente, o cárter de motor posterior 130 exemplíficativo retratado define uma abertura 140 para receber óleo de lubrificação do suprimento de óleo de lubrificação, ou mais particularmente, da linha de suprimento de óleo de lubrificação 139.

[039] A fim de garantir que o óleo de lubrificação seja fornecido ao conjunto de rolamento posterior, um indutor 142 é posicionado próximo à abertura 140 para aspergir o óleo de lubrificação que flui através da abertura 140 da linha de suprimento de óleo de lubrificação 139 em pelo menos uma porção do conjunto de rolamento posterior. Especificamente, para a realização retratada, o indutor 142 é configurado como um indutor de chapa rotatória configurado para aspergir óleo de lubrificação que flui através da abertura 140 para o primeiro rolamento de turbina de LP 132. O indutor de chapa rotatória pode ser rotatório em torno de um eixo geométrico substancialmente paralelo à direção axial A, sendo que a rotação é gerada por um fluxo de lubrificação. Contudo, em outras realizações exemplificativas, qualquer outra forma adequada de indutor 142 pode ser usada, tal como um indutor do tipo “parafuso”, ou alternativamente, nenhum indutor 142 pode ser incluído.

[040] O óleo de lubrificação pode fluir do primeiro rolamento de turbina de LP 132 para o segundo rolamento de turbina de LP 134. Uma ou mais cavidades (não mostradas) podem ser definidas através do membro de conexão de turbina de LP 128 para permitir tal fluxo. Do segundo rolamento de turbina de LP 134, o cárter de motor posterior 130 é configurado de modo que o óleo de lubrificação flua para uma extremidade anterior e se acumule para a remoção. Mais particularmente, para a realização retratada, o cárter de motor posterior 130 inclui uma parede externa 146 ao longo da direção radial R. Para a realização retratada, a parede externa 146 é formada por vários braços dos vários membros de quadro. Especificamente, a parede externa 146 é formada por um braço 148 do quadro traseiro de turbina 138, um par de braços 150 do membro de conexão de turbina de LP 128, e um braço 152 do quadro central de turbina 136. Notavelmente, cada um dos braços 148, 150, 152 inclui vedações para manter o óleo de lubrificação dentro do cárter de motor posterior 130.

[041] Adicionalmente, conforme retratado, a parede externa exemplificativa 146 do cárter de motor posterior 130 se inclina em direção à linha central longitudinal 12 em uma extremidade posterior 154 da parede externa 146. Mais particularmente, a parede externa 146 do cárter de motor posterior 130 pode definir um ângulo maior do que zero em relação à linha central longitudinal 12 conforme visualizado a partir de uma extremidade posterior 154 ao olhar para frente. Por exemplo, em certas realizações, a parede externa 146 do cárter de motor posterior 130 pode definir um ângulo maior do que ou igual a cerca de dez graus em relação a uma linha central longitudinal 12. Tal configuração pode auxiliar a geração de um perfil de fluxo desejado para o óleo de lubrificação dentro do cárter de motor posterior 130, e pode também permitir que a turbina de LP 30 inclua rotores 126 maiores em direção a uma extremidade posterior da turbina de LP 30 para sustentar pás de rotor mais longas 74 em direção à extremidade posterior da turbina de LP 30.

[042] Notavelmente, uma saída de cárter de motor posterior 156 é posicionada próximo a uma extremidade anterior 158 da parede externa 146 do cárter de motor posterior 130. A saída de cárter de motor posterior 156 pode ser conectada de modo fluido a uma bomba de limpeza (não mostrada) para limpar óleo de lubrificação de dentro do cárter de motor posterior 130. Especificamente, para a realização retratada, uma linha de limpeza 160 se estende da bomba de limpeza, pelo menos parcialmente através do quadro central de turbina 136, e para dentro do cárter de motor posterior 130. Uma extremidade distai da linha de limpeza 160 define a saída de cárter de motor posterior 156 para limpar óleo de lubrificação de dentro do cárter de motor posterior 130.

[043] Na realização exemplificativa mostrada na Figura 4, o quadro traseiro de turbina 138 pode ser configurado como um quadro traseiro de turbina “seca” 138. Mais particularmente, o quadro traseiro de turbina 138 pode não ter linhas de suprimento de óleo de lubrificação ou linhas de limpeza de óleo de lubrificação que se estendem através do mesmo. Em vez disso, o suprimento de óleo de lubrificação pode fluir através da própria haste de LP 36, e a limpeza do óleo de lubrificação pode se estender através do quadro central de turbina 136.

[044] Um motor de turbina a gás que encaminha óleo de lubrificação através de uma haste de LP — sendo que a haste de LP acopla de modo mecânico um compressor de LP da seção de compressor a uma turbina de LP da seção de turbina — para um cárter de motor posterior pode fornecer mais meios eficientes para fornecer óleo de lubrificação para tal cárter de motor. Adicionalmente, tal configuração pode permitir o fornecimento de óleo de lubrificação suficiente para um par de rolamentos que sustenta a haste de LP sem exigir potencialmente a limitação da(s) linha(s) de suprimento de óleo de lubrificação ou linha(s) de limpeza óleo de lubrificação através de um quadro posterior do motor de turbina a gás. Consequentemente, tal configuração pode reduzir peso e complexidade do dito quadro de turbina posterior, e pode aprimorar potencialmente uma eficiência do motor de turbina a gás.

[045] Essa descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, inclusive o melhor modo, e também para capacitar qualquer indivíduo versado na técnica a praticar a invenção, inclusive a fazer e usar quaisquer dispositivos ou sistemas, e executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorrem àqueles indivíduos versados na técnica. Tais outros exemplos são destinados a estarem dentro do escopo das reivindicações caso os mesmos incluam elementos estruturais que não sejam diferentes da linguagem literal das reivindicações ou caso os mesmos incluam elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais em relação à linguagem literal das reivindicações.

Lista de Componentes 10 Motor a Jato Turbofan 12 Linha Central Longitudinal ou Axial 14 Seção de Ventoinha 16 Motor de Turbina de Núcleo 18 Invólucro Externo 20 Entrada 22 Compressor de Baixa Pressão 24 Compressor de Alta Pressão 26 Seção de Combustão 28 Turbina de Alta Pressão 30 Turbina de Baixa Pressão 32 Seção de Escape a Jato 34 Haste/Bobina de Alta Pressão 36. Haste/Bobina de Baixa Pressão 37 Trajetória de Fluxo de Ar de Núcleo 38 Ventoinha 40 Pás 42. Disco 44 Membro de atuação 46 Caixa de engrenagens de potência 48 Nacela 50 Invólucro de ventoinha ou Nacela 52 Palheta-Guia de Saída 54 Seção a Jusante 56 Passagem de Fluxo de Ar de Desvio 58 Ar 60 Entrada 62 Primeira Porção de Ar 64 Segunda Porção de Ar 66 Gases de Combustão 68 Palheta de Estator 70 Pá de Rotor de Turbina 72 Palheta de Estator 74 Pá de Rotor de Turbina 76 Seção de Escape de Bocal de Ventoinha 78 Trajetória de Gás Quente 80 Mecanismo Trunnion 82 Dispositivo de equilíbrio 84 Rotor de ventoinha 86 Quadro de ventoinha 88 Palheta Dianteira 90 Escora 92 Palheta-Guia de entrada 94 Rolamento de ventoinha anterior 96 Rolamento de ventoinha posterior 98 Rolamento de esfera anterior 100 Rolamento de rolo posterior 102 Quadro de compressor de LP

104 Palheta curvada de turbina LP

106 Tambor de disco compressor de LP

108 Pás de compressor LP

110 Base de pá de compressor de LP 112 Amortecedor por esmagamento de filme 114 Cavidade 116 Bocal 118 Cárter de motor anterior 120 Abertura anterior 122 Cavidade de haste de LP 124 Base de pás de rotor 126 Rotor de turbina de LP

128 Quadro de conexão de turbina de LP 130 Cárter de motor anterior 132 1o rolamento de turbina de LP

134 2o rolamento de turbina de LP 136 Quadro central de turbina 138 Quadro traseiro de turbina 140 Abertura posterior 142 Indutor 146 Parede externa 148 Braço de quadro traseiro de turbina 150 Braço de quadro de conexão de turbina de LP 152 Braço de quadro central de turbina 154 Extremidade posterior de parede externa 156 Saída de cárter de motor posterior 158 Extremidade anterior de parede externa 160 Linha de limpeza 162 Reivindicações

Claims (10)

1. MOTOR DE TURBINA A GÁS, caracterizado pelo fato de que compreende: uma seção de compressor que inclui um ou mais compressores; uma seção de turbina localizada a jusante da seção de compressor, sendo que a seção de turbina inclui uma ou mais turbinas, um quadro central de turbina (136) e um quadro traseiro de turbina (138); uma haste que acopla de modo mecânico pelo menos um dentre os um ou mais compressores da seção de compressor a pelo menos uma dentre as uma ou mais turbinas da seção de turbina; e um conjunto de rolamento posterior que inclui pelo menos dois rolamentos posicionados em um cárter de motor posterior (130) e que sustenta a haste na seção de turbina, sendo que o cárter de motor posterior (130) é configurado para receber óleo de lubrificação de um suprimento de óleo de lubrificação que se estende através de pelo menos uma porção do quadro central de turbina (136) e fornecer tal óleo de lubrificação aos pelo menos dois rolamentos do conjunto de rolamento posterior.

2. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma linha de limpeza (139) se estende a partir de uma bomba de limpeza pelo menos parcialmente através do quadro central de turbina (136) até o cárter de motor posterior (130) para limpar o óleo de lubrificação de dentro do cárter de motor posterior (130).

3. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o quadro traseiro de turbina (138) é configurado como um quadro traseiro de turbina seca (138) que não tem linhas de suprimento de óleo de lubrificação ou linhas de limpeza de óleo de lubrificação que se estendem através do mesmo.

4. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os um ou mais compressores da seção de compressor incluem um compressor de baixa pressão (22), em que as uma ou mais turbinas da seção de turbina incluem uma turbina de baixa pressão (30), e em que a haste é uma haste de baixa pressão (36) que acopla de modo mecânico o compressor de baixa pressão (22) à turbina de baixa pressão (30).

5. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o conjunto de rolamento posterior inclui um primeiro rolamento de turbina de baixa pressão (132) e um segundo rolamento de turbina de baixa pressão (134), em que o primeiro rolamento de turbina de baixa pressão (132) é posicionado adiante de um membro de conexão (128) que se estende entre a turbina de baixa pressão (30) e a haste de baixa pressão (36), e em que o segundo rolamento de turbina de baixa pressão (134) é posicionado atrás do membro de conexão (128) que se estende entre a turbina de baixa pressão (30) e a haste de baixa pressão (36).

6. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o motor de turbina a gás define uma linha central longitudinal e uma direção radial, em que o cárter de motor posterior (130) inclui uma parede externa (146) ao longo da direção radial, e em que a parede externa (146) do cárter de motor posterior (130) se inclina em direção à linha central longitudinal em uma extremidade posterior da parede externa (146).

7. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cárter de motor posterior (130) define uma abertura (140) para receber óleo de lubrificação do suprimento de óleo de lubrificação.

8. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um conjunto de rolamento anterior posicionado pelo menos parcialmente dentro de um cárter de motor anterior (118) para sustentar a haste dentro da seção de compressor, em que o conjunto de rolamento anterior inclui um primeiro rolamento (98) separado de um segundo rolamento (100), em que o primeiro rolamento (98) é um rolamento de esfera, em que o segundo rolamento (100) é um rolamento de rolo, e em que o primeiro rolamento (98) é posicionado adiante do segundo rolamento (100).

9. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo rolamentos (98, 100) do conjunto de rolamento anterior sustentam a haste em relação a um cone de apoio para rolamento de compressor de baixa pressão (102), e em que o cone de apoio para rolamento de compressor de baixa pressão (102) é fixado a um quadro de ventoinha do motor de turbina a gás (86).

10. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os um ou mais compressores da seção de compressor incluem um compressor de baixa pressão (22), em que a haste é uma haste de baixa pressão (36) acoplada de modo mecânico ao compressor de baixa pressão (22), e em que o compressor de baixa pressão (22) inclui um ou mais estágios de pás rotatórias fixadas a um tambor de disco de compressor de LP (106).