BR102016017637A2

BR102016017637A2 - motor de turbina a gás

Info

Publication number: BR102016017637A2
Application number: BR102016017637A
Authority: BR
Inventors: Miller Kuhne Craig; Lee Becker Thomas Jr
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2017-02-21
Also published as: CN106468181A; US20170051680A1; JP2017040265A; CA2938236A1; EP3133246A1

Abstract

a presente invenção se refere a um bocal de injeção de fluxo de ar (84) para um estágio de bocais de injeção de fluxo de ar (82) localizado em uma seção de turbina do motor de turbina a gás. o bocal de injeção de fluxo de ar (84) inclui uma extremidade dianteira (140) oposta a uma extremidade traseira (142), bem como um lado de pressão (136) oposto a um lado de sucção (138). o bocal de injeção de fluxo de ar (84) inclui uma abertura (134) posicionada no lado de pressão (136) orientada, de maneira geral, em uma direção de fluxo do motor de turbina a gás para injetar um fluxo de ar de sangria a partir de uma seção de compressor do motor de turbina a gás na da seção de turbina do motor de turbina a gás.

Description

“MOTOR DE TURBINA A GÁS” Campo Da Invenção [001] A presente matéria refere-se, de maneira geral, a um bocal para reintroduzir ar de sangria em uma seção de turbina de um motor de turbina a gás.

Antecedentes Da Invenção [002] Um motor de turbina a gás, de maneira geral, inclui um ventilador e um núcleo dispostos em comunicação de fluxo entre si. Uma primeira porção de ar sobre o ventilador pode fluir para além do núcleo através de um fluxo de ar de desvio (definido entre o núcleo e uma nacela externa) e uma segunda porção de ar sobre o ventilador pode ser fornecida para o núcleo.

[003] O núcleo do motor de turbina a gás, de maneira geral, inclui, em ordem serial de fluxo, uma seção de compressor, uma seção de combustão, uma seção de turbina e uma seção de escape. Em operação, o ar fornecido para o núcleo flui através da seção de compressor em que um ou mais compressores axiais comprimem progressivamente o ar até o mesmo alcançar 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 para a seção de turbina. O fluxo de gases de combustão através da seção de turbina aciona a seção de turbina e é, então, encaminhado através da seção de escape, por exemplo, para a atmosfera.

[004] Motores de turbina a gás típicos também incluem uma pluralidade de percursos de fluxo de ar de sangria em comunicação de fluxo de ar com a seção de compressor. Por exemplo, se a seção de compressor incluir um compressor de baixa pressão e um compressor de alta pressão, a pluralidade de percursos de fluxo de ar de sangria pode estar em comunicação de fluxo de ar com o compressor de baixa pressão. Dependendo de certas condições de operação do motor de turbina a gás, pelo menos uma porção de um fluxo de ar através do compressor de baixa pressão pode ser desviada através dos percursos de fluxo de ar de sangria para, por exemplo, o fluxo de ar de desvio ou para a atmosfera. Fornecer pelo menos uma porção do fluxo de ar a partir do compressor de baixa pressão através dos percursos de fluxo de ar de sangria para, por exemplo, o fluxo de ar de desvio ou a atmosfera, pode auxiliar no controle de certos parâmetros do motor de turbina a gás (por exemplo, reduzir uma razão de pressão total da seção de compressor). Reduzir a razão de pressão total pode aumentar uma margem de estol do motor de turbina a gás.

[005] No entanto, fornecer uma porção do fluxo de ar a partir do compressor de baixa pressão através dos percursos de fluxo de ar de sangria pode resultar em uma eficiência diminuída do motor de turbina a gás. Por exemplo, qualquer energia na porção do fluxo de ar a partir do compressor de baixa pressão fornecida através dos percursos de fluxo de ar de sangria para a atmosfera pode ser perdida com essa configuração. Consequentemente, um motor de turbina a gás capaz de sangrar ar a partir de uma seção de compressor ao mesmo tempo em que reduz perda desnecessária de energia seria benéfico. Mais particularmente, um motor de turbina a gás capaz de capturar energia dentro de um fluxo de ar de sangria seria particularmente útil.

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

[007] Em uma realização exemplificativa da presente revelação, um motor de turbina a gás é fornecido. O motor de turbina a gás inclui uma seção de compressor, uma seção de combustão localizada a jusante da seção de compressor e uma seção de turbina localizada a jusante da seção de combustão. A seção de turbina, a seção de compressor e a seção de combustão juntas definem um percurso de fluxo de ar de núcleo. A seção de turbina inclui uma primeira turbina que tem um primeiro estágio de pás de rotor e um estágio de bocais de injeção de fluxo de ar localizado a jusante do primeiro estágio de pás de rotor da primeira turbina. Os bocais de injeção de fluxo de ar definem, cada um, uma abertura para injetar um fluxo de ar de sangria extraído a partir da seção de compressor de volta para o percurso de fluxo de ar de núcleo. As aberturas são orientadas, de maneira geral, em uma direção de fluxo do fluxo de ar através do percurso de fluxo de ar de núcleo.

[008] Em outra realização exemplificativa da presente revelação, um bocal de injeção de fluxo de ar para um estágio de bocais de injeção de fluxo de ar localizado em uma seção de turbina de um motor de turbina a gás que define uma direção de fluxo é fornecido. O bocal de injeção de fluxo de ar inclui uma extremidade dianteira posicionada em uma extremidade a montante do bocal de injeção de fluxo de ar e uma extremidade traseira posicionada em uma extremidade a jusante do bocal de injeção de fluxo de ar. O bocal de injeção de fluxo de ar também inclui um lado de pressão, um lado de sucção oposto ao lado de pressão e uma abertura posicionada no lado de pressão do bocal de injeção de fluxo de ar. A abertura é orientada, de maneira geral, na direção de fluxo do motor de turbina a gás para injetar um fluxo de ar de sangria a partir de uma seção de compressor do motor de turbina a gás para a seção de turbina do motor de turbina a gás.

[009] Esses e outros recursos, aspectos e vantagens da presente invenção se tornarão mais bem compreendidos com referência à descrição a seguir e às reivindicações anexas. Os desenhos anexos, que são incorporados neste relatório descritivo e constituem uma parte do mesmo, ilustram realizações da invenção e, em conjunto com a 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 um motor de turbina a gás de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação. A Figura 3 é uma vista esquemática simplificada de um núcleo de um motor de turbina a gás de acordo com outra realização exemplificativa da presente revelação. A Figura 4 é uma vista esquemática de um compressor auxiliar de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação. A Figura 5 é uma vista esquemática simplificada de um núcleo de um motor de turbina a gás de acordo com ainda outra realização exemplificativa da presente revelação. A Figura 6 é uma vista esquemática simplificada de um núcleo de um motor de turbina a gás de acordo com ainda outra realização exemplificativa da presente revelação. A Figura 7 é uma vista esquemática simplificada de um núcleo de um motor de turbina a gás de acordo com ainda outra realização exemplificativa da presente revelação. A Figura 8 é uma vista esquemática aproximada de um bocal de injeção de fluxo de ar de um estágio de bocais de injeção de fluxo de ar de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação. A Figura 9 é uma vista em corte transversal de um par de bocais de injeção de fluxo de ar de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação. A Figura 10 é uma vista em corte transversal de um par de bocais de injeção de fluxo de ar de acordo com outra realização exemplificativa da presente revelação. A Figura 11 é outra vista em corte transversal do par de bocais de injeção de fluxo de ar exemplificativos da Figura 10. A Figura 12 é uma vista em corte transversal de um par de bocais de injeção de fluxo de ar de acordo com ainda outra realização exemplificativa da presente revelação. A Figura 13 é outra vista em corte transversal do par de bocais de injeção de fluxo de ar exemplificativos da Figura 12. A Figura 14 é uma vista esquemática aproximada de um membro de estrutura traseira da turbina de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação. A Figura 15 é outra vista esquemática aproximada do membro de estrutura traseira exemplificativo da turbina da Figura 12.

Descrição Detalhada Da Invenção [011] Agora, será feita referência em detalhes às realizações presentes da invenção, em que um ou mais exemplos das mesmas são ilustrados nos desenhos anexos. A descrição detalhada usa designações numéricas e alfabéticas para se referir aos recursos nos desenhos. As designações semelhantes ou similares nos desenhos 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 aos desenhos, em que numerais idênticos indicam os mesmos elementos ao longo de todas as figuras, 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 turbofan 10”. Conforme mostrado na Figura 1, o motor turbofan 10 define uma direção axial A (que se estende paralela a uma linha central longitudinal 12 fornecida para referência) e uma direção radial R. O motor de turbofan 10 também pode definir uma direção circunferencial C (não mostrada) que se estende circunferencialmente em volta da direção axial A. Em geral, o turbofan 10 inclui uma seção de ventilador 14 e um motor de turbina de núcleo 16 disposto a jusante da seção de ventilador 14.

[013] O motor de turbina de núcleo exemplificativo 16 representado é, de maneira geral, fechado dentro de um invólucro externo substancialmente tubular 18 que define uma entrada anular 20. O invólucro externo 18 envolve, em relacionamento 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. Um eixo ou bobina de alta pressão (HP) 34 conecta, em modo de acionamento, a turbina de HP 28 ao compressor de HP 24. Uma bobina ou eixo de baixa pressão (LP) 36 conecta, em modo 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 juntas definem um percurso de fluxo de ar de núcleo 37 através das mesmas.

[014] Para a realização representada, a seção de ventilador 14 inclui um ventilador de passo variável 38 que tem uma pluralidade de pás de ventilador 40 acopladas a um disco 42 em uma maneira separada. Como representado, as pás de ventilador 40 se estendem para fora a partir do disco 42, de maneira geral, ao longo da direção radial R. Cada pá de ventilador 40 é rotativa em relação ao disco 42 ao redor de um eixo geométrico de passo P em virtude de as pás de ventilador 40 serem acopladas operacionalmente a um membro de atuação adequado 44 configurado para variar coletivamente o passo das pás de ventilador 40 em sincronismo. As pás de ventilador 40, disco 42 e membro de atuação 44 são, juntos, rotativos em volta do eixo geométrico longitudinal 12 pelo eixo de LP 36 através de uma caixa de engrenagens de potência 46. A caixa de engrenagens de potência 46 inclui uma pluralidade de engrenagens para reduzir a velocidade rotacional do eixo de LP 36 para uma velocidade rotacional de ventilador mais eficiente.

[015] Ainda em referência à realização exemplificativa da Figura 1, o disco 42 é coberto por cubo frontal rotativo 48 aerodinamicamente arredondado para promover um fluxo de ar através da pluralidade de pás de ventilador 40. Além disso, a seção de ventilador exemplificativa 14 inclui um invólucro de ventilador anular ou nacela externa 50 que circunferencialmente circunda o ventilador 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 de guia de saída espaçadas circunferencialmente 52. Além disso, uma seção a jusante 54 da nacela 50 pode se estender sobre uma porção externa do motor de turbina de núcleo 16, de modo a definir uma passagem de fluxo de ar de desvio 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 ventilador14. Conforme o volume de ar 58 passa através das pás de ventilador 40, uma primeira porção do ar 58 como indicado pelas setas 62 é direcionada ou encaminhada para dentro da passagem de fluxo de ar de desvio 56 e uma segunda porção do ar 58 como indicado pela seta 64 é direcionada ou encaminhada para dentro do percurso de fluxo de ar de núcleo 37, ou mais especificamente para dentro do compressor de LP 22. A razão entre a primeira porção de ar 62 e a segunda porção de ar 64 é comumente conhecida como razão de desvio. A pressão da segunda porção de ar 64 é, então, aumentada à medida que é encaminhada através do compressor de alta pressão (HP) 24. A segunda porção de ar 64, então, flui para dentro da 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 ao eixo ou bobina de HP 34, para, desse modo, fazer com que o eixo ou bobina de HP 34 gire, para, desse modo, suportar 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 ao eixo ou bobina de LP 36, para, desse modo, fazer com que o eixo ou bobina de LP 36 gire, para, desse modo, suportar a operação do compressor de LP 22 e/ou a rotação da ventoinha 38.

[018] Os gases de combustão 66 são, subsequentemente, encaminhados através da seção de bocal de escape de jato 32 do motor de turbina de núcleo 16 para fornecer impulso propulsor. Simultaneamente, a pressão da primeira porção de ar 62 é substancialmente aumentada conforme 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 ventilador 76 do turbofan 10 que também fornece empuxo 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, um percurso de gás quente 78 para encaminhar os gases de combustão 66 através do motor de turbina de núcleo 16.

[019] Deve ser avaliado, no entanto, que o motor turbofan exemplificativo 10 representado na Figura 1 tem propósito exemplificativo apenas, e que em outras realizações exemplificativas, o motor turbofan 10 pode ter qualquer outra configuração adequada, que inclui, por exemplo, qualquer outro número adequado de eixos ou bobinas. Além disso, ou alternativamente, aspectos da presente revelação podem ser incorporados em qualquer outro motor de turbina a gás adequado. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, aspectos da presente revelação podem ser incorporados em um motor turboeixo, um motor turbo-nuclear (turbocore), um motor turbopropulsor, um motor turbojato, etc.

[020] Agora em referência à Figura 2, uma vista esquemática simplificada de um núcleo 16 de um motor turbofan 10, de acordo com outra realização exemplificativa, é fornecido. Em certas realizações, aspectos do núcleo 16 do motor turbofan exemplificativo 10 representado na Figura 2 podem ser configurados de uma maneira similar ao motor turbofan exemplificativo 10 descrito acima em referência à Figura 1. Consequentemente, a mesma numeração se refere ao mesmo componente ou componente similar.

[021] Conforme mostrado, o núcleo 16 do motor turbofan 10 inclui uma seção de compressor, uma seção de combustão 26 localizada a jusante da seção de compressor e uma seção de turbina localizada a jusante da seção de combustão 26. A seção de compressor, de maneira geral, inclui um compressor de LP 22, um compressor de HP 24, e um membro de estrutura de compressor 80 posicionado entre o compressor de LP 22 e o compressor de HP 24. Além disso, a seção de turbina, de maneira geral, inclui uma turbina de HP 28, uma turbina de LP 30, e, como será discutido em maiores detalhas abaixo, um estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 (consultar a Figura 8). Para a realização representada, a turbina de LP 30 é dividida entre um bloco dianteiro de turbina de LP 86 e um bloco traseiro de turbina de LP 88, e o estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 é posicionado entre o bloco dianteiro de turbina de LP 86 e o bloco traseiro de turbina de LP 88. A seção de turbina inclui adicionalmente uma estrutura posterior de turbina 90 localizada atrás de, ou a jusante de, a turbina de LP 30.

[022] Como também é discutido acima, o motor turbofan 10 inclui um ou mais eixos que acoplam mecanicamente a seção de compressor e a seção de turbina. Especificamente, para a realização representada, o compressor de LP 22 é acoplado mecanicamente à turbina de LP 30 através do eixo de LP 36, e o compressor de HP 24 é acoplado mecanicamente à turbina de HP 28 através do eixo de HP 34. Uma pluralidade de mancais 92 é fornecida para facilitar a rotação desses vários componentes.

[023] Além disso, a seção de compressor, a seção de combustão 26 e a seção de turbina são todas, pelo menos parcialmente, fechadas em um invólucro externo 18. O invólucro externo 18 pode ser um invólucro externo substancialmente tubular que fecha o núcleo 16 do motor turbofan 10 e que define, pelo menos parcialmente, a passagem de fluxo de ar de desvio 56 com um invólucro/ nacela externa de ventilador 50.

[024] Além disso, o núcleo 16 do motor turbofan exemplificativo 10 inclui um membro estrutural 94 que se estende a partir da seção de compressor para a seção de turbina para reforçar o motor turbofan 10.

Especificamente, para a realização representada, o membro estrutural 94 é posicionado internamente ao invólucro externo 18 do núcleo 16 ao longo da direção radial R, e se estende pelo menos a partir do membro de estrutura de compressor 80, localizado entre o compressor de LP 22 e o compressor de HP 24, para o estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84, localizado entre o bloco dianteiro 86 da turbina de LP 30 e o bloco traseiro 88 a turbina de LP 30. O membro estrutural 94 pode adicionar rigidez estrutural e sustentação ao núcleo 16 do motor turbofan 10. Embora não representado, o membro estrutural 94 pode incluir um ou mais suportes que se estendem entre o membro estrutural 94 e, por exemplo, o invólucro externo 18. O membro estrutural 94 pode ser formado por uma peça única de material rígido, tal como um material de metal adequado, e pode definir um formato substancialmente anular que fecha pelo menos uma porção da seção de compressor, da seção de combustão 26 e da seção de turbina (consultar também a realização representada na Figura 4). Alternativamente, no entanto, o membro estrutural 94 pode ser formado por uma pluralidade de componentes individuais fixados de qualquer maneira adequada para se estenderem continuamente entre a seção de compressor e a seção de turbina. Deve ser observado que, como usado no presente documento, o membro estrutural que se estende continuamente 94 pode incluir uma ou mais portas que permitem que um fluxo de pelo menos uma porção do ar de sangria flua através do percurso de fluxo de ar de sangria para ser desviada para um ou mais sistemas auxiliares do motor ou de uma aeronave na qual o motor é montado.

[025] Além disso, o membro estrutural exemplificativo 94 define um percurso de fluxo 96 que se estende entre uma entrada 98 e uma saída 100. Especificamente, o percurso de fluxo exemplificativo 96 representado é definido pelo membro estrutural 94 e uma porção da seção de compressor radialmente externa, pela seção de combustão 26 e pela seção de turbina.

Alternatívamente, no entanto, em certas realizações exemplificatívas, o núcleo 16 pode incluir adicionalmente um revestimento interno posicionado entre o membro estacionário 94 e a porção externa de um ou mais dentre a seção de compressor, a seção de combustão 26 e a seção de turbina. Com essa configuração, o percurso de fluxo 96 pode ser definido pelo membro estrutural 94 e, pelo menos em parte, pelo revestimento interno.

[026] O percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94 opera como um percurso de fluxo de ar de sangria, e, desse modo, a entrada 98 do percurso de fluxo 96 está em comunicação de fluxo de ar com a seção de compressor para receber um fluxo de ar de sangria a partir da seção de compressor. Especificamente, para a realização representada, a entrada 98 do percurso de fluxo 96 está em comunicação de fluxo de ar com uma porção do percurso de fluxo de ar de núcleo 37 que se estende através do membro de estrutura de compressor 80 por meio de uma abertura.

[027] Além disso, o percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94 é configurado para fornecer o fluxo de ar de sangria através do mesmo para a seção de turbina. Consequentemente, a saída 100 do percurso de fluxo 96 está em comunicação de fluxo de ar com a seção de turbina. Especificamente, a saída 100 está em comunicação de fluxo de ar com uma porção do percurso de fluxo de ar de núcleo 37 que se estende através da turbina de LP 30 por meio do estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84. O percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94 pode, desse modo, fornecer ou reintroduzir—por exemplo, através do estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84—o fluxo de ar de sangria, pressurizado pelo compressor de LP 22, de volta para dentro de uma porção do percurso de fluxo de ar de núcleo 37 que se estende através da turbina de LP 30. Com essa configuração, a energia no fluxo de ar de sangria pode ser extraída do mesmo. Por exemplo, a energia no fluxo de ar de sangria pode ser usada para auxiliar no acionamento da turbina de LP 30 e fornecer potência rotacional para o eixo de LP 36.

[028] Além disso, para a realização exemplificativa representada, uma porção do fluxo de ar de sangria fornecida através do percurso de fluxo 96 pode adicionalmente ser direcionada a jusante do estágio 82 de desvio injeção bocais 86. Por exemplo, como é mostrado, uma porção do fluxo de ar de sangria através do percurso de fluxo 96 é fornecida adicionalmente para o bloco traseiro 88 da turbina de LP 30, por exemplo, através de uma ou mais aberturas 101. Além disso, embora não representado, uma porção do fluxo de ar de sangria fornecida através do percurso de fluxo 96 pode adicionalmente ser fornecida para, por exemplo, a estrutura posterior de turbina 90 ou para uma porção de bocal do núcleo 16 (não mostrada).

[029] Ainda em referência à Figura 2, a fim de regular uma quantidade de fluxo de ar fornecida através do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94, uma válvula 102 é fornecida. A válvula exemplificativa 102 representada é posicionada no percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94 e é configurada para variar uma quantidade de fluxo de ar permitida através do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94. Por exemplo, a válvula 102 pode ser uma válvula de rendimento variável móvel entre uma posição aberta, que permite fluxo de ar completo através do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94, e uma posição fechada, que impede todo o fluxo de ar através do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94. Além disso, a válvula 102 pode ser móvel para várias posições entre a posição aberta e a posição fechada para regular uma quantidade de fluxo de ar permissível através do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94. A válvula 102 pode estar em comunicação operacional com, por exemplo, um controlador do motor turbofan 10 e/ou de uma aeronave que inclui o motor turbofan 10.

[030] Deve ser avaliado, que o percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94 pode ser configurado para permitir que uma quantidade relativamente substancial de ar de sangria flua através do mesmo. Por exemplo, a seção de compressor pode definir uma taxa máxima de fluxo através da mesma e o percurso de fluxo 96 também pode definir uma taxa máxima de fluxo através da mesma. Como usado no presente documento, o termo “taxa máxima de fluxo” se refere à quantidade máxima de fluxo de ar que o(s) respectivo(s) componente(s) pode(m) acomodar durante operação normal do motor turbofan 10. Em pelo menos certas realizações exemplificativas, a taxa máxima de fluxo através do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94 pode ser de pelo menos cerca de cinco por cento da taxa máxima de fluxo através da seção de compressor. Alternativamente, no entanto, em outras realizações exemplificativas, a taxa máxima de fluxo através do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94 pode ser pelo menos de cerca de dez por cento da taxa máxima de fluxo através da seção de compressor, pelo menos de cerca de vinte e cinco por cento da taxa máxima de fluxo através da seção de compressor, pelo menos de cerca de quarenta por cento da taxa máxima de fluxo através da seção de compressor, pelo menos de cerca de cinquenta por cento da taxa máxima de fluxo através da seção de compressor, pelo menos de cerca de setenta e cinco por cento da taxa máxima de fluxo para a seção de compressor ou pelo menos de cerca de cem por cento da taxa máxima de fluxo para a seção de compressor. Desse modo, em certas realizações exemplificativas, o núcleo 16 do motor turbofan 10 pode definir uma razão de ar de sangria (isto é, uma razão de uma quantidade de fluxo de ar através do percurso de fluxo 96 para uma quantidade de fluxo de ar através da seção de compressor) de até cerca de 1:1. Deve ser avaliado, que, conforme usado no presente documento, os termos de aproximação, tais como “cerca de” ou “aproximadamente,” se referem a estar dentro de uma margem de erro de 10%.

[031] Consequentemente, em uma ou mais das realizações acima, a entrada 98 do percurso de fluxo 96 pode ser configurada para receber até pelo menos cerca de cinco por cento de um fluxo de ar através da seção de compressor, ou mais particularmente, de um fluxo de ar através do percurso de fluxo de ar de núcleo 37 que se estende através do compressor de LP 22 da seção de compressor. Alternativamente, no entanto em outras realizações, a entrada 98 do percurso de fluxo 96 pode ser configurada adicionalmente para receber até pelo menos cerca de dez por cento, até pelo menos cerca de vinte por cento, até pelo menos cerca de trinta por cento, até pelo menos cerca de quarenta por cento, ou até pelo menos cerca de cinquenta por cento de um fluxo de ar que flui através do percurso de fluxo de ar de núcleo 37 que se estende através do compressor de LP 22 da seção de compressor.

[032] Particularmente, fornecer um fluxo de ar de sangria a partir da seção de compressor (por exemplo, uma porção do percurso de fluxo de ar de núcleo 37 localizada imediatamente a jusante do compressor de LP 22) pode auxiliar no controle de certos parâmetros do motor turbofan 10. Por exemplo, sangrar pelo menos uma porção o fluxo de ar a partir do compressor de LP 22 através do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94 pode permitir uma redução em uma razão de pressão total da seção de compressor, que dependendo das condições de operação do motor turbofan 10, pode aumentar uma margem de estol do motor turbofan 10.

[033] Deve ser avaliado, no entanto, que a realização exemplificativa representada na Figura 2 e descrita acima é fornecida apenas a título de exemplo. Por exemplo, a entrada 98 do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94 pode, alternativamente, estar diretamente em comunicação de fluxo de ar com o compressor de LP 22 (por exemplo, em uma extremidade traseira do compressor de LP 22). De maneira similar, em outras realizações exemplificativas, a saída 100 do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94 pode, como alternativa, estar em comunicação de fluxo de ar com um membro de estrutura da turbina 104 localizado a montante da turbina de LP 30. Consequentemente, em certa realização exemplificativa, o núcleo 16 do motor turbofan 10 pode não incluir o membro de estrutura de compressor 80 e/ou pode não incluir o estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 localizado entre um bloco dianteiro 86 da turbina de LP 30 e um bloco traseiro 88 da turbina de LP 30. Por exemplo, em certas realizações exemplificativas, a turbina de LP 30 pode ser uma unidade única, não dividida entre um bloco dianteiro 86 e um bloco traseiro 88, e o estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 pode estar localizado a montante da turbina de LP 30 (por exemplo, onde o membro de estrutura da turbina 104 é representado na Figura 2). Além disso, em ainda outras realizações, o núcleo 16 pode não incluir a estrutura posterior de turbina 90 localizada atrás da turbina de LP 30.

[034] Agora em referência à Figura 3, uma vista esquemática simplificada de um núcleo 16 de um motor turbofan 10 de acordo com outra realização exemplificativa da presente revelação é fornecida. O núcleo 16 da realização exemplificativa da Figura 3 pode ser configurado substancialmente da mesma maneira que o núcleo exemplificativo 16 descrito acima e representado na Figura 2. Consequentemente, a mesma numeração ou numeração similar pode se referir aos mesmos componentes ou componentes similares.

[035] Por exemplo, o núcleo exemplificativo 16 representado na Figura 3 inclui uma seção de compressor, uma seção de combustão 26 localizada a jusante da seção de compressor e uma seção de turbina localizada a jusante da seção de combustão 26. A seção de compressor inclui um ou mais compressores (isto é, um compressor de LP 22 e um compressor de HP 24) e a seção de turbina inclui uma ou mais turbinas (isto é, uma turbina de HP 28 e uma turbina de LP 30). O compressor de LP 22 e o compressor de HP 24 da seção de compressor, bem como a turbina de HP 28 e a turbina de LP 30 da seção de turbina, são, cada um, rotativos em volta da linha central longitudinal 12 do motor turbofan 10.

[036] Além disso, o núcleo exemplificativo 16 representado na Figura 3 inclui um membro estrutural 94 que se estende a partir da seção de compressor para a seção de turbina para reforçar o núcleo 16 do motor turbofan 10. O membro estrutural exemplificativo 94 também define, pelo menos parcialmente, um percurso de fluxo 96 que se estende entre uma entrada 98 em comunicação de fluxo de ar com a seção de compressor e uma saída 100 em comunicação de fluxo de ar com a seção de turbina. No entanto, para a realização representada na Figura 3, o núcleo 16 do motor turbofan 10 inclui componentes adicionais para utilizar e/ou melhorar um fluxo de ar de sangria a partir da seção de compressor para a seção de turbina através do percurso de fluxo 96 definidos pelo membro estrutural 94.

[037] Por exemplo, agora também em referência à Figura 4, o núcleo exemplificativo 16 representado na Figura 3 inclui adicionalmente um compressor auxiliar 106 em comunicação de fluxo de ar com o percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94. Para a realização representada, o compressor auxiliar 106 é um ventilador acoplado mecanicamente ao eixo de HP 34 através do compressor de HP 24 (isto é, um ventilador acionado pelo núcleo). Conforme é representado esquematicamente na Figura 3, o compressor auxiliar 106 inclui um estágio de pás de compressor auxiliar 108, um estágio de palhetas de guia de entrada 110 localizado a montante das pás 108, e um estágio de palhetas de guia de saída 109 localizado a jusante das pás 108. Além disso, a pluralidade de pás de compressor auxiliar 108 é fixada a um anel sólido 111, que é, por sua vez, fixado a uma extremidade externa radialmente de um estágio de pás de rotor de compressor de HP 112 e rotativa com o estágio de pás de rotor de compressor de HP 112 (Figura 4). O compressor auxiliar 106 pode ser configurado para aumentar uma pressão do fluxo de ar de sangria através do percurso de fluxo 96 durante a operação.

[038] Além disso, o compressor auxiliar exemplificativo 106 inclui uma capacidade para variar uma quantidade de fluxo de ar permitida através do mesmo. Especificamente, como indicado, o compressor auxiliar exemplificativo 106 inclui uma pluralidade palhetas de guia de entrada 110 sobre uma entrada do compressor auxiliar 106. As palhetas de guia de entrada 110 podem ser móveis entre uma posição totalmente aberta, que permite fluxo completo através do compressor auxiliar 106, e uma posição totalmente fechada que restringe pelo menos uma porção do fluxo através do compressor auxiliar 106. Desse modo, as palhetas de guia de entrada 110 podem ser configuradas como palhetas de guia de entrada, variáveis e podem trabalhar em conjunto com a válvula 102 para regular o fluxo de ar de sangria através do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94. Alternativamente, em certas realizações exemplificativas, a inclusão de palhetas de guia de entrada, variáveis 110 no compressor auxiliar 106 pode evitar a necessidade da válvula 102 completamente (e, desse modo, essa realização exemplificativa pode não incluir a válvula 102). Alternativamente, em ainda outras realizações exemplificativas, o percurso de fluxo 96 pode desviar do compressor auxiliar 106 quando as palhetas de guia de entrada 110 estiverem na posição totalmente fechada. Por exemplo, em certas realizações exemplificativas o núcleo 16 pode definir uma linha de desvio (não mostrada) capaz de desviar a operação do compressor auxiliar 106.

[039] A inclusão do compressor auxiliar 106 pode permitir que energia adicional seja extraída a partir do fluxo de ar de sangria através do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94. Além disso, onde, por exemplo, o compressor auxiliar 106 é acionado pelo eixo de HP 34, o compressor auxiliar 106 pode ser um meio para que certos componentes de alta pressão do núcleo 16 (por exemplo, o compressor de HP 24) acionem certos componentes de baixa pressão do núcleo 16 (por exemplo, a turbina de LP 30). Particularmente, os benefícios acima podem ocorrer ao mesmo tempo em que ainda permitem que o núcleo 16 sangre ar a partir da linha de operação de baixa pressão, por exemplo, a partir do compressor de LP 22.

[040] Ainda em referência à Figura 3, o motor turbofan 10, ou mais apropriadamente o núcleo 16 do motor turbofan 10, inclui adicionalmente um trocador de calor 113 em comunicação de fluxo de ar com o percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94. Para a realização representada, o trocador de calor 113 está localizado a jusante do compressor auxiliar 106, pelo menos parcialmente, dentro do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94. No entanto, em outras realizações exemplificativas, o trocador de calor 113 pode, alternativamente, ser posicionado a montante do compressor auxiliar 106, pelo menos parcialmente, dentro do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94.

[041] O trocador de calor 113 pode ser configurado para transferir calor a partir de um ou mais sistemas do motor turbofan 10 para o fluxo ar de sangria no percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94. Por exemplo, o trocador de calor 113 pode ser configurado para transferir calor a partir de um sistema de lubrificação principal do núcleo 16 do motor turbofan 10 para o fluxo de ar de sangria no percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94. Além disso, embora não representado, em outras realizações, o núcleo 16 do motor turbofan 10 pode incluir adicionalmente uma pluralidade de trocadores de calor 113 em comunicação de fluxo de ar com o percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94, espaçados ao longo do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94 de qualquer maneira adequada.

[042] A inclusão de um ou mais trocadores de calor 113 no percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94 pode permitir maior controle térmico dos sistemas de gerenciamento térmico do motor turbofan 10, ao mesmo tempo em que também adiciona energia ao fluxo de ar de sangria.

[043] Agora em referência à Figura 5, uma vista esquemática simplificada de um núcleo 16 de um motor turbofan 10 de acordo com ainda outra realização exemplificativa da presente revelação é fornecida. O núcleo 16 da realização exemplificativa da Figura 5 pode ser configurado substancialmente da mesma maneira que o núcleo exemplificativo 16 descrito acima em referência à Figura 2. Consequentemente, a mesma numeração ou numeração similar pode se referir aos mesmos componentes ou componentes similares.

[044] Por exemplo, o núcleo exemplificativo 16 representado na Figura 5 inclui uma seção de compressor, uma seção de combustão 26 localizada a jusante da seção de compressor e uma seção de turbina localizada a jusante da seção de combustão 26. A seção de compressor inclui um ou mais compressores (isto é, um compressor de LP 22 e um compressor de HP 24) e uma seção de turbina inclui uma ou mais turbinas (isto é, uma turbina de HP 28 e uma turbina de LP 30). O compressor de LP 22 e o compressor de HP 24 da seção de compressor, bem como a turbina de HP 28 e a turbina de LP 30 da seção de turbina, são, cada um, rotativos em volta da linha central longitudinal 12 do motor turbofan 10.

[045] Além disso, o núcleo exemplificativo 16 representado na Figura 5 inclui um percurso de fluxo 114 que se estende entre uma entrada 116 e uma saída 118. Similar ao percurso de fluxo exemplificativo 96 definido pelo membro estrutural 94 (consultar a Figura 2), o percurso de fluxo exemplificativo 114 é configurado como um percurso de fluxo de ar de sangria 114, de modo que a entrada 116 fique em comunicação de fluxo de ar com a seção de compressor. Especificamente, a entrada 116 do percurso de fluxo exemplificativo 114 está em comunicação de fluxo de ar com uma extremidade traseira do compressor de LP 22. Além disso, para a realização exemplificativa representada, a saída 118 do percurso de fluxo 114 está em comunicação de fluxo de ar com a seção de turbina, ou, mais particularmente, está em comunicação de fluxo de ar com uma estrutura posterior de turbina 90 da seção de turbina.

[046] Particularmente, a realização exemplificativa representada na Figura 5 não mostra um membro estrutural que define o percurso de fluxo 114. Embora em certas realizações exemplificativas o núcleo exemplificativo 16 representado na Figura 5 possa incluir um membro estrutural que define o percurso de fluxo 114 (e configurado substancialmente da mesma maneira que os membros estruturais exemplificativos 94 descritos acima em referência à Figura 2 e/ou à Figura 3), em outras realizações exemplificativas, o núcleo exemplificativo 16 representado na Figura 5 pode não incluir um membro estrutural que define o percurso de fluxo 114. Nessa realização exemplificativa, o percurso de fluxo 114 pode, alternativamente, ser definido por um ou mais condutos de fluxo de ar adequados que podem, ou não, adicionar rigidez estrutural ao núcleo 16.

[047] Uma turbina auxiliar 120 é posicionada em comunicação de fluxo de ar com o percurso de fluxo 114 para extrair energia a partir de um fluxo de ar de sangria através do mesmo. Como é representado, a turbina auxiliar 120 é deslocada a partir da linha central longitudinal 12 do motor turbofan 10. Especificamente, a turbina auxiliar 120 define um eixo geométrico central 122, sendo que o eixo geométrico central 122 é deslocado a partir da linha central longitudinal 12. Deve ser avaliado, no entanto, que em outras realizações exemplificativas, a turbina auxiliar 120 pode, como alternativa, ser configurada como uma “turbina de ponta” com um ou mais dentre o compressor de HP 24 ou a turbina de HP 28. Como usado no presente documento, o termo turbina de ponta se refere a uma turbina configurada em uma configuração anular em volta do compressor de HP 24 ou da turbina de HP 28, que gira coaxialmente com o compressor de HP 24 ou com a turbina de HP 28. Por exemplo, uma turbina de ponta pode ser configurada substancialmente da mesma maneira que o compressor auxiliar 106 descrito acima em referência às Figuras 3 e 4. Nessas realizações, a turbina de ponta pode incluir um anel sólido fixado às extremidades radialmente externas de um estágio de pás de rotor rotativas no compressor de HP 24 ou na turbina de HP 28. Além disso, a turbina de ponta pode incluir uma pluralidade de pás espaçadas circunferencialmente, fixadas ao anel de modo que um fluxo de ar sobre as pás da turbina de ponta gire o anel e estágio correspondente de pás de compressor de HP ou de pás turbina de HP.

[048] Ainda em referência à realização da Figura 5, o percurso de fluxo exemplificativo 114 se estende através da turbina auxiliar 120, de modo que a turbina auxiliar 120 fique posicionada diretamente em comunicação de fluxo de ar dentro do percurso de fluxo 114. A turbina auxiliar 120 pode permitir extrair energia a partir do fluxo de ar de sangria através do percurso de fluxo 114 e fornecer essa energia extraída para os um ou mais eixos do núcleo 16 do motor turbofan 10. Especificamente, a turbina auxiliar 120 pode ser configurada de uma maneira similar a uma dentre a turbina de HP 28 ou turbina de LP 30, ou ambas. Por exemplo, a turbina auxiliar 120 pode incluir estágios sequenciais de pás de rotor acopladas a um eixo de turbina auxiliar, rotativo em volta do eixo geométrico central 122 da turbina auxiliar 120. O eixo de turbina pode, como é representado esquematicamente, ser acoplado mecanicamente ao eixo de HP 34 através de uma caixa de engrenagens124 para auxiliar com a rotação do eixo de HP 34. A caixa de engrenagens124 pode ser uma caixa de engrenagens de razão fixa, ou alternativamente pode ser uma caixa de engrenagens de razão variável.

[049] A inclusão da turbina auxiliar 120 pode permitir a extração de energia a partir do fluxo de ar de sangria através do percurso de fluxo 114. Por exemplo, a turbina auxiliar 120 pode permitir a extração de energia a partir desse ar de sangria e fornecer essa energia extraída diretamente para o eixo de HP 34. Consequentemente, essa configuração pode permitir uma operação mais eficiente do núcleo 16 do motor turbofan 10. Por exemplo, essa configuração pode permitir que o fluxo de ar de sangria através do percurso de fluxo 114 acione o eixo de HP 34 durante, por exemplo, condições de marcha lenta de modo que menos combustível seja exigido para operar o núcleo 16 durante condições de marcha lenta.

[050] Deve ser avaliado, no entanto, que o núcleo exemplificativo 16 e a turbina auxiliar 120 representados na Figura 5 são fornecidos apenas a título de exemplo. Em outras realizações exemplificativas, por exemplo, a turbina auxiliar 120 pode, como alternativa, ser configurada para fornecer a energia extraída a partir do fluxo de ar de sangria para o eixo de HP 34 por meio de uma caixa de engrenagens acessória. Por exemplo, a turbina auxiliar pode ser montada na caixa de engrenagens acessória. Com essa configuração, a turbina auxiliar 120 pode servir uma função dupla de também ser configurada como um arranque/gerador a ar da caixa de engrenagens acessória, que pode ser configurada para dar a partida no motor turbofan 10. A rotação da turbina auxiliar pode transferir a energia extraída para o eixo de HP 34.

[051] Além disso, em ainda outras realizações exemplificativas, o núcleo 16 representado na Figura 5 pode adicionalmente incluir um ou mais aspectos do núcleo exemplificativo 16 descritos acima em referência às Figuras 2 a 4. Por exemplo, agora em referência à Figura 6, que fornece uma vista esquemática simplificada de um núcleo 16 de um motor turbofan 10 de acordo com ainda outra realização exemplificativa da presente revelação, o núcleo exemplificativo 16 inclui uma turbina auxiliar 120 bem como um compressor auxiliar 106—o compressor auxiliar 106 também em comunicação de fluxo de ar com o percurso de fluxo 114. Para a realização da Figura 6, o compressor auxiliar 106 define um eixo geométrico central 108 deslocado a partir da linha central longitudinal 12 do motor turbofan 10 e é acionado pelos um ou mais eixos do núcleo 16 do motor turbofan 10. Alternativamente, no entanto, conforme na realização descrita acima, o compressor auxiliar 106 pode ser configurado como um compressor auxiliar acionado pelo núcleo com o compressor de HP 24. Além disso, para a realização da Figura 6, a entrada 116 do percurso de fluxo 114 está em comunicação de fluxo de ar com o membro de estrutura de compressor 80 a jusante do compressor de LP 22 e a montante do compressor de HP 24, e a saída 118 está em comunicação de fluxo de ar com a estrutura posterior de turbina 90. No entanto, em outras realizações exemplificativas, a saída 118 do percurso de fluxo 114 pode, como alternativa, ficar em comunicação de fluxo de ar com, por exemplo, a atmosfera ou com uma passagem de fluxo de ar de desvio 56 (consultar a Figura 1). Por exemplo, a turbina auxiliar 120 e o percurso de fluxo 114 representados podem ser fechados pelo invólucro externo 18 do núcleo 16 (conforme nas realizações exemplificativas das Figuras 2 e 3), e a saída 118 do percurso de fluxo 114 pode ser definida no invólucro externo 18.

[052] Além disso, agora em referência à Figura 7, outra realização exemplificativa da presente revelação é fornecida. Especificamente, a Figura 7 fornece uma vista esquemática simplificada de um núcleo 16 de um motor turbofan 10 de acordo com ainda outra realização exemplificativa da presente revelação. O núcleo 16 da realização exemplificativa da Figura 7 pode ser configurado substancialmente da mesma maneira que o núcleo exemplificativo 16 descrito acima em referência à Figura 5. Consequentemente, a mesma numeração ou numeração similar pode se referir aos mesmos componentes ou componentes similares.

[053] Por exemplo, o núcleo exemplificativo 16 da Figura 7 inclui uma seção de compressor, uma seção de combustão 26 localizada a jusante da seção de compressor e uma seção de turbina localizada a jusante da seção de combustão 26. A seção de compressor inclui um ou mais compressores (isto é, um compressor de LP 22 e um compressor de HP 24) e a seção de turbina inclui uma ou mais turbinas (isto é, uma turbina de HP 28 e uma turbina de LP 30). O compressor de LP 22 e o compressor de HP 24 da seção de compressor, bem como a turbina de HP 28 e a turbina de LP 30 da seção de turbina, são, cada um, rotativos em volta de uma linha central longitudinal 12 do motor turbofan 10.

[054] Além disso, o núcleo exemplificativo 16 representado na Figura 5 inclui um percurso de fluxo 114 que se estende entre uma entrada 116 e uma saída 118, com uma turbina auxiliar 120 posicionada no percurso de fluxo 114 entre a entrada 116 e a saída 118. O percurso de fluxo 114 e a turbina auxiliar 120 podem ser configurados da mesma maneira que o percurso de fluxo exemplificativo 114 e a turbina auxiliar 120 descritos acima em referência à Figura 5.

[055] Além disso, o núcleo exemplificativo 16 da Figura 7 inclui um primeiro trocador de calor 121 posicionado em comunicação térmica com o percurso de fluxo 114 em uma localização a montante da turbina auxiliar 120, e um segundo trocador de calor 123 em comunicação térmica com o percurso de fluxo em uma localização a jusante da turbina auxiliar 120. Para a realização representada, o primeiro trocador de calor 121 é configurado para remover calor a partir de um fluxo de ar de sangria através do percurso de fluxo 114. O primeiro trocador de calor 121 pode ser configurado como um trocador de calor “ar para ar” também em comunicação térmica com um fluxo de ar de desvio do motor turbofan 10 (similar ao fluxo de ar de desvio 64 descrito acima em referência à Figura 1). Por exemplo, o primeiro trocador de calor 121 pode ser posicionado dentro de uma passagem de desvio (conforme é representado na Figura 7), ou alternativamente pode ser posicionado dentro do invólucro externo 18 do núcleo 16. Com essa realização, uma porção do fluxo de ar de desvio pode, como alternativa, ser redirecionada a partir da passagem de desvio sobre o primeiro trocador de calor 121.

[056] O ar de sangria refrigerado e comprimido pode, então, fluir através do percurso de fluxo 114 para a turbina auxiliar 120, onde o ar de sangria pode ser expandido conforme a energia é extraída a partir desse fluxo de ar de sangria. A expansão do ar de sangria através da turbina auxiliar 120 pode adicionalmente reduzir uma temperatura do ar de sangria. O ar de sangria pode, então, fluir através do percurso de fluxo 114 para o segundo trocador de calor 123 (em uma localização a jusante da turbina auxiliar 120), onde a temperatura do ar de sangria no percurso de fluxo 114 é aumentada conforme o segundo trocador de calor 123 remove calor a partir de um ou mais sistemas do motor turbofan 10 e transfere esse calor para o ar de sangria no percurso de fluxo 114. Por exemplo, em certas realizações exemplificativas, o segundo trocador de calor 123 pode ser configurado como um trocador de calor “líquido para ar” configurado para transferir calor a partir de, por exemplo, um sistema de lubrificação principal ou um sistema de combustível do motor turbofan 10 para o ar de sangria no percurso de fluxo 114.

[057] O ar de sangria no percurso de fluxo 114 é, então, fornecido para o bloco de turbina traseiro 90. No entanto, em outras realizações, o ar de sangria pode, como alternativa, ser fornecido em qualquer outra localização adequado da seção de turbina. Por exemplo, em certas realizações exemplificativas, o núcleo 16 pode adicionalmente incluir um compressor auxiliar em comunicação de fluxo de ar com o fluxo de ar de sangria no percurso de fluxo 114 para aumentar uma pressão desse fluxo. Com essa configuração, o fluxo de ar pode, como alternativa, ser fornecido para, por exemplo, a turbina de LP 30 da mesma maneira como descrito acima em referência a uma ou mais das realizações das Figuras 2 a 4.

[058] Agora em referência à Figura 8, uma vista esquemática aproximada de um estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar de acordo com uma realização exemplíficativa da presente revelação é fornecido. O estágio exemplificativo 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 representado na Figura 8 está localizado dentro da seção de turbina, a jusante da primeira turbina, isto é, a turbina de HP 28. Especificamente, para a realização representada, o estágio exemplificativo 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 está localizado entre um bloco dianteiro 86 da turbina de LP 30 e um bloco traseiro 88 da turbina de LP 30.

[059] Além disso, conforme mostrado, o estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 está em comunicação de fluxo de ar com uma saída de um percurso de fluxo. Para a realização representada, o percurso de fluxo é um percurso de fluxo 96 definido por um membro estrutural 94 do núcleo 16 do motor turbofan 10. Consequentemente, o estágio exemplificativo 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 pode ser incorporado em um ou mais dos motores de turbofan exemplificativos 10 descritos acima em referência às Figuras 2 e/ou 3. Alternativamente, no entanto, em outras realizações o estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 pode ficar localizado em qualquer outra localização adequada dentro da seção de turbina, tal como em uma estrutura posterior de turbina 90 da seção de turbina. Consequentemente, com essa realização exemplíficativa o estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 pode, como alternativa, ser incorporado em um ou mais dos motores de turbofan exemplificativos 10 descritos acima em referência às Figuras 4 e/ou 5.

[060] Ainda em referência à Figura 8, para a realização exemplíficativa representada, cada bocal 84 no estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 é configurado como uma palheta estrutural da seção de turbina. Especificamente, cada bocal 84 no estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 se estende, de maneira geral, ao longo da direção radial R através do percurso de fluxo de ar de núcleo 37, fornecendo uma conexão estrutural entre um revestimento externo 126 da seção de turbina e um membro de estrutura da turbina 128. No entanto, em outras realizações, um ou mais dos bocais 84 no estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 pode adicional ou alternativamente, ser configurado como bocais não estruturais. Nessa realização, os bocais 84 podem, ou não, se estende completamente através do percurso de fluxo de ar de núcleo 37 ao longo da direção radial R.

[061] O estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 pode incluir uma pluralidade de bocais de injeção de fluxo de ar 84 espaçados ao longo de uma direção circunferencial do motor turbofan 10. Por exemplo, o estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 pode incluir seis ou mais bocais 84, quatorze ou mais bocais 84, cinquenta ou mais bocais 84, oitenta ou mais bocais 84, cem ou mais bocais 84, ou cento e cinquenta ou mais bocais 84. Além disso, o estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84, de maneira geral, inclui uma câmara 130 em uma extremidade radialmente externa. A câmara 130 pode ser uma câmara anular que se estende substancialmente ao longo da direção circunferencial do motor turbofan 10. A câmara anular 130 pode permitir que cada bocal de injeção de fluxo de ar no estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 fique em comunicação de fluxo de ar com a saída 100 do percurso de fluxo 96.

[062] Além disso, cada bocal no estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84, de maneira geral, inclui uma cavidade 132 que se estende através do respectivo bocal 84, de maneira geral, ao longo da direção radial R e uma abertura 134 (representada em tracejado). O ar a partir da câmara anular 130 pode fluir para dentro da cavidade oca 132 e para fora através da abertura 134 para dentro da seção de turbina, ou mais particularmente, para dentro de uma porção do percurso de fluxo de ar de núcleo 37 que se estende através da seção de turbina. Consequentemente, a abertura 134 de cada bocal 84 nos bocais de injeção de fluxo de ar 84 pode ser configurada para injetar um fluxo de ar de sangria extraído a partir da seção de compressor para dentro do percurso de fluxo de ar de núcleo 37 que se estende através da seção de turbina. Para a realização representada, cada abertura 134 definida por um respectivo bocal 84 se estende, de maneira geral, ao longo da direção radial R, substancialmente ao longo de um comprimento do respectivo bocal 84. No entanto, em outras realizações, cada bocal 84 pode, como alternativa, incluir uma pluralidade de aberturas 134 espaçadas, de maneira geral, ao longo da direção radial R.

[063] Particularmente, como o estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 é configurado para reintroduzir ar de sangria a partir do percurso de fluxo 96, em pelo menos certas realizações exemplificativas, o estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 pode definir uma taxa de fluxo de massa máxima através do mesmo, igual à taxa de fluxo de massa máxima do percurso de fluxo 96, tal como a taxa de fluxo de massa máxima do percurso de fluxo 96 descrita acima em referência para A Figura 2.

[064] Agora em referência especificamente à Figura 9, uma vista em corte transversal de um par de bocais 84 de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação, tomada, de maneira geral, ao longo da direção radial R, é fornecida. Por exemplo, os bocais 84 da Figura 9 podem ser incorporados ao estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 descrito acima em referência à Figura 8.

[065] Para a realização da Figura 9, os bocais 84 são bocais de rendimento fixos 84, em que cada um define uma abertura fixa 134. Os bocais 84 representados definem um lado de pressão 136 e um lado de sucção 138, bem como uma extremidade dianteira 140 e uma extremidade traseira 142. A extremidade dianteira 140 é localizada a montante da extremidade traseira 142 no fluxo de ar através do percurso de fluxo de ar de núcleo 37. Além disso, a abertura 134 de cada bocal respectivo 84 é localizada no lado de pressão 136 do bocal respectivo 84 e é orientada, de maneira geral, em uma direção de fluxo 144 do fluxo de ar através da seção de turbina (isto é, através de uma porção do percurso de fluxo de ar de núcleo 37 que se estende através da seção de turbina). Essa configuração pode permitir a injeção do fluxo de ar de sangria extraída/sangrada a partir da seção de compressor para dentro do percurso de fluxo de ar de núcleo 37 que se estende através da seção de turbina em uma direção (conforme indicado pelas setas 146) que flui com o fluxo de ar através da seção de turbina de modo a provocar interferência mínima para esse fluxo de ar.

[066] Deve ser avaliado, no entanto, que em outras realizações exemplificativas, os bocais de injeção 84 podem ter qualquer outra configuração adequada. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas os bocais 84 podem, como alternativa, ser bocais de rendimento variável 84. Especificamente, agora em referência às Figuras 10 e 11, vistas de corte transversais de um par de bocais 84 de acordo com outra realização exemplificativa da presente revelação são fornecidas, também tomadas, de maneira geral, ao longo da direção radial R. Os bocais de injeção de fluxo de ar exemplificativos 84 podem ser configurados substancialmente da mesma maneira que os bocais de injeção de fluxo de ar exemplificativos 84 descritos acima em referência à Figura 9, e, desse modo, a mesma numeração ou numeração similar pode se referir à mesma parte ou parte similar.

[067] No entanto, os bocais exemplificativos 84 das Figuras 10 e 11 são configurados para permitir a variação em uma quantidade de fluxo de ar permitida através dos mesmos. Especificamente, as aberturas 134 dos bocais exemplificativos 84 das Figuras 10 e 11 são aberturas com rendimento variável 134 posicionadas próximas a uma extremidade traseira 142 do respectivo bocal 84. Conforme mostrado, os bocais exemplificativos 84 das Figuras 10 e 11 incluem, cada um, uma aba 148 posicionada na extremidade traseira 142 do respectivo bocal. Cada aba 148 é giratória, de maneira geral, em volta de um eixo geométrico de pivô 150 (que pode ser paralelo à direção radial R) entre uma primeira posição, ou posição aberta (consultar a Figura 10), e uma segunda posição, ou posição fechada (consultar a Figura 11). Quando a aba está na posição aberta, uma quantidade máxima de ar, tal como ar de sangria, pode fluir através da mesma. Ao contrário, quando na posição fechada, a aba 148 está posicionada sobre e bloqueia um fluxo de ar através da abertura 134 do respectivo bocal 84. Cada aba 148 também pode ser móvel para uma variedade de posições entre a primeira posição e a segunda posição para ajustar uma quantidade de ar permitida através do estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84. A abertura com rendimento variável 134 nos bocais 84 representados nas Figuras 10 e 11 pode ser usada em conjunto com, ou como alternativa a, uma válvula em um percurso de fluxo (tal como a válvula 102 no percurso de fluxo 96) que fornece ar de sangria para os mesmos.

[068] Além disso, as abas 148 dos bocais 84 no estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 também pode controlar um fluxo de ar através do percurso de fluxo de ar de núcleo 37 da seção de turbina. Especificamente, cada par de bocais adjacentes 84 define uma área de estreitamento de bocal, que pode afetar uma capacidade da seção de turbina. Cada par de bocais adjacentes 84 define uma área de estreitamento de bocal máxima 152 quando as abas 148 estão na primeira posição, aberta, e uma área mínima de estreitamento do bocal 154 quando as abas 148 estão na segunda posição, fechada. Consequentemente, as abas 148 são configuradas para diminuir a área de estreitamento de bocal quando movidas para a segunda posição, fechada, que pode diminuir uma capacidade da seção de turbina. Quando o eixo de HP 34 do motor turbofan 10 está operando em uma velocidade relativamente baixa, os bocais de injeção de fluxo de ar 84 podem ser operados para aumentar a área de estreitamento de bocal para aumentar a capacidade da turbina de LP 30. Ainda alternativamente, agora em referência às Figuras 12 e 13, as vistas de corte transversal de um par de bocais 84, de acordo com ainda outra realização exemplificativa da presente revelação, são fornecidas, também tomadas, de maneira geral, ao longo da direção radial R. Os bocais de injeção de fluxo de ar exemplificativos 84 podem ser configurados substancialmente da mesma maneira que os bocais de injeção de fluxo de ar exemplificativos 84 descritos acima em referência para A Figura 9, e, desse modo, a mesma numeração ou numeração similar pode se referir à mesma parte ou parte similar.

[069] Como com os bocais exemplificativos 84 das Figuras 10 e 11, os bocais exemplificativos 84 das Figuras 12 e 13 são configurados como bocais de rendimento variável, de modo que os bocais 84 sejam configurados para permitir uma variação em uma quantidade de fluxo de ar permitida através dos mesmos. Especificamente, cada um dos bocais exemplificativos 84 inclui uma abertura com rendimento variável 134 posicionada próxima a uma extremidade traseira 142 do respectivo bocal 84 com uma porta bloqueadora 135 deslizante entre uma posição fechada (Figura 12) e uma posição aberta (Figura 13), bem como um número de posições entre as mesmas. Os bocais 84 podem, portanto, ajustar uma quantidade de ar permitida através do estágio 82 de bocais de injeção de fluxo de ar 84 movendo-se as portas bloqueadoras 135 para uma posição almejada. A abertura com rendimento variável 134 nos bocais 84 representados nas Figuras 12 e 13 podem ser usadas em conjunto com, ou como alternativa a, uma válvula em um percurso de fluxo (tal como a válvula 102 no percurso de fluxo 96).

[070] Agora em referência às Figuras 14 e 15, uma realização alternativa é fornecida para injetar um fluxo de ar de sangria, extraído a partir da seção de compressor, de volta para dentro do percurso de fluxo de ar de núcleo 37 que se estende através da seção de turbina. A Figura 14 fornece uma vista esquemática simplificada de um membro de estrutura da turbina 104 localizado a jusante de uma turbina de HP 28 e a montante de uma turbina de LP 30. O membro de estrutura da turbina 104 define uma cavidade 156 em comunicação de fluxo de ar com uma saída de um percurso de fluxo. Para a realização exemplificativa representada, a cavidade 156 está em comunicação de fluxo de ar com a saída 100 do percurso de fluxo 96 definido pelo membro estrutural 94, tal como aquele descrito acima em referência às Figuras 2 e/ou 3. Alternativamente, no entanto, a cavidade 156 pode ficar em comunicação de fluxo de ar com o percurso de fluxo de ar de sangria 114 descrito acima em referência às Figuras 4 e 5.

[071] O membro de estrutura da turbina exemplificativo 104, de maneira geral, inclui uma porta 158 em um revestimento externo 160, em que o revestimento externo 160 define, pelo menos parcialmente, o percurso de fluxo de ar de núcleo 37 através da seção de turbina. A porta 158 é móvel, de maneira geral, ao longo da direção axial A do motor turbofan 10 entre uma posição aberta, avançada (consultar a Figura 14) e uma posição fechada, recuada (consultar A Figura 15). Quando a porta 158 está na posição aberta, avançada, a porta 158 define uma abertura 162 a partir do percurso de fluxo 96 na cavidade 156 para o percurso de fluxo de ar de núcleo 37 que se estende através do membro de estrutura da turbina 104 para permitir a injeção/ reintrodução de ar de sangria a partir do percurso de fluxo 96. Ao contrário, quando a porta 158 é na posição fechada, recuada, a porta 158 forma uma vedação com o revestimento externo da turbina 160, de modo que nenhum fluxo de ar pode ser fornecido a partir da cavidade 156 ou percurso de fluxo 96 através do mesmo para dentro do percurso de fluxo de ar de núcleo 37 através do membro de estrutura da turbina 104. Essa pode ser uma configuração simples e econômica para injetar ar de sangria a partir do percurso de fluxo 96 para dentro do percurso de fluxo de ar de núcleo 37 que se estende através do membro de estrutura da turbina 104.

[072] Em certas realizações exemplificativas, o membro de estrutura da turbina 104 pode incluir uma pluralidade de portas 158, cada uma móvel, de maneira geral, ao longo da direção axial A entre uma posição aberta e uma posição fechada. A pluralidade de portas 158 pode ser espaçada ao longo da direção circunferencial do motor turbofan 10. Além disso, embora o membro de estrutura da turbina 104 que inclui a porta móvel 158 fique localizado entre a turbina de HP 28 e a turbina de LP 30, em outras realizações exemplificativas, o membro de estrutura da turbina 104 que inclui uma porta móvel 158 pode, como alternativa, ficar localizado, por exemplo, entre o bloco dianteiro da turbina de LP e o bloco traseiro da turbina de LP.

[073] Essa descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, inclusive o melhor modo, e também para capacitar qualquer pessoa versada na técnica a praticar a invenção, inclusive a fazer e usar quaisquer dispositivos 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. Esses 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 Turbofan a Jato 12 Linha Central Longitudinal ou Axial 14 Seção de Ventilador 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 de Jato 34 Eixo/Bobina de Alta Pressão 36 Eixo/Bobina de Baixa Pressão 37 Percurso de Fluxo de Ar de Núcleo 38 Ventilador 40 Pás 42 Disco 44 Membro de Atuação 46 Caixa de Engrenagens de potência 48 Nacela 50 Invólucro ou Nacela de Ventilador 52 Palheta de 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 Ventilador 78 Trajetória de Gás Quente 80 Membro de Estrutura de Compressor 82 Estágio de Bocais de Mistura de Desvio 84 Bocais de Mistura de Desvio 86 Bloco Dianteiro de Turbina de LP

88 Bloco Traseiro de Turbina de LP 90 Estrutura Posterior de Turbina 92 Mancais 94 Membro Estrutural 96 Percurso de Fluxo 98 Entrada 100 Saída 102 Válvula 104 Membro de Estrutura de Turbina 106 Compressor Auxiliar 108 Eixo Geométrico Central de Compressor Auxiliar 110 IGVs de Compressor Auxiliar 112 Trocador de Calor 114 Percurso de Fluxo 116 Entrada 118 Saída 120 Turbina Auxiliar 122 Eixo Geométrico Central de Turbina Auxiliar 124 Caixa de Engrenagens 126 Revestimento de Seção de Turbina 128 Membro de Estrutura de Turbina 130 Câmara 132 Cavidade 134 Abertura 136 Lado de Pressão 138 Lado de Sucção 140 Extremidade dianteira 142 Extremidade Traseira 144 Direção de fluxo de ar 146 Direção de Aberturas 148 Aba 150 Eixo Geométrico de Pivô 152 Área Máxima de Estreitamento de Bocal 154 Área Mínima de Estreitamento de Bocal 156 Cavidade 158 Porta 160 Revestimento Externo 162 Percurso de Fluxo 164 166 168 170 Reivindicações

Claims

1. MOTOR DE TURBINA A GÁS, caracterizado pelo fato de que compreende: uma seção de compressor; uma seção de combustão (26) localizada a jusante da seção de compressor; uma seção de turbina localizada a jusante da seção de combustão (26), sendo que a seção de turbina, a seção de compressor e a seção de combustão (26) juntas definem um percurso de fluxo de ar de núcleo (37), em que a seção de turbina inclui uma primeira turbina que tem um primeiro estágio de pás de rotor; e um estágio de bocais de injeção de fluxo de ar (82) localizado a jusante do primeiro estágio de pás de rotor da primeira turbina, em que os bocais de injeção de fluxo de ar (82) definem, cada um, uma abertura (134) para injetar um fluxo de ar de sangria extraído a partir da seção de compressor de volta para o percurso de fluxo de ar de núcleo (37), sendo que as aberturas são orientadas, de maneira geral, em uma direção de fluxo do fluxo de ar através do percurso de fluxo de ar de núcleo (37).

2. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um percurso de fluxo de ar de sangria (96) que se estende entre uma entrada em comunicação de fluxo de ar com a seção de compressor e uma saída em comunicação de fluxo de ar com o estágio de bocais de injeção de fluxo de ar (82).

3. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a seção de compressor define uma taxa de fluxo de massa máxima através do mesmo, em que o estágio de bocais de injeção de fluxo de ar (82) define uma taxa de fluxo de massa máxima através do mesmo, e em que a taxa de fluxo de massa máxima através do estágio de bocais de injeção de fluxo de ar (82) é pelo menos cinco por cento da taxa de fluxo de massa máxima através da seção de compressor.

4. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada bocal (84) no estágio de bocais de injeção de fluxo de ar (82) define um lado de pressão (136) e um lado de sucção (138), e em que a abertura (134) definida por cada bocal (84) fica no lado de pressão (136).

5. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada bocal (84) no estágio de bocais de injeção de fluxo de ar (82) define uma extremidade dianteira (14) e uma extremidade traseira (142), e em que a abertura (134) definida por cada bocal (84) é posicionada próxima à extremidade traseira (142).

6. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor de turbina a gás define uma direção radial, e em que as aberturas (134) definidas por cada um dos bocais (84) se estendem, de maneira geral, ao longo da direção radial.

7. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as aberturas (134) definidas por cada um dos bocais (84) são aberturas com um rendimento variável.

8. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada bocal (84) no estágio de bocais de injeção de fluxo de ar (82) inclui uma extremidade dianteira (14) e uma extremidade traseira (142), e em que cada bocal (84) inclui uma aba (148) giratória entre uma primeira posição e uma segunda posição, e em que a aba (148) é posicionada sobre abertura (134) do respectivo bocal e bloqueia um fluxo de ar através da mesma, quando na segunda posição.

9. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que cada par de bocais adjacentes (84) define uma área de estreitamento de bocal, em que as abas (148) são configuradas para diminuir a área de estreitamento de bocal quando movidas para a segunda posição.

10. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada bocal (84) no estágio de bocais de injeção de fluxo de ar (82) inclui uma porta bloqueadora (135) deslizante entre uma primeira posição e uma segunda posição, e em que a porta bloqueadora (135) é posicionada sobre a abertura (134) do respectivo bocal (84) e bloqueia um fluxo de ar através da mesma, quando na segunda posição.