BR102016023908A2

BR102016023908A2 - aerofólio e pás para um motor de turbina a gás

Info

Publication number: BR102016023908A2
Application number: BR102016023908A
Authority: BR
Inventors: Lee Krumanaker Matthew; Robert Brassfield Steven; Nolan Dooley Weston
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2015-10-15
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2017-04-25
Also published as: EP3156596A1; US10443398B2; SG10201608070XA; JP2017082771A; US20170107828A1; CA2944474A1; CN106939799A

Abstract

trata-se de um aerofólio para um motor de turbina a gás que compreende um circuito de resfriamento definido dentro do aerofólio que fornece um fluxo do fluido de resfriamento dentro do aerofólio. o circuito de resfriamento exala o fluxo do fluido de resfriamento para fora de uma abertura de fenda que compreende um elemento de aerofólio. a abertura de fenda define adicionalmente uma zona de aceleração e uma zona de desaceleração para medir o fluxo do fluido de resfriamento dentro do aerofólio.

Description

“AEROFÓLIO E PÁS PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS” Antecedentes da Invenção [001] Motores de turbina, e particularmente motores de turbina a gás ou a combustão, são motores rotatórios que extraem energia de um fluxo de gases queimados que passam pelo motor em uma multiplicidade de pás de turbina giratórias. Motores de turbina a gás tem sido usado para locomoção terrestre e naval e geração de energia, mas são usados mais comumente para aplicações de aeronáutica, tal como aeronave, incluindo helicópteros. Em aeronave, motores de turbina a gás são usados para propulsão da aeronave. Em aplicações terrestres, motores de turbina são usados frequentemente para geração de energia.

[002] Motores de turbina a gás para aeronave são projetados para operar em altas temperaturas, para maximizar a eficiência de motor, sendo assim, o resfriamento de certos componentes de motor, tais como a turbina de alta pressão e a turbina de baixa pressão, pode ser benéfico. Tipicamente, resfriamento é alcançado pela canalização de ar de resfriamento desde os compressores de alta e/ou baixa pressão até os componentes de motor que necessitam resfriamento. Temperaturas na turbina de alta pressão estão por volta de 1000 °C a 2000 °C e o ar resfriado do compressor está por volta de 500 °C a 700 °C. Embora o ar de compressor seja de alta temperatura, o mesmo está relacionado pelo resfriamento ao ar de turbina, e pode ser usado para resfriar a turbina.

[003] Pás de turbina atuais, de modo geral, incluem um ou mais circuitos de resfriamento internos para encaminhar o ar resfriado através da pá para resfriar porções diferentes da pá, e podem incluir circuitos de resfriamento dedicados ao resfriamento de porções diferentes da pá, tais como a borda de ataque, borda de fuga e ponta da pá.

Breve Descrição da Invenção [004] Um aerofólio para um motor de turbina a gás que tem. O aerofólio que tem uma superfície externa que define um lado de pressão e um lado de sucção que se estende axialmente entre uma borda de ataque e uma borda de fuga e que se estende radialmente entre uma raiz e uma ponta, e uma borda de fuga que tem uma abertura de fenda. O aerofólio compreende adicionalmente um circuito de resfriamento localizado dentro do aerofólio e compreende uma passagem de resfriamento acoplada com fluidez à passagem de entrada de ar de resfriamento e que se estende da raiz em direção a ponta e que termina em uma curva traseira acoplada com fluidez à abertura de fenda. O aerofólio compreende adicionalmente um elemento de aerofólio localizado dentro da passagem de resfriamento a jusante da curva e a montante da abertura de fenda e que forma uma zona de aceleração na passagem ao longo de uma porção a montante do elemento de aerofólio e que forma uma zona de desaceleração na passagem ao longo de uma porção a jusante do elemento de aerofólio.

[005] Um motor de turbina a gás que tem um disco de rotor de turbina. A pá que compreende um rabo de andorinha que tem ao menos uma passagem de entrada de ar de resfriamento e que se configura para ser montado ao disco de rotor de turbina e um aerofólio que se estende radialmente do rabo de andorinha e que tem uma superfície externa que define um lado de pressão e um lado de sucção que estendem axialmente entre uma borda de ataque e uma borda de fuga, e que estendem radialmente entre uma raiz e uma ponta, com a raiz adjacente ao rabo de andorinha e a borda de fuga que tem uma abertura de fenda. A pá que compreende um circuito de resfriamento localizado dentro do aerofólio e que compreende uma passagem de resfriamento acoplada com fluidez à passagem de entrada de ar de resfriamento e que tem múltiplas trajetórias que se estendem radialmente entre a raiz e a ponta, com as múltiplas trajetórias em uma disposição de serpentina da frente para a traseira. Aquela mais traseira das múltiplas trajetórias termina em uma curva traseira acoplada com fluidez à abertura de fenda e a passagem de resfriamento que tem um bocal de saída formado por uma porção convergente que define uma zona de aceleração e uma porção divergente que define uma zona de desaceleração, cada uma separada por uma área mínima de corte transversal para definir um afogador, com a porção divergente localizada de modo adjacente à abertura de fenda. A pá que compreende um elemento de aerofólio localizado dentro do bocal e que se estendem entre o lado de pressão e o lado de sucção.

[006] Uma pá para um motor de turbina a gás que compreende um lado de pressão e um lado de sucção, que se estendem no sentido de corda entre uma borda de ataque e uma borda de fuga e que se estendem no sentido de comprimento entre uma raiz e uma ponta. Um circuito de resfriamento de borda de fuga é localizado dentro do aerofólio perto da borda de fuga, que termina em uma curva traseira e acoplada com fluidez a uma abertura de fenda de borda de fuga. Um elemento de aerofólio está localizado dentro do circuito de resfriamento a jusante da curva e a montante da abertura de fenda, que forma uma zona de aceleração no circuito de resfriamento ao longo de uma porção a montante do elemento de aerofólio, e uma zona de desaceleração no circuito de resfriamento ao longo de uma porção a jusante do elemento de aerofólio.

Breve Descrição das Figuras [007] Nas figuras: A Figura 1 é um diagrama em corte transversal esquemático de um motor de turbina a gás para uma aeronave; A Figura 2 é uma vista em perspectiva de um componente de motor na forma de uma pá de turbina do motor da Figura 1 com passagens de entrada de ar de resfriamento; A Figura 3 é uma vista em corte transversal do aerofólio da Figura 2; A Figura 4 é um diagrama do aerofólio em corte transversal da Figura 3 que ilustra uma pluralidade de passagens internas que definem um circuito de resfriamento de borda de fuga; A Figura 5 é uma vista em corte transversal no sentido de comprimento do aerofólio da Figura 3; e A Figura 6 é uma vista aproximada da Figura 5 que ilustra um corte transversal no sentido do comprimento de uma passagem de escape de um circuito de borda de fuga do aerofólio da Figura 4.

Descrição de Realizações da Invenção [008] As realizações descritas da presente invenção são direcionadas a uma pá de turbina, e particularmente ao resfriamento de uma pá de turbina. A título de ilustração, a presente invenção será descrita com relação a uma pá de turbina para um motor de turbina a gás para aeronave. Será entendido, no entanto, que a invenção não é se limita e pode ter aplicabilidade geral em aplicações que não sejam de aeronaves, tais como outras aplicações móveis e aplicações residenciais, comerciais e industriais não móveis. Podendo ter também aplicação a aerofólios diferentes de uma pá em um motor de turbina, tais como palhetas estacionárias.

[009] Deve ser observado que, como descrito no presente documento, o termo "no sentido de comprimento” deve ser entendido como a direção que se estende, de modo geral, entre uma raiz e uma ponta de um aerofólio. Deve ser entendido adicionalmente que, como descrito no presente documento, o termo "no sentido de corda” deve ser entendido como a direção que se estende arquiadamente, de modo geral, entre uma borda de ataque e uma borda de fuga de um aerofólio.

[010] A Figura 1 é um diagrama esquemático em corte transversal de um motor de turbina a gás 10 para uma aeronave. O motor 10 tem, de modo geral, um eixo geométrico que se estende longitunalmente ou linha central 12 que se estende da dianteira 14 à traseira 16. O motor 10 inclui, em relação de fluxo serial a jusante, a seção de ventilador 18 que inclui um ventilador 20, uma seção de compressor 22 que inclui um intensificador ou compressor de baixa pressão (LP) 24 e um compressor de alta pressão (HP) 26, uma seção de combustão 28 que inclui um combustor 30, uma seção de turbina 32 que inclui uma turbina de HP 34 e uma turbina de LP 36 e uma seção de escape 38.

[011] A seção de ventilador 18 inclui um invólucro de ventilador 40 que circunda o ventilador 20. O ventilador 20 inclui uma pluralidade de aerofólios na forma de pás de ventilador 42 dispostas radialmente pela linha central 12. O compressor de HP 26, o combustor 30 e a turbina de HP 34 forma um núcleo 44 do motor 10, o qual gera gases de combustão. O núcleo 44 é circundado pelo invólucro de núcleo 46 o qual pode ser acoplado ao invólucro de ventilador 40.

[012] Uma haste ou bobina de HP 48 disposta coaxialmente pela linha central 12 do motor 10 conecta de modo orientado a turbina de HP 34 ao compressor de HP 26. Uma haste ou bobina de LP 50, a qual é disposta coaxialmente pela linha central 12 do motor 10 dentro de uma bobina de HP anular de maior diâmetro 48, conecta de modo orientado a turbina de LP 36 ao compressor de LP 24 e ao ventilador 20.

[013] O compressor de LP 24 e o compressor de HP 26 incluem respectivamente uma pluralidade de estágios de compressor 52, 54, nos quais um conjunto de aerofólios, na forma de pás de compressor 56, 58 giram com relação a um conjunto correspondente de aerofólios estáticos na forma de palhetas de compressor 60, 62 (também denominado, um bocal) para comprimir e pressurizar a corrente de fluido que passa pelo estágio. Em um único estágio de compressor 52, 54, múltiplas pás de compressor 56, 58 podem ser fornecidas em um anel ou podem se estender radialmente para fora em relação à linha central 12, desde uma plataforma de pá até uma ponta de pá, enquanto as palhetas de compressor estáticas correspondentes 60, 62 são posicionadas de modo adjacente e a jusante às pás giratórias 56, 58. Nota-se que o número de pás, palhetas e estágios de compressor mostrados na Figura 1 foram selecionados apenas à título de ilustração e que outros números são possíveis.

[014] A turbina de HP 34 e a turbina de LP 36 incluem respectivamente uma pluralidade de estágios de turbina 64, 66, nos quais um conjunto de aerofólios na forma de pás de turbina 68, 70 são girados com relação a um conjunto correspondente de aerofólios estáticos na forma de palhetas de turbina 72, 74 (também denominado, um bocal) para extrair energia de uma corrente de fluido que passa pelo estágio. Em um único estágio de turbina 64, 66, múltiplas pás de turbina 68, 70 podem ser fornecidas em um anel e podem se estender radialmente para fora em relação à linha central 12, desde uma plataforma de pá até uma ponta de pá, enquanto as palhetas de turbina estáticas correspondentes 72, 74 são posicionadas de modo adjacente e a montante das pás giratórias 68, 70. Nota-se que o número de pás, palhetas e estágios de turbina mostrados na Figura 1 foram selecionados apenas à título de ilustração e que outros números são possíveis.

[015] Em operação, o ventilador giratório 20 abastece ar ambiente ao compressor de LP 24, o qual, então, abastece ar ambiente pressurizado ao compressor de HP 26, o qual pressuriza adicionalmente o ar ambiente. O ar pressurizado do compressor de HP 26 é misturado ao combustível do combustor 30 e acionado, desse modo, gera gases de combustão. Parte do trabalho é extraído desses gases pela turbina de HP 34, a qual aciona o compressor de HP 26. Os gases de combustão são descarregados em uma turbina de LP 36, a qual extrai trabalho adicional para acionar o compressor de LP 24 e o gás de escape é, por fim, descarregado do motor 10 através da seção de escape 38. O acionamento da turbina de LP 36 aciona a bobina de LP 50 para girar o ventilador 20 e o compressor de LP 24.

[016] Parte do ar ambiente abastecido pelo ventilador 20 pode desviar o núcleo de motor 44 e ser usado para resfriamento de porções, especialmente porções quentes do motor 10, e/ou ser usado para resfriar ou energizar outros aspectos da aeronave. No contexto de um motor de turbina, as porções quentes do motor são normalmente a jusantes do combustor 30, especialmente a seção de turbina 32, com a turbina de HP 34 sendo a porção mais quente, estando diretamente a jusante da seção de combustão 28. Outras fontes de fluido de resfriamento podem ser, mas não se limitam a, fluido descarregado do compressor de LP 24 ou do compressor de HP 26.

[017] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de um componente de motor na forma de uma das pás de turbina 68 do motor 10 da Figura 1. A pá de turbina 68 inclui um rabo de andorinha 76 e um aerofólio 78. O aerofólio 78 compreende uma raiz 82 adjacente ao rabo de andorinha 76 e uma ponta 80 oposta à raiz 82. O rabo de andorinha 76 inclui adicionalmente uma plataforma 84 integrada ao aerofólio 78 na raiz 82, o que ajuda a conter radialmente o fluxo de ar de turbina. O rabo de andorinha 76 pode ser configurado para ser montado a um disco de rotor de turbina no motor 10. O rabo de andorinha 76 compreende ao menos uma passagem de entrada, mostrada de modo exemplificativo como uma primeira passagem de entrada 88, uma segunda passagem de entrada 90, e uma terceira passagem de entrada 92, em que cada uma se estende pelo rabo de andorinha 76 para fornecer comunicação fluida interna com o aerofólio 78 na passagem de saída 94. Deve ser notado que o rabo de andorinha 76 é mostrado em corte transversal, de modo que as passagens de entrada 88, 90, 92 sejam alojadas dentro do corpo do rabo de andorinha 76.

[018] Referindo-se à Figura 3, o aerofólio 78, mostrado em corte transversal, tem uma parede lateral de pressão 98 em formato côncavo e uma parede lateral de sucção 100 em formato convexo, as quais são unidas para definir um formato de aerofólio com uma borda de ataque 102 e uma borda de fuga 104. A pá 68 gira em uma direção, de modo que a parede lateral de pressão 98 siga a parede lateral de sucção 100. Então, como mostrado na Figura 3, o aerofólio 78 pode girar para cima em direção ao topo da página.

[019] O aerofólio 78 compreende uma pluralidade de passagens internas as quais podem ser dispostas a formar um ou mais circuitos de resfriamento dedicados a resfriar uma porção particular da pá 68. As passagens e os circuitos de resfriamento correspondentes são ilustrados na Figura 4, a qual é uma vista no sentido de corda em corte transversal do aerofólio 78. Deve ser notado que as respectivas geometrias de cada passagem dentro do aerofólio 78, como mostrado é exemplificativo, cada uma ilustra um ou mais elementos de passagens que formam circuitos de resfriamento e que não devem limitar o aerofólio 78 às geometrias, dimensões ou posições como mostradas.

[020] Os circuitos de resfriamento podem ser definidos por uma ou mais passagens que estendem radialmente dentro do aerofólio 78. Deve ser notado que as passagens podem compreender um ou mais buracos de filme, os quais podem fornecer comunicação fluida entre a passagem particular e a superfície externa do aerofólio 78, que fornece um filme de fluido de resfriamento ao longo da superfície externa do aerofólio 78.

[021] Um circuito de resfriamento que compreende um circuito de resfriamento de borda de fuga 114 pode ser disposto de modo adjacente à borda de fuga 104 do aerofólio 78. O circuito de resfriamento de borda de fuga 114 pode compreender um primeiro circuito de resfriamento 116 e um segundo circuito de resfriamento 118 sendo alimentado comumente por um fluxo de fluido de resfriamento de uma entrada no rabo de andorinha 76, tal como a terceira passagem de entrada 92. O primeiro circuito de resfriamento 116 é disposto adiante do segundo circuito de resfriamento 118 em uma direção no sentido de corda relacionada à direção do fluxo de ar dentro do motor 10.

[022] O primeiro circuito de resfriamento 116, que compreende três trajetórias como passagens acopladas com fluidez, que compreendem uma passagem de suprimentos mais para frente 120 em comunicação fluida com a passagem de entrada 92. A passagem de suprimento 120 é adjacente e em comunicação fluida com uma passagem central 122. A passagem central 122 está em comunicação fluida com passagem de escape 124 mais traseira, adjacente à passagem central 122 e oposta à passagem de suprimento 120. A passagem de escape 124 pode compreender um ou mais buracos de filme para fornecer um fluxo de fluido de resfriamento à superfície externa do aerofólio 78 tal como a superfície externa da parede lateral de pressão 98.

[023] O segundo circuito de resfriamento 118 compreende uma passagem de suprimento 126, adjacente à passagem de escape 124 do primeiro circuito de resfriamento 116. A passagem de suprimento 126 está em comunicação fluida com uma passagem de borda de fuga 130 adjacente à passagem de suprimento 126 através de uma pluralidade de aberturas 128. Uma pluralidade de buracos de filme pode se estender desde de a superfície externa do aerofólio 78 até as passagens internas para fornecer um filme de fluido de resfriamento para a superfície externa do aerofólio 78. Além do mais, a passagem de borda de fuga 130 pode compreender uma pluralidade de pinos, os quais, coletivamente formam um grupo de pinos 132 (Fig. 5), dispostos ao longo da extensão de medida de comprimento da passagem de borda de fuga 130. A passagem de borda de fuga 130 pode se acoplar com fluidez à superfície externa do aerofólio 78 na borda de fuga 104 através de uma pluralidade de fendas 134.

[024] Ademais, o interior remanescente 96 do aerofólio 78 pode compreender uma ou mais passagens de resfriamento 150, pinos ou grupos de pinos 152, perto de resfriamento de parede ou de passagens de malha 154 e buracos de filme os quais podem compreender um ou mais circuitos de resfriamento adicionais dentro do aerofólio 78. A disposição, geometria e orientação dos circuitos de resfriamento adicionais são exemplificativos e não devem ser entendidos como limitadores.

[025] Referindo-se agora à Figura 5, uma vista em corte transversal no sentido de comprimento do aerofólio ilustra da melhor forma a orientação do circuito de resfriamento de borda de fuga 114. A terceira passagem de entrada 92 disposta dentro do rabo de andorinha 76 pode se dividir adicionalmente em uma passagem de entrada dianteira 92a e uma passagem de entrada traseira 92b, que fornece fluido de resfriamento ao primeiro circuito de resfriamento 116 e ao segundo circuito de resfriamento 118, respectivamente. As passagens dentro do primeiro circuito de resfriamento 116, podem compreender adicionalmente uma pluralidade de turbuladores 160, os quais aumentam a turbulência dentro das passagens. A passagem de entrada dianteira 92a fornece um fluido de resfriamento à passagem de suprimento 120, que move em uma direção da raiz à ponta. A passagem de suprimento 120 fornece o fluido de resfriamento à passagem central 122, que move em uma direção da ponta à raiz. A passagem central 122 fornece um fluido de resfriamento à passagem de escape 124, que move em uma direção da raiz à ponta. De maneira que, a passagem de suprimento 120, passagem central 122 e a passagem de escape 124 podem definir, de modo substantivo, um trajeto de fluxo de serpentina. Resfriamento de fluido dentro da passagem de escape 124 pode ser exalado através de uma pluralidade de buracos de filme (não mostrado) ou pode ser fornecido para uma passagem de resfriamento de ponta 156 através de um canal de saída 158.

[026] O segundo circuito de resfriamento 118 pode ser alimentado a partir da passagem de entrada traseira 92b, que fornece um fluido de resfriamento à passagem de suprimento 126. A passagem de suprimento 126 pode compreender adicionalmente uma pluralidade de turbuladores 160 para criar um fluxo de fluido de resfriamento de turbulência dentro da passagem de suprimento 126. A passagem de suprimento 126 compreende adicionalmente uma curva traseira 162, transformando o trajeto de fluxo de resfriamento definido pela passagem de suprimento 126 desde uma direção de ponta 80 até uma direção de borda de fuga 104. A curva traseira 162 pode compreender um ou mais turbuladores 160 dispostos dentro da mesma. A jusante da curva traseira 162, a passagem de suprimento 126 está em comunicação fluida com uma abertura de fenda 164. A abertura de fenda 164 é adjacente a uma ponta de sinalizador 168 em que a borda de fuga 104 encontra a ponta 80. Um elemento de aerofólio 166 é disposto dentro da passagem de suprimento 126 a jusante da curva traseira 162 e a montante da abertura de fenda 164 e que se estende entre a parede lateral de pressão 98 e a parede lateral de sucção 100 do aerofólio 78. O elemento de aerofólio 166 pode definir um formato similar ao corte transversal de um aerofólio. De maneira que, o elemento de aerofólio 166 pode compreender uma porção a montante 170 e uma porção a jusante 172 com relação ao trajeto de fluxo de um fluido de resfriamento dentro da passagem de suprimento 126. A porção a montante 170 do elemento de aerofólio 166 compreende uma maior área em corte transversal no sentido de comprimento relacionada à porção a jusante 172 do elemento de aerofólio 166. Enquanto o formato do elemento de aerofólio 166 é ilustrado como substancialmente linear, sendo substancialmente simétrico a respeito de uma corda do aerofólio, pode se compreender adicionalmente um formato arqueado com uma borda de fuga do elemento de aerofólio 166 angulado em uma direção de ponta ou raiz e pode ser assimétrico a respeito da corda.

[027] A passagem de suprimento 126, a montante da curva traseira 162, pode fornecer um fluxo de fluido de resfriamento à passagem de borda de fuga 130 através da pluralidade de aberturas 128 dispostas entre as mesmas. A passagem de borda de fuga 130 compreende adicionalmente múltiplos pinos 132 ilustrado como um grupo de pinos exemplificativo. A passagem de borda de fuga 130 exala o fluxo de fluido de resfriamento através das fendas 134 disposto entre a passagem de borda de fuga 130 e a borda de fuga 104. Deve ser notado que o número de aberturas 128, pinos 132 e fendas 134 é exemplificativo, que ilustra uma visão geral do segundo circuito de resfriamento 118 e não deve ser construído como limitador.

[028] Referindo-se à Figura 6, uma vista aproximada da abertura de fenda 164 e do elemento de aerofólio 166 ilustra da melhor forma os elementos que compreendem à seção de escape da passagem de suprimento 126 do segundo circuito de resfriamento 118. A área em corte transversal, como discutido ao se referir à Figura 6 será definida como a distância em corte transversal de um elemento como ilustrado em uma direção no sentido de comprimento 204. A passagem de suprimento 126 pode compreender adicionalmente uma passagem de escape 180 disposta entre a curva traseira 162 e a abertura de fenda 164 com o elemento de aerofólio 166 disposto na mesma. A passagem de escape 180 pode compreender uma geometria que define uma zona de aceleração 174 e uma zona de desaceleração 176. Um bocal de saída 182 pode ao menos definir parcialmente a zona de aceleração 174 dentro da passagem de escape 180 ao longo da porção a montante 170 do elemento de aerofólio 166. O bocal de saída 182 pode ser definido pela porção convergente 184 da passagem de escape 180, de modo que o corte transversal da passagem de escape 180 é decrescente na área no sentido de comprimento. Assim que a área no sentido de comprimento da passagem de escape 180 decresce de modo que a passagem de escape se move na direção de borda de fuga 104, o bocal de saída 182 é disposto na área em corte transversal no sentido de comprimento mínima para definir um afogador 186. A passagem de escape 180 pode compreender adicionalmente o elemento de aerofólio 166 disposto de uma maneira que orienta a área em corte transversal no sentido de comprimento máxima do elemento de aerofólio 166 dentro do afogador 186. Como se pode notar, a zona de aceleração 174 pode definir combinação de porção convergente 184 da passagem de escape 180, o afogador 186 e o elemento de aerofólio 166 disposto dentro do afogador 186.

[029] A zona de desaceleração 176 é definida a jusante da zona de aceleração 174 e ao menos parcialmente pela porção a jusante 172 do elemento de aerofólio 166. A jusante do afogador 186, a passagem de escape 180 compreende adicionalmente uma porção divergente 190, que compreende uma área em corte transversal crescente da passagem de escape 180. A porção divergente 190 da zona de desaceleração 176 pode ser definida adicionalmente pela área em corte transversal decrescente da porção a jusante 172 do elemento de aerofólio 166, de modo que a combinação da porção divergente 190 e a porção a jusante 172 do elemento de aerofólio 166 define uma crescente área em corte transversal da passagem de escape 180.

[030] Um trajeto de fluxo é ilustrado pelo conjunto de setas de fluxo 200, 202. Na seta 200, o fluxo de fluido de resfriamento viaja desde a passagem de suprimento 126. O fluxo de fluido de resfriamento, na curva traseira 162, se move desde uma direção de ponta 80 até uma direção de borda de fuga 104. O fluxo de fluido de resfriamento nas setas 202 adentra a zona de aceleração 174 na porção convergente 184 da passagem de escape 180, que compreende uma velocidade crescente à porção a montante 170 do elemento de aerofólio 166. A jusante do elemento de aerofólio 166, o fluxo de fluido de resfriamento nas setas 202 adentram a porção divergente 190 da passagem de escape 180, que compreende uma velocidade decrescente na zona de desaceleração 176 quando sendo exalada do aerofólio 78 na abertura de fenda 164.

[031] Como pode-se notar, a zona de aceleração 174 e zona de desaceleração 176 compreendem duas seções de medição de fluxo de ar, que controlam a velocidade do fluxo de fluido de resfriamento assim como mantem pressões reais através do circuito de resfriamento de borda de fuga 114.

[032] Como notado adicionalmente, a geometria particular da zona de aceleração 174, da zona de desaceleração 176 e do elemento de aerofólio 166 é exemplificativa e pode variar das dimensões particulares como ilustradas. Além do mais, a posição do elemento de aerofólio 166 relacionada à zona de aceleração 174 e à zona de desaceleração 176, como definida pela passagem de escape 180 é exemplificativa, de modo que a porção a montante e a jusante 170, 172 do elemento de aerofólio 166 pode se mover em uma direção a montante ou a jusante relacionada à porção convergente 184, ao afogador 186 ou à porção divergente 190.

[033] Esta descrição usa exemplos para revelar a invenção, além de incluir a melhor realização da mesma, e permite aqueles versados na técnica a praticar a invenção, o que inclui fazer e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo de patente da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorrerem àqueles versados na técnica. Tais outros exemplos destinam-se a estar dentro do escopo das reivindicações, se tiverem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou que não incluem elementos estruturais equivalentes às diferenças não substanciais da linguagem literal das reivindicações.

Lista de Componentes 10 motor 12 eixo geométrico longitudinal (linha central) 14 dianteira 16 traseira 18 seção de ventilador 20 ventilador 22 seção de compressor 24 compressor de baixa pressão (LP) 26 compressor de alta pressão (HP) 28 seção de combustão 30 combustor 32 seção de turbina 34 turbina de HP

36 turbina de LP 38 seção de escape 40 invólucro de ventilador 42 pás de ventilador 44 núcleo 46 invólucro de núcleo 48 haste de HP / bobina de HP

50 haste de LP / bobina de LP 52 estágio de compressor 54 estágio de compressor 56 pá de compressor 58 pá de compressor 60 palheta de compressor (bocal) 62 palheta de compressor (bocal) 64 estágio de turbina 66 estágio de turbina 68 pá de turbina 70 pá de turbina 72 palheta de turbina 74 palheta de turbina 76 rabo de andorinha 78 aerofólio 80 ponta 82 raiz 84 plataforma 88 primeira passagem de entrada 90 segunda passagem de entrada 92 terceira passagem de entrada 92a passagem de entrada dianteira 92b passagem de entrada traseira 94 saída de passagem 96 interior 98 parede lateral de pressão 100 parede lateral de sucção 102 bordo de ataque 104 bordo de fuga 114 circuito de resfriamento de bordo de fuga 116 primeiro circuito de resfriamento 118 segundo circuito de resfriamento 120 passagem de suprimento 122 passagem central 124 passagem de escape 126 passagem de suprimento 128 abertura de contato 130 passagem de bordo de fuga 132 pinos 134 fenda 138 buraco de filme 150 passagem de resfriamento 152 pinos 154 passagem de malha 156 passagem de resfriamento de ponta 158 canal de saída 160 turbuladores 162 curva traseira 164 abertura de fenda 166 elemento de aerofólio 168 ponta de sinalizador 170 porção a montante 172 porção a jusante 174 zona de aceleração 176 zona de desaceleração 180 passagem de escape 182 bocal de saída 184 porção convergente 186 afogador 190 porção divergente 200 seta 202 seta 204 direção no sentido de comprimento Reivindicações

Claims

1. AEROFÓLIO PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS, em que o aerofólio é caracterizado pelo fato de que compreende: uma superfície externa que define um lado de pressão e um lado de sucção que se estende axialmente entre uma borda de ataque e uma borda de fuga e se estende radialmente entre uma raiz e uma ponta, em que a borda de fuga tem uma abertura de fenda; um circuito de resfriamento localizado dentro do aerofólio e que compreende uma passagem de resfriamento acoplada com fluidez à passagem de entrada de ar de resfriamento e que se estende desde a raiz em direção à ponta e que termina em uma curva traseira acoplada com fluidez à abertura de fenda; e um elemento de aerofólio localizado dentro da passagem de resfriamento a jusante à curva e a montante à abertura de fenda e que forma uma zona de aceleração na passagem de resfriamento ao longo de uma porção a montante do elemento de aerofólio e uma zona de desaceleração na passagem de resfriamento ao longo de uma porção a jusante do elemento de aerofólio.

2. AEROFÓLIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de aerofólio tem uma área em corte transversal crescente, a qual, em combinação com uma primeira porção circundante da passagem de resfriamento forma uma área em corte transversal de redução da passagem de resfriamento para definir a zona de aceleração, além da área em corte transversal decrescente, a qual, em combinação com uma segunda porção circundante da passagem de resfriamento forma uma área em corte transversal crescente da passagem de resfriamento para definir a zona de desaceleração.

3. AEROFÓLIO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que uma terceira porção da passagem de resfriamento imediatamente a montante do elemento de aerofólio tem uma área em corte transversal decrescente para definir adicionalmente a zona de aceleração.

4. AEROFÓLIO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a terceira porção da passagem de resfriamento se sobrepõe em uma direção de fluxo com a área em corte transversal crescente do elemento de aerofólio.

5. AEROFÓLIO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a quarta porção da passagem de resfriamento imediatamente a jusante do elemento de aerofólio tem uma área em corte transversal crescente para definir adicionalmente a zona de desaceleração.

6. AEROFÓLIO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a quarta porção da passagem de resfriamento se sobrepõe em uma direção de fluxo com a área em corte transversal decrescente do elemento de aerofólio.

7. AEROFÓLIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a abertura de fenda se estende adicionalmente ao longo de uma porção da ponta.

8. AEROFÓLIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente turbuladores localizados dentro da passagem de resfriamento.

9. AEROFÓLIO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os turbuladores estão localizados ao longo da curva.

10. AEROFÓLIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de aerofólio se estende entre os lados de pressão e sucção.

11. PÁ PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS que tem um disco de rotor de turbina, em que a pá é caracterizada pelo fato de que compreende: um rabo de andorinha que tem ao menos uma passagem de entrada de ar de resfriamento e é configurado para ser montado no disco de rotor de turbina; um aerofólio que se estende radialmente do rabo de andorinha e que tem uma superfície externa que define um lado de pressão e um lado de sucção que se estendem axialmente entre uma borda de ataque e uma borda de fuga e que se estendem radialmente entre uma raiz e uma ponta, em que a raiz é adjacente ao rabo de andorinha e a borda de fuga tem uma abertura de fenda; um circuito de resfriamento localizado dentro do aerofólio e que compreende uma passagem de resfriamento acoplada com fluidez à passagem de entrada de ar de resfriamento e que tem múltiplas trajetórias que se estendem relativamente entre a raiz e a ponta, com as múltiplas trajetórias em uma disposição de serpentina da frente para a traseira, com as mais traseiras das múltiplas trajetórias que terminam em uma curva traseira acopladas com fluidez à abertura de fenda, e a passagem de resfriamento que tem um bocal de saída formado por uma porção convergente que define uma zona de aceleração e uma porção divergente que define uma zona de desaceleração, as quais, são separadas por uma área de corte transversal mínima para definir um afogador, com a porção divergente localizada adjacente à abertura de fenda; e um elemento de aerofólio localizado dentro do bocal e que se estende entre o lado de pressão e o lado de sucção.

12. PÁ, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que existem três trajetórias, com as trajetórias mais para frente e mais traseiras que se estendem em uma direção da raiz à ponta e a outra trajetória que se estende em uma direção da ponta à raiz.

13. PÁ, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente turbuladores localizados dentro de ao menos uma trajetória mais traseira.

14. PÁ, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que os turbuladores estão localizados ao longo da curva.

15. PÁ, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que os turbuladores estão localizados em todas as três trajetórias.

16. PÁ, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que a abertura de fenda se estende adicionalmente ao longo de uma porção da ponta.

17. PÁ, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que o elemento de aerofólio tem uma espessura máxima e o elemento de aerofólio está localizado dentro do bocal, de modo que a espessura máxima está alinhada com o afogador.

18. PÁ, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que a abertura de fenda se estende adicionalmente ao longo de uma porção da ponta.

19. PÁ, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o elemento de aerofólio se estende em uma parte traseira de direção no sentido de corda da zona de desaceleração e através da abertura de fenda.

20. PÁ PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS caracterizada pelo fato de que compreende um aerofólio que tem um lado de pressão e um lado de sucção que se estendem no sentido de corda entre uma borda de ataque e uma borda de fuga e que se estendem no sentido de comprimento entre uma raiz e uma ponta, um circuito de resfriamento de borda de fuga localizado dentro do aerofólio perto da borda de fuga e que termina em uma curva traseira acoplada com fluidez a uma abertura de fenda de borda de fuga, com um elemento de aerofólio localizado dentro do circuito de resfriamento a jusante da curva e a montante da abertura de fenda e que forma uma zona de aceleração no circuito de resfriamento ao longo de uma porção a montante do elemento de aerofólio e uma zona de desaceleração no circuito de resfriamento ao longo de uma porção a jusante do elemento de aerofólio.