BR102016023917A2 - aerofólio para um motor de turbina a gás - Google Patents

Abstract

trata-se de um aerofólio [78] que compreende um ou mais circuitos de resfriamento interno [120, 122, 124]. os circuitos de resfriamento [120, 122, 124] podem ser alimentados com um fluxo de fluido de resfriamento de um ou mais passagens de entrada de ar de resfriamento [88, 90, 92] em comunicação fluida com os circuitos de resfriamento [120, 122, 124]. os circuitos de resfriamento [120, 122, 124] podem compreender adicionalmente um circuito de resfriamento de bordo de ataque [120] definido por uma passagem de suprimento [180], uma passagem de grupo de pinos [186] dividido em um ou mais subcircuitos [200, 202, 204, 206] por pinos [188] dispostos dentro da passagem de grupo de pinos [186], e pelo menos a primeira e a segunda passagens de resfriamento [190a, 190b]. os circuitos de resfriamento [120, 122, 124] podem fazer com que o fluido de resfriamento flua dentro do aerofólio [78] para resfriar o aerofólio [78], bem como fornecer um fluido de resfriamento para uma pluralidade de orifícios de filme para criar um filme de resfriamento na superfície externa do aerofólio [78].

Description

“AEROFÓLIO PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS ” Antecedentes [001] Os motores de turbina e, particularmente, os motores de turbina de combustão ou a gás, são motores giratórios que extraem energia de um fluxo de gases queimados que passa através do motor sobre uma multiplicidade de pás de turbina giratórias. Os motores de turbina a gás têm sido usados para locomoção terrestre e náutica e para geração de potência, mas são mais comumente utilizados para aplicações aeronáuticas, tais como para aeronaves, incluindo helicópteros. Em aeronaves, os motores de turbina a gás são utilizados para propulsão da aeronave. Em aplicações terrestres, os motores de turbina são geralmente usados para geração de potência.

[002] Os motores de turbina a gás para aeronaves são projetados para operar em altas temperaturas para maximizar uma eficácia de motor, então o resfriamento de determinados componentes de motor, tais como a turbina de pressão alta e a turbina de pressão baixa, pode ser benéfico. Tipicamente, o resfriamento é executado canalizando-se ar de resfriador dos compressores de pressão alta e/ou baixa para os componentes de motor que exigem resfriamento. As temperaturas na turbina de pressão alta são em torno de 1.000 °C a 1.360 °C e o ar de resfriamento do compressor é em torno de 500 °C a 700 °C. Embora o ar de compressor tenha uma temperatura alta, é mais frio em relação ao ar de turbina, e pode ser usado para resfriar a turbina.

[003] As pás de turbina contemporâneas geralmente incluem um ou mais circuitos de resfriamento interiores para encaminhar o ar de resfriamento através da pá para resfriar diferentes porções da pá, e podem incluir circuitos de resfriamento específicos para resfriar diferentes porções da pá, tais como o bordo de ataque, o bordo de fuga e a ponta da pá.

Descrição Resumida da Invenção [004] Um aerofólio para um motor de turbina a gás. Um aerofólio que tem uma superfície externa que define um lado de pressão e um lado de sucção que se estende axialmente entre um bordo de ataque e um bordo de fuga e que se estende radialmente entre uma raiz e uma ponta. O aerofólio compreende um circuito de resfriamento localizado dentro do aerofólio que compreende: uma passagem de suprimento que se estende da raiz até a ponta e é acoplada de modo fluido à passagem de entrada de cauda de andorinha na raiz; uma passagem de grupo de pinos em comunicação fluida com a passagem de suprimento e que se estende entre a raiz e a ponta, com uma pluralidade de pinos localizados dentro da passagem de grupo de pinos e que divide funcionalmente a passagem de grupo de pinos em pelo menos primeiro e segundo subcircuitos; e pelo menos a primeira e a segunda passagens de resfriamento acopladas de modo fluido a um subcircuito correspondente dentre o primeiro e o segundo subcircuitos e dispostos em lados opostos da passagem de grupo de pinos. O ar de resfriamento da passagem de entrada se desloca através da passagem de suprimento em uma primeira direção radial, retorna através dos subcircuitos em uma segunda direção radial, oposta à primeira direção radial, e então flui através da primeira e da segunda passagens de resfriamento na primeira direção radial.

[005] Uma pá para um motor de turbina a gás que tem um disco de rotor de turbina. A pá compreende uma cauda de andorinha que tem pelo menos uma passagem de entrada de ar de resfriamento e é configurada para ser montada no disco de rotor de turbina e um aerofólio que se estende radialmente a partir da cauda de andorinha e que tem uma superfície externa que define um lado de pressão e um lado de sucção que se estendem axialmente entre um bordo de ataque e um bordo de fuga, e que se estende radialmente entre uma raiz e uma ponta, sendo que a raiz é adjacente à cauda de andorinha. A pá compreende um circuito de resfriamento de bordo de ataque localizado dentro do aerofólio adjacente ao bordo de ataque e que compreende a passagem de suprimento que se estende da raiz até a ponta e acoplado de modo fluido à passagem de entrada de cauda de andorinha na raiz, sendo que a passagem de grupo de pinos está em comunicação fluida com a passagem de suprimento e que se estende entre a raiz e a ponta com uma pluralidade de pinos localizados dentro da passagem de grupo de pinos, e pelo menos a primeira e a segunda passagens de resfriamento acoplada de modo fluido às passagens de grupo de pinos em lados opostos da passagem de grupo de pinos. A passagem de suprimento, a passagem de grupo de pinos, e a primeira e a segunda passagens de resfriamento são localizadas entre a passagem de suprimento e a superfície externa para definir coletivamente uma zona de resfriamento de superfície próxima adjacente à superfície externa. O ar de resfriamento que forma a passagem de entrada se desloca através da passagem de suprimento em uma primeira direção radial da raiz até a ponta, retorna através do grupo de pinos em uma segunda direção radial, oposta à primeira direção radial, e então flui através da primeira e da segunda passagens de resfriamento na primeira direção radial.

[006] Uma pá para um motor de turbina a gás que tem um aerofólio que define um lado de pressão e um lado de sucção, que se estende por meio de corda entre um bordo de ataque e um bordo de fuga, e que se estende em comprimento entre uma raiz e uma ponta. Um circuito de resfriamento de parede próxima compreende uma passagem de grupo de pinos adjacentes a um dentre o lado de pressão e o lado de sucção, que se estende entre a raiz e a ponta, com uma pluralidade de pinos localizados dentro da passagem de grupo de pinos e que divide funcionalmente a passagem de grupo de pinos em pelo menos primeiro e segundo subcircuitos, e pelo menos a primeira e a segunda passagens de resfriamento acopladas de modo fluido a um subcircuito correspondente dentre o primeiro e o segundo subcircuitos e disposto no lado oposto da passagem de grupo de pinos sendo que a passagem de grupo de pinos e a primeira e a segunda passagens de resfriamento é imediatamente adjacente a um dentre o lado de pressão e o lado de sucção.

Breve Descrição das Figuras [007] Nos desenhos: 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 uma pá de turbina do motor da Figura 1 que inclui um aerofólio anexado a uma raiz; A Figura 3 é uma vista em corte transversal do aerofólio da Figura 2; A Figura 4 é uma vista em corte transversal do aerofólio da Figura 3 que ilustra passagens dentro do interior que define circuitos de resfriamento; A Figura 5 é uma vista aproximada de um circuito de resfriamento de bordo de ataque da Figura 4; A Figura 6 é um fluxograma da pá da Figura 4.

Descrição das Realizações da Invenção [008] As realizações descritas da presente invenção se referem a uma pá de turbina e, em particular, ao resfriamento de uma pá de turbina. Para fins de ilustração, a presente invenção será descrita em relação a uma pá de turbina para um motor de turbina a gás de aeronave. No entanto, será entendido que a invenção não é tão limitada e pode ter aplicabilidade geral em aplicações de não aeronaves, tais como outras aplicações móveis e aplicações não móveis industriais, comerciais e residenciais. A mesma também pode ter aplicação para aerofólios, além de uma pá, em um motor de turbina, tais como aletas estacionárias.

[009] A Figura 1 é um diagrama em corte transversal esquemático de um motor de turbina a gás 10 para uma aeronave. O motor 10 tem um eixo geométrico que se estende geralmente de modo longitudinal ou uma linha central 12 que se estende da parte dianteira 14 para a traseira 16. O motor 10 inclui, em relação de fluxo em série a jusante, uma seção de ventilador 18 que inclui um ventilador 20, uma sessão de compressor 22 que inclui um reforçador ou compressor de pressão baixa (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.

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

[011] Um eixo ou bobina de HP 48 disposto coaxialmente ao redor da linha central 12 do motor 10 conecta por meio de acionamento a turbina de HP 34 ao compressor de HP 26. Um eixo ou bobina de LP 50, que está disposto coaxialmente ao redor da linha central 12 do motor 10 dentro da bobina de HP anular de diâmetro maior 48, conecta por acionamento a turbina de LP 36 ao compressor de LP 24 e ao ventilador 20.

[012] O compressor de LP 24 e o compressor de HP 26 incluem, respectivamente, uma pluralidade de estágios de compressor 52, 54, em que um conjunto de aerofólios na forma de pás de compressor 56, 58 gira em relação a um conjunto correspondente de aerofólios estáticos na forma de aletas de compressor 60, 62 (também denominadas um bocal) para comprimir ou pressurizar a corrente de fluido que passa através do estágio. Em um estágio de compressor único 52, 54, múltiplas pás de compressor 56, 58 podem ser fornecidas em um anel e podem se estender radialmente para fora em relação à linha central 12, a partir de uma plataforma de pá para uma ponta de pá, enquanto as aletas de compressor estáticas correspondentes 60, 62 são posicionadas a jusante de e adjacentes às pás giratórias 56, 58. Observa-se que o número de pás, aletas e estágios de compressor mostrados na Figura 1 foi selecionado apenas para propósitos ilustrativos, e que outras quantidades são possíveis.

[013] A turbina de HP 34 e a turbina de LP 36 incluem, respectivamente, uma pluralidade de estágios de turbina 64, 66, em que um conjunto de aerofólios na forma de pás de turbina 68, 70 são girados em relação a um conjunto correspondente de aerofólios estáticos na forma de aletas de turbina 72, 74 (também denominadas um bocal) para extrair energia da corrente de fluido que passa através do estágio. Em um estágio de turbina único 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, a partir de uma plataforma de pá para uma ponta de pá, enquanto as aletas de turbina estáticas correspondentes 72, 74 são posicionadas a montante de e adjacentes às pás giratórias 68, 70. Observa-se que o número de pás, paletas e estágios de compressor mostrados na Figura 1 foi selecionado apenas para propósitos ilustrativos, e que outros números são possíveis.

[014] Em operação, o ventilador giratório 20 fornece ar ambiente para o compressor de LP 24, que, então, fornece ar ambiente pressurizado para o compressor de HP 26, que pressuriza adicionalmente o ar ambiente. O ar pressurizado do compressor de HP 26 é misturado com combustível no combustor 30 e inflamado, gerando, desse modo, gases de combustão. Algum trabalho é extraído desses gases pela turbina de HP 34, o que aciona o compressor de HP 26. Os gases de combustão são descarregados na turbina de LP 36, que extrai trabalho adicional para acionar o compressor de LP 24 e o gás de escape é, finalmente, descarregado do motor 10 por meio 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.

[015] Uma porção do ar ambiente suprida pelo ventilador 20 pode desviar do núcleo de motor 44 e ser usada para resfriar as porções, especialmente as porções quentes, do motor 10, e/ou usada para resfriar ou alimentar outros aspectos da aeronave. No contexto de um motor de turbina, as porções quentes do motor são, normalmente, a jusante do combustor 30, especialmente a seção de turbina 32, em que a turbina de HP 34 é a porção mais quente, visto que a mesma está diretamente a jusante da seção de combustão 28. Outras fontes de fluido de resfriamento podem ser, mas sem limitação, um fluido descarregado do compressor de LP 24 ou do compressor de HP 26.

[016] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de um componente de motor na forma de uma dentre as pás de turbina 68 do motor 10 da Figura 1 A pá de turbina 68 inclui uma cauda de andorinha 76 e um aerofólio 78. O aerofólio 78 se estende de uma ponta 80 até uma raiz 82. A cauda de andorinha 76 inclui adicionalmente uma plataforma 84 integral com o aerofólio 78 na raiz 82, que ajuda a conter radialmente o fluxo de ar de turbina. A cauda de andorinha 76 pode ser configurada para ser montada em um disco de rotor de turbina no motor 10. A cauda de andorinha 76 compreende pelo 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, sendo que cada uma se estende através da cauda de andorinha 76 para fornecer comunicação fluida interna com o aerofólio 78 em uma saída de passagem 94. Deve-se verificar que a cauda de andorinha 76 é mostrada em corte transversal, de modo que as passagens de entrada 88, 90, 92 sejam alojadas dentro do corpo da cauda de andorinha 76.

[017] Voltando-se para a Figura 3, o aerofólio 78, mostrado em corte transversal, tem um interior 96, definido por uma parede lateral de pressão em formato côncavo 98, que define um lado de pressão, e uma parede lateral de sucção em formato convexo 100, que define um lado de sucção, que são unidas entre si para definir o formato de aerofólio com um bordo de ataque 102 e um bordo de fuga 104. O aerofólio 78 gira em uma direção de modo que a parede lateral de pressão 98 siga a parede lateral de sucção 100. Desse modo, conforme mostrado na Figura 3, o aerofólio 78 girará de modo ascendente em direção ao topo da página.

[018] O aerofólio 78 compreende uma pluralidade de passagens internas que podem ser dispostas para formar circuitos de resfriamento que operam como passagens de resfriamento de superfície próxima, dedicado a resfriar uma porção particular da pá 68 ao longo de uma superfície externa da pá. As passagens e os circuitos de resfriamento correspondentes são ilustrados na Figura 4, que é uma vista em corte transversal do aerofólio 78. Deve-se verificar que as respectivas geometrias de cada passagem individual dentro do aerofólio 78, conforme mostrado, é exemplificativa, sendo que cada uma mostra um ou mais elementos de um circuito de resfriamento e não devem limitar os circuitos de resfriamento às geometrias, dimensões ou posições, conforme mostrado.

[019] Os circuitos de resfriamento podem ser definidos por uma ou mais passagens que se estendem radialmente dentro do aerofólio 78. Deve-se verificar que as passagens podem compreender um ou mais orifícios de filme que podem fornecer comunicação fluida entre a passagem particular e a superfície externa do aerofólio 78, que fornecem um filme de fluido de resfriamento ao longo da superfície externa do aerofólio 78.

[020] Conforme ilustrado, o aerofólio 78 é dotado de três circuitos de resfriamento, um circuito de resfriamento de bordo de ataque 120, um circuito de resfriamento de corda intermediária 122, e um circuito de resfriamento de bordo de fuga 124, que pode se acoplar adicionalmente a uma primeira passagem de resfriamento de superfície próxima, uma segunda passagem de resfriamento de superfície próxima, e um terceira passagem de resfriamento de superfície próxima. Os circuitos de resfriamento 120, 122, 124 podem ser supridos com um fluxo de fluido de resfriamento por meio das passagens de entrada 88, 90, 92, respectivamente, que atravessam a cauda de andorinha 76. O circuito de resfriamento de bordo de fuga 124, conforme ilustrado, compreende adicionalmente um primeiro circuito de resfriamento 124a e um segundo circuito de resfriamento 124b, comumente alimentados a partir da terceira passagem de entrada 92. O primeiro e o segundo circuitos de resfriamento 124a, 124b podem compreender adicionalmente uma primeira passagem de resfriamento de parede próxima.

[021] Começando com o circuito de resfriamento de bordo de fuga 124, o primeiro circuito de resfriamento 124a e o segundo circuito de resfriamento 124b podem ser comumente alimentados da terceira passagem de entrada 92 em que a terceira passagem de entrada 92 pode se dividir de uma entrada em duas entradas dentro da cauda de andorinha 76. Em uma realização alternativa, uma quarta passagem de entrada (não mostrada) pode ser usada para alimentar um dentre o primeiro circuito de resfriamento 124a ou o segundo circuito de resfriamento 124b enquanto a terceira passagem de entrada 92 alimenta a outra. O segundo circuito de resfriamento 124b é disposto adjacente ao bordo de fuga 104 e o primeiro circuito de resfriamento 124a é disposto por meio de corda na frente do segundo circuito de resfriamento 124b na direção traseira.

[022] O primeiro circuito de resfriamento 124a compreende uma passagem de suprimento 130, que está em comunicação fluida com a terceira passagem de entrada 92 e que se estende em uma direção de raiz à ponta. A passagem de suprimento 130 se acopla de modo fluido a uma passagem de retorno 132 que se estende em uma direção da ponta à raiz, que se acopla de modo fluido a uma passagem de saída 134 que se estende na direção da ponta à raiz.

[023] O segundo circuito de resfriamento 124b compreende uma passagem de suprimento 140, que está em comunicação fluida com a terceira passagem de entrada 92 e que se estende na direção de raiz à ponta. A passagem de suprimento 140 se comunica de modo fluido com uma passagem de bordo de fuga 142, que se estende da raiz até a ponta. Em um exemplo, a passagem de bordo de fuga 142 pode ser acoplada à passagem de suprimento 140 através de uma ou mais entradas 144 que se estendem radialmente ao longo do aerofólio 78, disposto entre as passagens de suprimento e de bordo de fuga 140, 142. A passagem de bordo de fuga 142 pode ser disposta com uma ou mais fileiras de pinos ou grupos de pino 146 dispostos dentro da passagem de bordo de fuga 142. A passagem de bordo de fuga 142 pode compreender adicionalmente uma ou mais fendas em comunicação fluida com a passagem de bordo de fuga 142 e o exterior do aerofólio 78.

[024] O circuito de resfriamento de corda intermediária 122 é disposto no meio cordal do aerofólio 78 em relação à posição do circuito de resfriamento de bordo de ataque 120 e do circuito de resfriamento de bordo de fuga 124. O circuito de resfriamento de corda intermediária 122 pode se acoplar de modo fluido à segunda passagem de entrada 90, que recebe um fluxo de fluido de resfriamento a partir do mesmo. O circuito de resfriamento de corda intermediária 122 compreende uma passagem de suprimento 160, acoplada de modo fluido à segunda passagem de entrada 90, e se estende na direção da ponta à raiz. A passagem de suprimento 160 pode ser localizada adjacente à parede lateral de sucção 100, ou pode ser adjacente à parede lateral de pressão 98, ou nem adjacente à pressão 98 nem às paredes laterais de sucção 100.

[025] A passagem de suprimento intermediária 160 acopla de modo fluido a uma passagem de plenum intermediária 162 que se estende na direção da ponta à raiz. A passagem de plenum intermediária 162 se acopla adicionalmente a uma passagem de retorno intermediária 164, que é disposta entre a combinação da passagem de suprimento intermediária 160 e da passagem de plenum intermediária 162, e o circuito de resfriamento de bordo de ataque 120. Além da passagem de retorno intermediária 164, a passagem de plenum intermediária 162 se acopla adicionalmente de modo fluido a uma segunda passagem de resfriamento de superfície próxima 166 localizada no lado de pressão entre a parede lateral de pressão 98 e a passagem de plenum intermediária 162. A passagem de resfriamento de superfície próxima 166 compreende um canal 168 que tem uma pluralidade de pinos ou um grupo de pinos 170 dispostos dentro do canal 168. A passagem de resfriamento de superfície próxima 166 está em comunicação fluida adicional com uma malha plenum 172 localizado em uma extremidade oposta do canal 168 em relação a onde a passagem de plenum intermediária 162 se acopla de modo fluido ao canal 168.

[026] O circuito de resfriamento de bordo de ataque 120 pode compreender uma passagem de suprimento 180, terceira passagem de resfriamento de superfície próxima 182, ou zona de resfriamento de superfície próxima, e passagem de resfriamento de bordo de ataque 194. A passagem de suprimento 180 se estende na direção da ponta à raiz, que é acoplada de modo fluido à primeira passagem de entrada 88 na saída 94 para suprir o ar de resfriamento à passagem de resfriamento de superfície próxima 182 e à passagem de bordo de ataque 194. A passagem de resfriamento de superfície próxima 182 pode definir adicionalmente uma zona de resfriamento de superfície próxima que compreende uma área de um fluxo de um fluido de resfriamento adjacente à superfície externa do aerofólio 78, tal como a pressão ou as paredes laterais de sucção 98, 100.

[027] A passagem de resfriamento de superfície próxima 182 é ilustrada de modo exemplificativo entre a passagem de suprimento 180 e a parede lateral de sucção 100, embora seja adjacente à parede lateral de sucção 100. Nessa configuração, a passagem de resfriamento de superfície próxima 182 resfria a porção de parede do aerofólio 78 ao longo da parede lateral de sucção 100. Alternativamente, a passagem de resfriamento de superfície próxima 182 pode ser posicionado de modo adjacente à parede lateral de pressão 98, entre a parede lateral de pressão 98 e a passagem de suprimento 180. De modo similar, a passagem de suprimento 180, embora ilustrada como sendo adjacente à parede lateral de pressão 98, pode ser alternativamente posicionada de modo adjacente à parede lateral de sucção 100.

[028] A passagem de resfriamento de superfície próxima 182 compreende uma passagem de grupo de pinos 186, que se estende na direção da ponta à raiz, e pode ter uma pluralidade de pinos ou grupos de pinos 188 dispostos dentro da passagem de grupo de pinos 186. A passagem de resfriamento de superfície próxima 182 compreende adicionalmente pelo menos uma passagem de retorno 190, ilustrada na Figura 4 como duas passagens de retorno 190 localizadas em extremidades opostas da passagem de grupo de pinos 186. As passagens de retorno 190 se acoplam de modo fluido à passagem de grupo de pinos 186 próxima à raiz 82, e que se estende na direção da ponta à raiz. Deve-se verificar que as passagens de retorno 190 pode ser turbulado, tal como com uma pluralidade de turbuladores dispostos nas mesmas.

[029] O circuito de resfriamento de bordo de ataque 120 tem uma passagem de bordo de ataque 194, que é localizada de modo adjacente ao bordo de ataque 102 e que se estende na direção de raiz à ponta. A passagem de bordo de ataque 194 está em comunicação fluida com a passagem de suprimento 180 através de uma abertura de colisão 196 definido em uma parede 198 entre a passagem de suprimento 180 e a passagem de bordo de ataque 194. A passagem de bordo de ataque 194 pode ser adicionalmente adjacente a uma passagem de retorno 190 da passagem de resfriamento de superfície próxima 182.

[030] Deve-se verificar que a geometria, conforme ilustrado na Figura 3, é exemplificativa de uma implantação dos circuitos de resfriamento revelados no presente documento e não deve ser entendida como limitante. Os circuitos de resfriamento que compreendem uma pluralidade de passagens, paredes, canais, grupos de pino, etc. devem ser entendidos como uma implantação exemplificativa dos circuitos de resfriamento dentro de um aerofólio 78, e as posições, dimensões e geometrias reveladas no presente documento são incorporadas a fim de facilitar o entendimento do conceito inventivo dos circuitos de resfriamento. Por exemplo, o circuito de resfriamento de parede próxima 182, embora mostrado na parede lateral de sucção 100 do aerofólio 78, pode ser alternativamente localizado na parede lateral de pressão 98. De modo similar, quaisquer dentre os circuitos de resfriamento de parede próxima ilustrados podem ser localizados no lado oposto conforme ilustrado. O número de circuitos de resfriamento de parede próxima pode ser aumentado e localizado em ambos os lados. Além disso, os formatos abstratos definidos pelas passagens dentro do perfil em corte transversal do aerofólio 78 são exemplificativos e podem ser qualquer formato, geométrico, único ou de outra maneira.

[031] Voltando-se à Figura 5, uma vista aproximada do circuito de resfriamento de bordo de ataque 120 da Figura 4 ilustra melhor as passagens de resfriamento que definem o circuito de resfriamento de bordo de ataque 120. A passagem de suprimento 180 está em comunicação fluida com a passagem de grupo de pinos 186. A pluralidade de pinos 188 dispostos dentro da passagem de grupo de pinos 186 pode ser organizada em grupos de pinos, de modo que os grupos de pinos definam subcircuitos. Um primeiro subcircuito 200, segundo subcircuito 202, terceiro subcircuito 204, e quarto subcircuito 206 podem ser adicionalmente definidos pelos grupos de pinos. Deve-se verificar que os subcircuitos, conforme ilustrado, são exemplificadores e que os pinos dispostos dentro da passagem de grupo de pinos 186 pode separar a passagem de grupo de pinos 186 em dois ou mais subcircuitos. Ademais, os subcircuitos 200, 202, 204, 206 não são separados de modo fluido de um a outro, mas pode permitir o fluxo de um fluido de resfriamento entre os subcircuitos 200, 202, 204, 206 ao longo de seu comprimento radial.

[032] As passagens de retorno 190 podem ser adicionalmente definidos como primeira e segunda passagens de resfriamento ilustrados como uma primeira passagem de retorno 190a e uma segunda passagem de retorno 190b, respectivamente. Os subcircuitos podem estar adicionalmente em comunicação fluida com a primeira e a segunda passagens de retorno 190a, 190b. Na disposição exemplificadora ilustrada na Figura 5, o primeiro e o segundo subcircuitos 200, 202 podem estar em comunicação fluida com a primeira passagem de retorno 190a, e o terceiro e o quarto subcircuitos 204, 206 podem estar em comunicação fluida com a segunda passagem de retorno 190b. Deve-se verificar que a trajetória de fluxo, conforme descrito, é exemplificadora e o fluxo de fluido de resfriamento pode passar entre subcircuitos 200, 202, 204, 206 assim como tanto à primeira quanto à segunda passagens de retorno 190a, 190b.

[033] A combinação da passagem de grupo de pinos 186 e a primeira e a segunda passagens de resfriamento podem ser dispostas entre a passagem de suprimento 180 e a superfície externa do aerofólio 78, que define a zona de resfriamento de superfície próxima. Sendo assim, zona de resfriamento de superfície próxima pode ser adjacente a pelo menos uma dentre a parede lateral de pressão 98 ou a parede lateral de sucção 100. Alternativamente, a zona de resfriamento de superfície próxima pode ser localizada adjacente ao bordo de ataque 102.

[034] A Figura 6 é um diagrama de fluxo para os circuitos de resfriamento 120, 122, 124 do aerofólio 78 da Figura 4 O aerofólio 78 é mostrado de maneira esquemática em linha tracejada para ilustrar a configuração geral do circuito de resfriamento 120, 122, 124 dentro do aerofólio 78. O aerofólio 78 define uma cavidade de aerofólio que se estende do bordo de ataque 102 ao bordo de fuga 104 em uma direção de corda e na direção de comprimento da raiz à ponta, e que pode ser dividido em canais distintos ou passagens por paredes internas para formar os circuitos de resfriamento 120, 122, 124, que direcionam um fluxo de fluido de resfriamento através do aerofólio 78. Uma passagem de resfriamento de ponta 208, disposta acima da ponta 80 do aerofólio 78, pode se estender em uma direção substancialmente de corda a partir de próximo ao bordo de ataque 102 em direção ao bordo de fuga 104. A passagem de resfriamento de ponta 208 fornece uma passagem comum para os circuitos de resfriamento 120, 122, 124 para exaurir um fluido de resfriamento, de modo que o fluido de resfriamento alimentado nos circuitos de resfriamento 120, 122, 124 possa ser eventualmente exaurido do aerofólio 78 se não for exaurido através de um ou mais orifícios de filme 136.

[035] O circuito de resfriamento de bordo de fuga 124 pode ser alimentado com um fluxo de fluido de resfriamento da terceira passagem de entrada 92. A terceira passagem de entrada 92, pode suprir adicionalmente o primeiro circuito de resfriamento 124a e o segundo circuito de resfriamento 124b individualmente, que pode ser feito separando-se o fluxo de fluido de resfriamento da terceira entrada de resfriamento 92 em uma entrada de lado dianteiro 92a e uma entrada de lado traseiro 92b.

[036] O primeiro circuito de resfriamento 124a, ilustrado como sendo alimentado a partir da entrada de lado dianteiro 92a, recebe um fluxo de fluido de resfriamento dentro da passagem de suprimento 130 na direção de raiz até a ponta. Em uma curva superior 218, o fluido de resfriamento pode ser fornecido à passagem de retorno 132 da passagem de suprimento 130, que se move na direção de ponta até a raiz. O fluido de resfriamento pode, então, ser fornecido à passagem de saída 134 da passagem de retorno 132, em uma curva inferior 220 que se move da raiz até a ponta. Dentro da passagem de saída 134, o fluido de resfriamento pode ser exaurido através dos orifícios de filme 136 para fornecer um filme de resfriamento ao longo da superfície exterior do aerofólio 78. Desse modo, a trajetória de fluido definida pelo primeiro circuito de resfriamento 124a pode ser substancialmente em serpentina, ziguezagueando entre a ponta 80 e a raiz 82.

[037] O segundo circuito de resfriamento 124b, ilustrado como sendo alimentado a partir da entrada de lado traseiro 92b, pode ser dotado de um fluxo de fluido de resfriamento na passagem de suprimento 140 em uma direção de raiz até a ponta. Ao longo da passagem de suprimento 140, o fluido de resfriamento pode fluir em uma passagem de bordo de fuga 142, que pode compreender um ou mais pinos 146, através de uma ou mais entradas 144 da passagem de suprimento 140. O fluido de resfriamento, que não flui para a passagem de bordo de fuga 142, pode ser exaurido a partir da extremidade de ponta 222 da passagem de suprimento para fora do bordo de fuga 104 do aerofólio 78.

[038] O ar de resfriamento dentro da passagem de bordo de fuga 142 pode ser exaurido do aerofólio 78 através dos orifícios de filme 136, ou pode ser alternativamente exaurido através do bordo de fuga 104 através das fendas 148.

[039] O circuito de resfriamento de corda intermediária 122, disposto de modo em corda entre o circuito de resfriamento de bordo de ataque 120 e o circuito de resfriamento de bordo de fuga 124, pode ser alimentado com um fluxo de fluido de resfriamento da segunda passagem de entrada 90. O circuito de resfriamento de corda intermediária 122 recebe o fluido de resfriamento dentro da passagem de suprimento 160 da segunda passagem de entrada 90, que se move da raiz à ponta. O circuito de resfriamento de corda intermediária 122 compreende adicionalmente uma curva superior 214 onde a passagem de suprimento 160 se comunica de modo fluido com a passagem de plenum intermediária 162. A passagem de plenum intermediária 162 está adicionalmente em comunicação fluida com a passagem de resfriamento de superfície próxima 166 através do canal 168 da passagem de plenum intermediária 162. O fluxo de ar de resfriamento pode se mover através da passagem de resfriamento de superfície próxima 166, que pode incluir um ou mais pinos ou grupos de pino 170, para o plenum de malha 172, em que o fluido de resfriamento pode ser exaurido através dos orifícios de filme 136 para criar um filme de resfriamento ao longo da superfície externa do aerofólio 78.

[040] O circuito de resfriamento de corda intermediária 122 pode compreender adicionalmente uma curva inferior 216, que fornece fluido de resfriamento para a passagem de retorno intermediária 164 a partir da passagem de plenum intermediária 162. A partir da passagem de retorno intermediária 164, os orifícios de filme 136 podem exaurir o fluido de resfriamento do circuito de resfriamento de corda intermediária 122 para fornecer um filme de resfriamento ao longo da superfície exterior do aerofólio 78. Visto que a passagem de retorno intermediária 164 pode se estender entre as paredes laterais de sucção e pressão 98, 100, orifícios de filme 136 podem fazer com que um fluido de resfriamento flua para as superfícies exteriores do aerofólio 78.

[041] O circuito de resfriamento de bordo de ataque 120 pode ser alimentado com o fluido de resfriamento da primeira passagem de entrada 88 dentro da cauda de andorinha 76. O circuito de resfriamento de bordo de ataque 120 recebe o fluido de resfriamento dentro da passagem de suprimento 180 que se move da ponta à raiz, que compreende uma primeira direção radial. A passagem de suprimento 180 se comunica de modo fluido com a passagem de bordo de ataque 194 através das aberturas de colisão 196 em que os orifícios de filme 136 podem escapar o fluido de resfriamento ao longo do bordo de ataque 102 do aerofólio 78 para criar um filme de resfriamento.

[042] O circuito de resfriamento de bordo de ataque 120 pode incluir adicionalmente pelo menos uma curva superior 210 próxima à ponta 80, que fornece o fluido de resfriamento à passagem de grupo de pinos 186 da passagem de suprimento 180. Na curva superior 210, o fluido de resfriamento pode fluir da passagem de suprimento 180 para a passagem grupo de pinos 186. O fluido de resfriamento se desloca dentro da passagem de grupo de pinos 186, que compreende múltiplos pinos 188, na direção da ponta à raiz, que compreende uma segunda direção radial que é oposta à primeira direção radial. Os pinos 188 dentro da passagem de grupo de pinos 186 também separa a passagem de grupo de pinos 186 nos subcircuitos 200, 202, 204, 206. O fluxo de fluido de resfriamento se move dentro dos subcircuitos 200, 202, 204, 206 na direção da ponta à raiz. Próximo à raiz 82, o circuito de resfriamento de bordo de ataque 120 pode compreender adicionalmente pelo menos uma volta inferior 212, ilustrada de modo exemplificador como as duas voltas inferiores 212, que fornecem fluido de resfriamento da passagem de grupo de pinos 186 à primeira e à segunda passagens de retorno 190a, 190b. O fluido de resfriamento flui dentro das passagens de retorno 190a, 190b na direção da ponta à raiz, que é a primeira direção radial, e pode escapar o fluido de resfriamento através dos orifícios de filme 136 para formar um filme de resfriamento ao longo da superfície exterior de aerofólio 78 ou para a passagem de resfriamento de ponta 208.

[043] Deve-se verificar que os circuitos de resfriamento 120, 122, 124, conforme ilustrados na Figura 4, são exemplificativos de uma implantação dos circuitos de resfriamento dentro de um aerofólio 78 e não devem ser interpretados como limitantes pela geometria particular, passagens, grupos de pino, orifícios de filme, etc. Deve-se entender adicionalmente que embora os circuitos de resfriamento 120, 122, 124, 124a, 124b sejam ilustrados como se movendo geralmente do bordo de ataque 102 em direção ao bordo de fuga 104 ou do bordo de fuga 104 em direção ao bordo de ataque 102, a ilustração é apenas um retrato exemplificativo dos circuitos de resfriamento por si só. As passagens particulares, canais, entradas ou malha podem fluir em qualquer direção em relação ao aerofólio 78, tais como na direção de bordo de ataque ou de fuga 102, 104, direção de ponta 80 ou raiz 82, ou em direção às paredes laterais de pressão ou de sucção 98, 100 do aerofólio 78, ou qualquer combinação dos mesmos.

[044] As várias realizações de sistemas, métodos, e outros dispositivos revelados no presente documento fornecem eficácia de resfriamento aprimorada para a zona de resfriamento de superfície próxima ou circuito de resfriamento de uma pá de turbina. Uma vantagem que pode ser evidenciada na prática de algumas realizações dos sistemas descritos é que os circuitos de resfriamento da pá podem ser utilizados em pelo menos uma dentre as paredes laterais de pressão ou de sucção da pá e, mais preferencialmente, em ambas as paredes laterais, enquanto fornece ar aos orifícios de filme a fim de criar um filme de resfriamento na superfície externa do aerofólio. Os circuitos de resfriamento implantados fornecem gerenciamento de fluxo de ar e resfriamento ideais dentro de um aerofólio, a fim de manter operação de motor eficaz a temperaturas aumentadas, aumentando a vida útil e eficiência de motor.

[045] Essa descrição escrita usa exemplos para apresentar a invenção, inclusive o melhor modo, e também para capacitar qualquer versado na técnica a praticar a invenção, inclusive a fazer e usar qualquer aparelho ou sistema, 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 se possuírem elementos estruturais que não os diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se os mesmos incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais das linguagens literais das reivindicações.

Lista de Componentes 10 motor 12 linha central 14 dianteiro 16 traseiro 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 lâminas de ventilador 44 núcleo 46 invólucro de núcleo 48 bobina / eixo de HP

50 bobina / eixo de LP 52 estágio de compressor 54 estágio de compressor 56 pá de compressor 58 pá de compressor 60 aleta de compressor (bocal) 62 aleta de compressor (bocal) 64 estágio de turbina 66 estágio de turbina 68 pá de turbina 70 pá de turbina 72 aleta de turbina (bocal) 74 aleta de turbina (bocal) 76 cauda 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 entrada de lado dianteiro 92b entrada de lado traseiro 94 saída de passagem 96 interior 98 parede lateral de pressão 100 parede lateral de sucção 102 bordo de ataque 104 bordo de fuga 120 circuito de resfriamento de bordo de ataque 122 circuito de resfriamento de corda intermediária 124 circuito de resfriamento de bordo de fuga 124a primeiro circuito de resfriamento 124b segundo circuito de resfriamento 130 passagem de suprimento 132 passagem de retorno 134 passagem de saída 136 orifício de filme 140 passagem de suprimento 142 passagem de bordo de fuga 144 entradas 146 pinos 148 fendas 160 passagem de suprimento intermediária 162 passagem de plenum intermediária 164 passagem de retorno intermediária 166 malha de resfriamento de parede próxima 168 canal 170 grupo de pino 172 plenum de malha 180 passagem de suprimento 182 circuito de resfriamento de parede próxima 186 passagem de banco de pino 188 pinos 190 passagem de retorno 190a primeira passagem de retorno 190b segunda passagem de retorno 194 passagem de bordo de ataque 196 abertura de colisão 198 parede 200 primeiro subcircuito 202 segundo subcircuito 204 terceiro subcircuito 206 quarto subcircuito 208 passagem de resfriamento de ponta 210 curva superior 212 curva inferior 214 curva superior 216 curva inferior 218 curva superior 220 curva inferior 222 extremidade de ponta Reivindicações

Claims (10)

1. AEROFÓLIO [78] PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS [10], sendo que o aerofólio [78] é caracterizado pelo fato de que compreende: uma superfície externa que define um lado de pressão [98] e um lado de sucção [100] que se estende axialmente entre o bordo de ataque [102] e um bordo de fuga [104] e que se estende radialmente entre uma raiz [82] e uma ponta [80]; e um circuito de resfriamento [120] localizado dentro do aerofólio [78] e que compreende: uma passagem de suprimento [180] que se estende da raiz [82] até a ponta [80] e acoplada de modo fluido à passagem de entrada de ar de resfriamento [88] na raiz [82], uma passagem de grupo de pinos [186] em comunicação fluida com a passagem de suprimento [180] e que se estende entre a raiz [82] e a ponta [80], com uma pluralidade de pinos [188] localizada dentro da passagem de grupo de pinos [186] e que divide funcionalmente a passagem de grupo de pinos em pelo menos primeiro e segundo subcircuitos [200, 202], e pelo menos primeira e segunda passagens de resfriamento [190a, 190b] acopladas de modo fluido a um subcircuito correspondente dentre o primeiro e o segundo subcircuitos [200, 202] e disposta em lados opostos da passagem de grupo de pinos [186]; em que o ar de resfriamento da passagem de entrada de ar de resfriamento [88] se desloca através da passagem de suprimento [180] em uma primeira direção radial, retorna através dos subcircuitos [200, 202] em uma segunda direção radial, oposta à primeira direção radial, e então flui através da primeira e da segunda passagens de resfriamento [190a, 190b] na primeira direção radial.

2. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a passagem de grupo de pinos [186] e a primeira e a segunda passagens de resfriamento [190a, 190b] são localizadas entre a passagem de suprimento [180] e a superfície externa.

3. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a passagem de grupo de pinos [186] e a primeira e a segunda passagens de resfriamento [190a, 190b] são localizadas adjacentes à superfície externa para definir uma zona de resfriamento de superfície próxima.

4. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a zona de resfriamento de superfície próxima é localizada adjacente a pelo menos um dentre o lado de pressão [98] e lado de sucção [100].

5. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a zona de resfriamento de superfície próxima é localizada adjacente ao lado de sucção [100].

6. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a zona de resfriamento de superfície próxima é localizada adjacente ao bordo de ataque [102].

7. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o circuito de resfriamento [120] compreende adicionalmente uma passagem de resfriamento de bordo de ataque [194] acoplada de modo fluido à passagem de suprimento [180] e que se estende ao longo do bordo de ataque [102].

8. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a passagem de resfriamento de bordo de ataque [194] é adjacente a uma dentre a primeira e a segunda passagens de resfriamento[190a, 190b].

9. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma pluralidade de orifícios de filme que se estendem da primeira e da segunda passagens [190a, 190b] à superfície externa.

10. AEROFÓLIO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a passagem de grupo de pinos [186] não tem orifícios de filme que se estendem à superfície externa.