BR102016025308A2 - motor de turbina a gás - Google Patents

Abstract

trata-se de um motor de turbina a gás que inclui uma seção de compressor em fluxo em série com uma seção de turbina. a seção de compressor inclui um ou mais compressores e a seção de turbina inclui uma ou mais turbinas, em que a seção de compressor e a seção de turbina, juntas, definem uma trajetória de fluxo de ar de núcleo (37). um coletor é posicionado para dentro da trajetória de fluxo de ar de núcleo (37) para conter e coletar óleo de lubrificação. adicionalmente, um trocador de calor (130) é posicionado em comunicação térmica direta com o coletor para remover calor do óleo de lubrificação contido no mesmo para reduzir um tamanho e/ou quantidade de trocadores de calor (130) localizados de radialmente para fora da trajetória de fluxo de ar de núcleo (37).

Description

“MOTOR DE TURBINA A GÁS” Campo da Invenção [001] A presente matéria, em geral, se refere a um motor de turbina a gás ou, mais particularmente, a um motor de turbina a gás que tem um trocador de calor de coletor de motor.

Antecedentes [002] Um motor de turbina a gás inclui, em geral, um ventilador e um núcleo dispostos em comunicação de fluxo um com o outro. O núcleo do motor de turbina a gás inclui, em geral, na ordem de fluxo em série, uma seção de compressor, uma seção de combustão, uma seção de turbina e uma seção de escape. A seção de compressor, a seção de combustão, a seção de turbina e a seção de exaustão, juntas, definem uma trajetória de fluxo de ar de núcleo.

[003] A seção de compressor e a seção de turbina são, em geral, acopladas através de um ou mais eixos ou bobinas. Adicionalmente, a rotação de determinados componentes da seção de compressor, da seção de turbina e os um ou mais eixos ou bobinas é facilitada por uma pluralidade de mancais. Esses mancais são dotados de óleo de lubrificação durante toda a operação do motor de turbina a gás para, por exemplo, remover calor de tais mancais e reduzir uma quantidade de atrito dentro de tais mancais.

[004] Os motores de turbina a gás, em geral, incluem um conjunto de circulação de óleo de lubrificação para fornecer óleo de lubrificação a cada um dentre a pluralidade de mancais, para bombeamento ou remoção de óleo de lubrificação de um ou mais coletores fornecidos para coletar e/ou conter tal óleo de lubrificação, e para remover calor de tal óleo de lubrificação. O conjunto de circulação de óleo de lubrificação inclui tipicamente uma bomba posicionada do lado de fora da trajetória de fluxo de ar de núcleo, uma ou mais linhas de abastecimento e linhas de remoção que se estendem através da trajetória de fluxo de ar de núcleo para alcançar, por exemplo, os mancais e os um ou mais coletores, e um ou mais trocadores de calor também posicionados fora da trajetória de fluxo de ar de núcleo.

[005] No entanto, os trocadores de calor podem ocupar uma área de projeção relativamente grande fora da trajetória de fluxo de ar de núcleo, o que pode reduzir uma área disponível para outros componentes. Em conformidade, um meio para reduzir um tamanho dos trocadores de calor para o conjunto de circulação localizado fora da trajetória de fluxo de ar de núcleo seria útil. Mais particularmente, um meio para reduzir um tamanho dos trocadores de calor para o conjunto de circulação localizado fora da trajetória de fluxo de ar de núcleo enquanto ainda fornece uma quantidade desejada de transferência de calor seria particularmente útil.

Descrição Resumida da Invenção [006] Aspectos e vantagens da invenção serão apresentados em parte na descrição a seguir, ou podem ser óbvios a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática da invenção.

[007] Em uma realização exemplificativa da presente revelação, um motor de turbina a gás aeronáutico é fornecido. O motor de turbina a gás inclui uma seção de compressor que inclui um ou mais compressores, e uma seção de turbina localizada a jusante da seção de compressor e que inclui uma ou mais turbinas. A seção de compressor e a seção de turbina, juntas, definem uma trajetória de fluxo de ar de núcleo. O motor de turbina a gás também inclui um coletor posicionado para dentro da trajetória de fluxo de ar de núcleo para conter e coletar óleo de lubrificação e um trocador de calor posicionado em comunicação térmica direta com o coletor para remover calor do óleo de lubrificação contido no mesmo.

[008] Em outra realização exemplificativa da presente revelação, um motor de turbina a gás aeronáutico é fornecido. O motor de turbina a gás inclui uma seção de compressor que inclui um ou mais compressores, e uma seção de turbina localizada a jusante da seção de compressor e que inclui uma ou mais turbinas. A seção de compressor e a seção de turbina, juntas, definem uma trajetória de fluxo de ar de núcleo. O motor de turbina a gás também inclui um coletor posicionado para dentro da trajetória de fluxo de ar de núcleo para conter e coletar óleo de lubrificação e um trocador de calor posicionado pelo menos parcialmente dentro do coletor ou integrado a uma parede do coletor ou para remover calor do óleo de lubrificação contido no mesmo.

[009] Esses e outros aspectos, funções 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 e constituem uma parte deste relatório descritivo, ilustram realizações da invenção e, juntamente 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 diversas realizações da presente matéria; A Figura 2 é uma vista em corte transversal esquemática de uma extremidade dianteira de um núcleo do motor de turbina a gás exemplificativo da Figura 1; A Figura 3 é uma vista em corte transversal esquemática de uma câmara de coleta de um coletor de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação; A Figura 4 é uma vista em corte transversal esquemática de uma extremidade dianteira de um núcleo de um motor de turbina a gás de acordo com outra realização exemplificativa da presente revelação; A Figura 5 é uma vista esquemática de um sistema de transporte térmico de circuito fechado de acordo com uma realização exemplificativa da presente revelação; A Figura 6 é uma vista em corte transversal esquemática de uma extremidade dianteira 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 em corte transversal esquemática de uma extremidade dianteira de um núcleo de um motor de turbina a gás de acordo com ainda outra realização exemplificativa da presente revelação; e A Figura 8 é uma vista em corte transversal esquemática de uma extremidade dianteira de um núcleo de um motor de turbina a gás de acordo com ainda outra realização exemplificativa da presente revelação.

Descrição Detalhada da Invenção [011] Agora, será feita referência em detalhes às presentes realizações da invenção, em que um ou mais exemplos das mesmas são ilustrados nos desenhos anexos. A descrição detalhada usa designações numéricas e de letras para indicar as funções nos desenhos. As designações semelhantes ou iguais nos desenhos e na descrição foram usadas para se referir às partes semelhantes ou iguais da invenção. Conforme usados 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 a qual o fluido flui.

[012] Agora, em referência aos desenhos, em que números idênticos indicam os mesmos elementos ao longo das 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 turbofan de alto desvio 10, referenciado no presente documento como "motor turbofan 10”. Conforme mostrado na Figura 1, o motor turbofan 10 define uma direção axial A (que se estende paralelo a uma linha central longitudinal 12 fornecida para referência) e uma direção radial R. 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 retratado, em geral, inclui um invólucro externo substancialmente tubular 18 que define uma entrada anular 20. O invólucro externo 18 envolve, em relação de fluxo serial, uma seção de compressor que inclui um intensificador ou compressor de baixa pressão (LP) 22 e um compressor de alta pressão (HP) 24; uma seção de combustão 26; uma seção de turbina que inclui uma turbina de alta pressão (HP) 28 e uma turbina de baixa pressão (LP) 30; e uma seção de bocal de escape de jato 32. Um eixo ou bobina de alta pressão (HP) 34 conecta de forma acionável a turbina de HP 28 ao compressor de HP 24. Um eixo ou bobina de baixa pressão (LP) 36 conecta de forma acionável a turbina de LP 30 ao compressor de LP 22. A seção de compressor, seção de combustão 26, seção de turbina e seção de bocal 32 definem, em conjunto, uma trajetória de fluxo de ar de núcleo 37.

[014] Para a realização retratada, a seção de ventilador 14 inclui um ventilador 38 que tem uma pluralidade de pás de ventilador 40. Um cubo dianteiro giratório 48 que é contornado de modo aerodinâmico para promover um fluxo de ar através da pluralidade de pás de ventilador 40 é posicionado em uma extremidade dianteira da seção de ventilador 14. Adicionalmente, a seção de ventilador exemplificativa 14 inclui um invólucro de ventilador anular ou nacela externa 50 que envolve de modo circunferencial o ventilador 38 e/ou pelo menos uma porção do motor de turbina de núcleo 16. Deve ser entendido 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 52 distanciadas de modo circunferencial. Ademais, 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.

[015] 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 ventilador 14. Conforme o volume de ar 58 passa através das pás de ventilador 37, uma primeira porção do ar 58, conforme indicado pelas setas 62, é direcionada ou encaminhada para a passagem de fluxo de ar de desvio 56 e uma segunda porção do ar 58, conforme indicado pela seta 64, é direcionada ou encaminhada para o trajeto de fluxo de ar de núcleo 37 ou mais especificamente para o compressor de LP 22. Uma razão entre a primeira porção de ar 62 e a segunda porção de ar 64 é comumente conhecida como uma razão de desvio. A pressão da segunda porção de ar 64 é, então, aumentada conforme a mesma é encaminhada através do compressor de alta pressão (HP) 24 e para dentro da seção de combustão 26, onde é misturada com combustível e queimada para fornecer gases de combustão 66.

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

[017] Os gases de combustão 66 são encaminhados de modo subsequente através da seção de bocal de escape de jato 32 do motor de turbina de núcleo 16 para fornecer impulso propulsor. De modo simultâneo, a pressão da primeira porção de ar 62 é substancialmente aumentada 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, uma trajetória de gás quente 78 para encaminhar os gases de combustão 66 através do motor de turbina de núcleo 16.

[018] No entanto, deve ser verificado que o motor turbofan 10 exemplificativo representado na Figura 1 é fornecido apenas a título de exemplo e que, em outras realizações exemplificativas, o motor turbofan 10 pode ter qualquer outra configuração adequada. Por exemplo, em outras realizações, o motor turbofan 10 pode ser configurado como um motor turbofan engrenado, de modo que o eixo de LP 36 acione o ventilador 38 através de uma caixa de engrenagens de potência. Adicionalmente, ou de modo alternativo, o motor turbofan 10 pode ser um motor turbofan de rotor não canalizado/aberto. Também deve ser verificado que, em ainda outras realizações exemplificativas, os aspectos da presente revelação podem ser incorporados a qualquer motor de turbina a gás adequado. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, os aspectos da presente revelação podem ser incorporados, por exemplo, a um motor de turboeixo, motor turbopropulsor, motor a turbo de núcleo, motor de turbojato, etc.

[019] Agora, em referência à Figura 2, uma vista em corte transversal esquemática de uma extremidade dianteira do motor turbofan 10 da Figura 1 é fornecida. Especificamente, a Figura 2 fornece uma vista em corte transversal aproximada de um coletor dianteiro 100 do motor turbofan 10.

[020] Para a realização representada, o coletor dianteiro 100 é posicionado de modo radial para dentro da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 ou, mais particularmente, de modo radial para dentro de uma porção da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 que se estende através do compressor de LP 22 da seção de compressor. O compressor de LP 22 é configurado para receber um fluxo de ar do ventilador 38 através da entrada 20 e comprimir tal ar com o uso de uma pluralidade de pás de rotor de compressor de LP giratórias 102. O compressor de LP 22 representado também inclui uma palheta de guia de entrada 104 posicionada próxima à entrada 20, na frente da pluralidade de pás de rotor de compressor de LP 102. A pluralidade de pás de rotor de compressor de LP 102 são acopladas a uma extremidade radialmente interna para um rotor de compressor de LP do tipo tambor 106. O compressor de LP rotor 106 é fixado a um membro estrutural 107, que se estende para frente e se conecta a um ou mais componentes giratórios da seção de ventilador 14. Particularmente, conforme discutido acima, o eixo de LP 36 é acionado pela turbina de LP 30 e, por sua vez, aciona o ventilador 38 e a pluralidade de pás de ventilador 40, junto com o compressor de LP 22.

[021] Adicionalmente, um primeiro conjunto de mancal de LP dianteiro 108 e um segundo conjunto de mancal de LP dianteiro 110 são fornecidos para estabilizar o eixo de LP 36 em uma extremidade dianteira e para facilitar a rotação do eixo de LP 36. O primeiro conjunto de mancal de LP dianteiro 108 é fixado a uma extremidade radialmente interna para o eixo de LP 36 e em uma extremidade radialmente externa para um membro de estrutura de LP dianteiro 112. De modo similar, o segundo conjunto de mancal de LP dianteiro 110 é fixado a uma extremidade radialmente interna para o eixo de LP 36 e uma extremidade radialmente externa para um membro de estrutura de LP posterior 114. Os membros de estrutura de LP anterior e posterior 112, 114 são, cada um, membros de estrutura estacionários. Além disso, para a realização representada, o primeiro conjunto de mancal de LP dianteiro 108 é posicionado na frente do segundo conjunto de mancal de LP dianteiro 110 e inclui um mancal de esfera. Em contraste, o segundo conjunto de mancal de LP dianteiro 110 inclui um mancal de rolamento. No entanto, em outras realizações exemplificativas, quaisquer outros mancais adequados podem ser incluídos com o primeiro e/ou o segundo conjuntos de mancal de LP dianteiros 108, 110. Adicionalmente, em outras realizações exemplificativas, qualquer outra configuração de mancal adequada pode ser fornecida para facilitar a rotação do eixo de LP 36. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, um único mancal ou qualquer combinação de mancal de rolamento, mancal de esfera, mancal de rolamento afunilado ou outro(s) mancal(is) pode formar um conjunto para facilitar a rotação do eixo de LP 36 na extremidade dianteira.

[022] Conforme também é representado, um eixo de HP 34 é concêntrico com o eixo de LP 36 e posicionado de modo radial para fora do eixo de LP 36. O eixo de HP 34 é girado pela turbina de HP 28 e é configurado para acionar o compressor de HP 24 (consulte a Figura 1). Um conjunto de mancal de HP dianteiro 116 é fornecido para facilitar a rotação do eixo de HP 34 em uma extremidade dianteira do eixo de HP 34. Especificamente, uma extremidade radialmente interna do conjunto de mancal de HP dianteiro 116 é fixada ao eixo de HP 34 e uma extremidade radialmente externa do conjunto de mancal de HP dianteiro 116 é fixada a um membro de estrutura de HP estacionário 118. Para a realização representada, o conjunto de mancal de HP dianteiro 116 inclui um único mancal de esfera. No entanto, em outras realizações, o conjunto de mancal de HP dianteiro 116 pode incluir adicionalmente um ou mais outros mancais posicionados em qualquer localização adequada. Adicionalmente ou de modo alternativo, em outras realizações, qualquer outro mancal adequado, ou combinação de mancais, podem ser incluídos com o conjunto de mancal de HP dianteiro 116 para facilitar a rotação do eixo de HP 34.

[023] Ainda em referência à Figura 2, o primeiro conjunto de mancal de LP dianteiro 108, o segundo conjunto de mancal de LP dianteiro 110 e o conjunto de mancal de HP dianteiro 116 estão todos posicionados pelo menos parcialmente dentro do coletor dianteiro 100 do motor turbofan 10. O coletor dianteiro 100 está localizado de modo radial para dentro da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 e é definido, pelo menos em parte, por determinados membros de estrutura estacionários do núcleo 16, como o membro de estrutura de LP dianteiro 112, o membro de estrutura de HP estacionário 118 e um forro radialmente interno 120 que define uma porção da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 entre o compressor de LP 22 e o compressor de HP 24. Adicionalmente, o coletor dianteiro exemplificativo 100 representado é definido em um lado radialmente interno por uma porção do eixo de LP 36 e do eixo de HP 34.

[024] O óleo de lubrificação pode ser fornecido para o coletor dianteiro 100 ou, mais particularmente, para a pluralidade de mancais posicionados pelo menos parcialmente dentro do coletor dianteiro 100, para remover o calor de tais mancais e reduzir uma quantidade de atrito dentro de tais mancais. Por exemplo, o motor turbofan 10 pode incluir um conjunto de circulação de óleo de lubrificação 122 que tem uma ou mais bombas e uma ou mais linhas de abastecimento para fornecer óleo de lubrificação para a pluralidade de mancais (não mostrados). Conforme é representado de modo esquemático, as uma ou mais bombas do conjunto de circulação de óleo de lubrificação 122 são posicionadas radialmente para fora da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37. As linhas de abastecimento (não mostradas) podem se estender a partir das uma ou mais bombas do conjunto de circulação 122 através da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 e para a pluralidade de mancais, por exemplo, primeiro e segundo mancais de LP dianteiros 108, 110 e mancais de HP dianteiros 116.

[025] Uma vez que o óleo de lubrificação é fornecido para a pluralidade de mancais, o óleo de lubrificação pode absorver uma quantidade de calor gerado pelos respectivos mancais enquanto reduz a quantidade de atrito em tais mancais. O coletor dianteiro 100 é fornecido para conter e coletar o óleo de lubrificação que foi fornecido para a pluralidade de mancais posicionados pelo menos parcialmente no mesmo. Adicionalmente, o coletor dianteiro 100 representado define uma câmara de coleta 124 na qual o óleo de lubrificação é configurado para fluir e coletar após ter passado sobre ou através da pluralidade de mancais. O fluxo de óleo de lubrificação da pluralidade de mancais é indicado pelas setas 126 na Figura 2. Uma vez na câmara de coleta 124, o conjunto de circulação 122 é configurado para bombear ou remover tal óleo de lubrificação através de uma linha de remoção 128 em comunicação fluida com o coletor e que se estende através da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37.

[026] No entanto, antes de tal óleo de lubrificação ser removido do coletor dianteiro 100, uma temperatura de tal óleo de lubrificação é reduzida através de um trocador de calor 130, em que o trocador de calor 130 está posicionado em comunicação térmica direta com o coletor dianteiro 100 para remover calor do óleo de lubrificação contido no mesmo. Para a realização representada, o trocador de calor 130 é posicionado pelo menos parcialmente dentro do coletor dianteiro 100 ou, mais particularmente, é posicionado como parcialmente dentro da câmara de coleta 124 definida pelo coletor dianteiro 100. Consequentemente, o trocador de calor 130 pode reduzir uma temperatura do óleo de lubrificação antes de tal óleo de lubrificação ser removido por meio da linha de remoção 128 do conjunto de circulação 122.

[027] Para a realização representada, o trocador de calor 130 é configurado como um trocador de calor de ar para líquido 130. Especificamente, o trocador de calor 130 é configurado para receber um fluxo de ar de resfriamento 132 da seção de compressor e para transferir calor do óleo de lubrificação no coletor dianteiro 100 para tal fluxo de ar de resfriamento 132. O fluxo de ar de resfriamento 132, após ter absorvido uma quantidade de calor do óleo de lubrificação dentro do coletor dianteiro 100, isto é, um fluxo de ar de escape 134 é, então, exaurido de volta para a trajetória de fluxo de ar de núcleo 37. No entanto, em outras realizações exemplificativas, o fluxo de ar de escape 134 pode, em vez disso, ser exaurido para qualquer outra localização adequada. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, tal fluxo de ar de escape 134 pode ser exaurido, por exemplo, para a passagem de desvio 56 (Figura 1) ou para a atmosfera. Particularmente, embora para a realização representada o fluxo de ar de resfriamento 132 fornecido da seção de compressor seja fornecido de uma localização próxima a um segundo estágio de pás de rotor de compressor de LP 102, em outras realizações, o fluxo de ar de resfriamento 132 pode ser fornecido de qualquer outra localização adequada dentro do compressor de LP 22. De modo alternativo, o fluxo de ar de resfriamento 132 pode ser fornecido de uma localização a montante do compressor de LP 22 ou a jusante do compressor de LP 22. Além disso, conforme será descrito em maiores detalhes abaixo, em ainda outras realizações exemplificativas, o fluxo de ar de resfriamento 132 pode ser de modo adicional ou alternativo fornecido diretamente a partir do ventilador 38. Ainda adicionalmente, embora para a realização representada o fluxo de ar de resfriamento 132 seja representado sendo extraído de uma localização na trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 a montante a partir da qual o fluxo de ar de escape 134 é exaurido (isto é, uma localização de maior pressão), em outras realizações exemplificativas, o fluxo de ar de resfriamento 132 pode ser extraído de uma localização na trajetória de fluxo de ar de núcleo 37 a jusante da qual o fluxo de ar de escape 134 é exaurido (isto é, uma localização de menor pressão). Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, as direções de fluxo de ar através do trocador de calor 130 representado na Figura 2 podem ser revertidas.

[028] O motor turbofan 10 pode incluir um único trocador de calor 130 posicionado em comunicação térmica direta com o coletor dianteiro 100 para remover uma quantidade de calor do óleo de lubrificação dentro de tal coletor 100 antes de tal óleo de lubrificação ser removido. Por exemplo, agora, também em referência à Figura 3, uma vista em corte transversal axial é fornecida da câmara de coleta 124 definida pelo coletor dianteiro exemplificativo 100 da Figura 2. Conforme mostrado, a câmara de coleta 124 definida pelo coletor dianteiro exemplificativo 100, em geral, inclui uma porção ampliada próxima à porção de fundo do coletor dianteiro 100. A porção ampliada, que é referenciada no presente documento como uma "banheira” 136, pode ser posicionada em uma porção de fundo do coletor dianteiro 100, de modo que a gravidade possa auxiliar com a coleta de óleo de lubrificação na mesma. Para a realização representada, o trocador de calor 130 é configurado como um único trocador de calor posicionado dentro da banheira 136 do coletor dianteiro 100. Adicionalmente, para a realização representada, o trocador de calor 130, em geral, inclui uma pluralidade de canais 138 que se estendem pelo menos parcialmente através do coletor dianteiro 100, com o meio de resfriamento (por exemplo, o fluxo de ar de resfriamento 132 da seção de compressor ou um ou mais líquidos discutidos abaixo) que flui através dos mesmos.

[029] No entanto, deve ser verificado que em outras realizações exemplificativas, o motor turbofan 10 pode incluir adicionalmente qualquer outro número e/ou configuração adequados de trocadores de calor. Por exemplo, em outras realizações exemplificativas, o motor turbofan 10 pode incluir uma pluralidade de trocadores de calor espaçados de modo circunferencial e/ou espaçados de modo axial dentro da câmara de coleta 124 do coletor dianteiro 100 ou, em outro local, em comunicação térmica direta com o coletor dianteiro 100.

[030] Agora, em referência à Figura 4, uma vista em corte transversal esquemática de uma extremidade dianteira de um motor turbofan 10 de acordo com outra realização exemplificativa da presente revelação é fornecido. O motor turbofan exemplificativo 10 da Figura 4 pode ser configurado substancialmente da mesma maneira que o motor turbofan exemplificativo 10 descrito acima em referência às Figuras 1 a 3. Consequentemente, a mesma numeração ou similar pode se referir aos mesmos componentes ou componentes de funcionalidade equivalente.

[031] Conforme mostrado, o motor turbofan exemplificativo 10 inclui um primeiro conjunto de mancal de LP dianteiro 108 e um segundo conjunto de mancal de LP dianteiro 110, em que, cada um, sustenta a rotação de um eixo de LP 36 em uma extremidade dianteira. O primeiro e o segundo conjuntos de mancal de LP dianteiros 108, 110 são fixados às extremidades radialmente internas ao eixo de LP 36 e em extremidades radialmente externas aos membros de estrutura de LP anterior e posterior 114, 116, respectivamente. Adicionalmente, o motor turbofan 10 inclui um conjunto de mancal de HP dianteiro 116 para sustentar a rotação do eixo de HP 34 em uma extremidade dianteira. O conjunto de mancal de HP dianteiro 116 é fixado ao eixo de HP 34 em uma extremidade radialmente interna e a um membro de estrutura de HP estacionário 118 em uma extremidade radialmente externa. Além disso, os diversos conjuntos de mancal são, cada um, posicionados pelo menos parcialmente dentro de um coletor dianteiro 100 posicionado de modo radial para dentro da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37.

[032] O coletor dianteiro 100 representado na Figura 4 opera substancialmente da mesma maneira que o coletor dianteiro 100 representado na Figura 2, em que o coletor dianteiro 100 representado na Figura 4 inclui um trocador de calor 130 posicionado pelo menos parcialmente dentro de uma câmara de coleta 124 do coletor 100. No entanto, em vez do trocador de calor 130 ser configurado como um trocador de calor de ar para líquido, para o motor turbofan exemplificativo 10 da Figura 4, o trocador de calor 130 é configurado como um trocador de calor de líquido para líquido. Mais particularmente, para a realização representada, o trocador de calor 130 é configurado como parte de um sistema de transporte térmico de circuito fechado 140 para remover calor do óleo de lubrificação posicionado dentro do coletor dianteiro 100 do motor turbofan 10. O sistema de transporte térmico de circuito fechado 140 pode circular um fluido de transporte térmico através de diversos trocadores de calor de fonte de calor e trocadores de calor de dissipador de calor dispostos em fluxo de série e/ou paralelo. Particularmente, o trocador de calor 130 posicionado pelo menos parcialmente dentro do coletor dianteiro 100 é considerado um trocador de calor de fonte de calor do sistema de transporte térmico 140, conforme o mesmo remove calor do óleo de lubrificação e adiciona calor ao sistema de transporte térmico 140 ou, em vez disso, para o fluido de transporte térmico circulado dentro do sistema de transporte térmico de circuito fechado 140.

[033] Agora, também em referência breve à Figura 5, uma vista esquemática de um sistema de transporte térmico de circuito fechado exemplificativo 140 é fornecido. O sistema de transporte térmico particularmente exemplificativo 140, em geral, inclui um barramento de transporte térmico 142 que tem o fluido de transporte térmico que flui através do mesmo. O sistema de transporte térmico 140 inclui adicionalmente uma bomba 144 para gerar um fluxo do fluido de transporte térmico através do barramento de transporte térmico 142. Adicionalmente, uma pluralidade de trocadores de fonte de calor 146 são fornecidos em comunicação térmica com o fluido de troca de calor no barramento de transporte térmico 142. Para a realização representada, a pluralidade de trocadores de fonte de calor 146 são representados em fluxo de série ao longo do barramento de transporte térmico 142. No entanto, em outras realizações, a pluralidade de trocadores de fonte de calor 146 podem ser configurados de modo adicional ou alternativo em fluxo paralelo. Particularmente, para a realização representada, o trocador de calor 130 que é posicionado em comunicação térmica direta com o coletor dianteiro 100 do motor turbofan 10 representado na Figura 4 é configurado como um dos trocadores de fonte de calor 146 do sistema de transporte térmico de circuito fechado 140.

[034] Localizados a jusante da pluralidade de trocadores de fonte de calor 146, estão uma pluralidade de trocadores de dissipador de calor 148 em comunicação térmica de modo permanente ou seletivo com o fluido de troca de calor no barramento de transporte térmico 142. Em conformidade, durante a operação, o sistema de transporte térmico de circuito fechado 140 pode coletar o calor dos diversos trocadores de fonte de calor 146 e transportar tal calor por meio do fluido de transporte térmico que flui através do barramento de transporte térmico 142 para um ou mais trocadores de dissipador de calor 148 para, por exemplo, remover de modo mais eficaz o calor dos diversos sistemas. Em determinadas realizações exemplificativas, o sistema de transporte térmico de circuito fechado 140 representado nas Figuras 4 e 5 pode ser configurado substancialmente da mesma maneira que o sistema de gerenciamento térmico 100 discutido no documento Pedido de Série U.S. no 14/814.546, depositado em 31 de julho de 2015, que é incorporado completamente ao presente documento a título de referência para todas as matérias relevantes. Por exemplo, em determinadas realizações exemplificativas, a pluralidade de trocadores de fonte de calor 146 pode incluir adicionalmente um ou mais dentre um pré-resfriador de sistema de controle ambiental, um trocador de calor de sistema de lubrificação de gerador, um trocador de calor de sistema de resfriamento de aparelhos eletrônicos, um trocador de calor de sistema de ar de resfriamento de compressor ou um trocador de calor de sistema de controle de desobstrução ativo. Adicionalmente, em determinadas realizações exemplificativas, a pluralidade de trocadores de calor de dissipador de calor 148 podem incluir um ou mais dentre um trocador de calor de RAM, um trocador de calor de combustível e a trocador de calor de corrente de ventilador.

[035] No entanto, deve ser verificado que em outras realizações exemplificativas, o trocador de calor de líquido para líquido pode não ser configurado como parte do sistema de transporte térmico de circuito fechado 140 e, em vez disso, pode ser configurado como parte de qualquer outro trocador de calor de líquido para líquido adequado. Por exemplo, em outras realizações, o trocador de calor pode utilizar combustível como o meio de resfriamento, combustível desoxigenado como o meio de resfriamento ou óleo como o meio de resfriamento.

[036] Agora, em referência à Figura 6, uma vista em corte transversal esquemática de uma extremidade dianteira de um motor turbofan 10 de acordo com outra realização exemplificativa da presente revelação é fornecido. O motor turbofan exemplificativo 10 da Figura 6 pode ser configurado substancialmente da mesma maneira que o motor turbofan exemplificativo 10 descrito acima em referência à Figura 2. Consequentemente, a mesma numeração ou similar pode se referir aos mesmos componentes ou componentes de funcionalidade equivalente.

[037] Conforme mostrado, o motor turbofan exemplificativo 10 inclui um primeiro conjunto de mancal de LP dianteiro 108 e um segundo conjunto de mancal de LP dianteiro 110 que sustentam a rotação de um eixo de LP 36 em uma extremidade dianteira. O primeiro e o segundo conjuntos de mancal de LP dianteiros 108, 110 são fixados às extremidades radialmente internas ao eixo de LP 36 e em extremidades radialmente externas aos membros de estrutura de LP anterior e posterior 112, 114, respectivamente. Adicionalmente, o motor turbofan 10 inclui um conjunto de mancal de HP dianteiro 116 para sustentar a rotação de um eixo de HP 34 em uma extremidade dianteira. O conjunto de mancal de HP dianteiro 116 é fixado de modo similar ao eixo de HP 34 em uma extremidade radialmente interna e a um membro de estrutura de HP estacionário 118 em uma extremidade radialmente externa. Além disso, os diversos conjuntos de mancal são, cada um, posicionados pelo menos parcialmente dentro de um coletor dianteiro 100 posicionado de modo radial para dentro da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37.

[038] O coletor dianteiro 100 representado na Figura 6 opera substancialmente da mesma maneira que o coletor dianteiro 100 representado na Figura 2. No entanto, em vez de incluir um trocador de calor 130 posicionado pelo menos parcialmente dentro do coletor dianteiro 100, o trocador de calor exemplificativo 130 da Figura 6 é posicionado diretamente em comunicação térmica com o coletor dianteiro 100 ao ser integrado a uma parede do coletor dianteiro 100. Mais particularmente, o trocador de calor exemplificativo 130 representado na Figura 6 é integrado ao membro de estrutura de LP dianteiro 112 que define pelo menos parcialmente o coletor dianteiro 100.

[039] O trocador de calor exemplificativo 130 da Figura 6 pode ser integrado à parede do coletor dianteiro 100 de qualquer maneira adequada. Por exemplo, o trocador de calor 130 pode incluir uma pluralidade de canais definidos na parede do coletor dianteiro 100, com um meio de resfriamento que flui através dos mesmos. Particularmente, para a realização representada, o trocador de calor 130 integrado à parede do coletor dianteiro 100 é configurado como um trocador de calor de ar para líquido que recebe um fluxo de ar de resfriamento 132 da seção de compressor do motor turbofan 10. O fluxo de ar de resfriamento 132 da seção de compressor pode fluir através de os um ou mais canais definidos na parede do coletor (isto é, o trocador de calor 130) para absorver uma quantidade de calor do óleo de lubrificação posicionado dentro do coletor dianteiro 100. O trocador de calor exemplificativo 130 representado pode ser particularmente apto para absorver calor do óleo de lubrificação que flui do primeiro conjunto de mancal de LP dianteiro 108 em direção à câmara de coleta 124 do coletor dianteiro 100. Em determinadas realizações exemplificativas, o fluxo de ar através do trocador de calor 130 pode ser extraído de e exaurido para localizações substancialmente similares às localizações descritas acima em referência à realização da Figura 2.

[040] No entanto, em outras realizações, o trocador de calor 130 pode ser integrado à parede do coletor dianteiro 100 de qualquer outra maneira adequada. Por exemplo, em outras realizações, o trocador de calor 130 pode ser integrado à parede do coletor dianteiro 100 fixando-se uma pluralidade de canais de resfriamento de resfriamento a uma superfície externa da parede de coletor dianteiro 100 ou, de modo alternativo, a uma superfície interna da parede do coletor dianteiro 100. Adicionalmente, embora o trocador de calor exemplificativo 130 seja representado como sendo integrado ao membro de estrutura de LP dianteiro 112, em outras realizações, o trocador de calor 130 pode ser integrado de modo adicional ou alternativo a qualquer outra parede externa que define o coletor dianteiro 100, ou parede interna posicionada dentro do coletor dianteiro 100. Além disso, em ainda outras realizações, o trocador de calor 130 pode não ser configurado como um trocador de calor de gás para líquido e, em vez disso, pode ser configurado como um trocador de calor de líquido para líquido.

[041] Um turbofan configurado de acordo com uma ou mais das realizações descritas acima pode permitir que menos/menores trocadores de calor sejam incluídos como parte do conjunto de circulação localizado radialmente para fora da trajetória de fluxo de ar de núcleo, como o trocador de calor localizado em comunicação térmica direta com o coletor irá remover pelo menos uma porção da quantidade de calor que se exige que seja removida de tal óleo de lubrificação. Em conformidade, com tal configuração, mais espaço pode ser fornecido dentro do núcleo do motor (radialmente para fora da trajetória de fluxo de ar de núcleo) para outros componentes que são posicionados de modo desejável no mesmo. Adicionalmente, dependendo de uma eficiência do trocador de calor em comunicação térmica direta com o coletor, em determinadas realizações, a inclusão do trocador de calor em comunicação térmica direta com o coletor pode permitir que o conjunto de circulação de óleo de lubrificação completo seja realocado para dentro da trajetória de fluxo de ar de núcleo, de modo que nenhuma linha de abastecimento e/ou linha de remoção de óleo de lubrificação se estenda através da trajetória de fluxo de ar de núcleo.

[042] Deve ser verificado que as realizações particulares descritas acima em referência às Figuras 1 a 6 são fornecidas apenas a título de exemplificação. Por exemplo, conforme mencionado acima, os aspectos da presente revelação podem ser incorporados a qualquer outro motor turbofan adequado ou outro motor de turbina a gás adequado e, adicionalmente, a qualquer outro coletor adequado dentro de um motor de turbina a gás (por exemplo, um coletor posterior de um motor de turbina a gás).

[043] Por exemplo, agora, em referência às Figuras 7 e 8, diversas realizações do motor turbofan 10 de acordo com outros aspectos exemplificativos da presente revelação são fornecidas. Especificamente, as Figuras 7 e 8 fornecem vistas em corte transversal esquemáticas de uma extremidade dianteira de motores turbofan 10 que incorporam aspectos exemplificativos da presente revelação.

[044] Os motores turbofan exemplificativos 10 representados nas Figuras 7 e 8 são configurados como motores turbofan engrenados 10. Mais particularmente, os motores turbofun 10 das Figuras 7 e 8, cada um, incluem um ventilador 38 girável por um eixo de LP 36 através de uma caixa de engrenagens de potência 150. A caixa de engrenagens de potência 150 é configurada para reduzir uma velocidade de rotação do eixo de LP 36 para uma velocidade de rotação mais eficaz para o ventilador 38.

[045] Como os motores turbofan 10 são motores turbofan engrenados, os motores turbofan 10 incluem adicionalmente um eixo de ventilador 154 acoplado de modo mecânico à caixa de engrenagens de potência 150 para girar uma pluralidade de pás de ventilador 40 do ventilador 38. A rotação do eixo de ventilador 154 é sustentada por uma pluralidade de mancais 156 posicionados pelo menos parcialmente dentro de um coletor de mancal de ventilador 158. Como no coletor dianteiro exemplificativo 100 descrito acima em referência, por exemplo, à Figura 2, o coletor de mancal de ventilador exemplificativo 158 é configurado para receber óleo de lubrificação de um conjunto de circulação de óleo de lubrificação 122. Adicionalmente, óleo de lubrificação dentro do coletor de mancal de ventilador 158 é configurado para coletar, em geral, em uma câmara de coleta 124 definida pelo coletor de mancal de ventilador 158. O conjunto de circulação de óleo de lubrificação 122 inclui uma linha de remoção 128 configurada para remover o óleo de lubrificação coletado dentro da câmara de coleta 124 do coletor de mancal de ventilador 158.

[046] Como nas realizações acima, os motores turbofan 10 das Figuras 7 e 8 incluem adicionalmente um trocador de calor 130 posicionado em comunicação térmica direta com o coletor de mancal de ventilador 158 para remover calor do óleo de lubrificação contido no mesmo.

[047] Referindo-se, particularmente, à realização exemplificativa da Figura 7, o trocador de calor 130 é posicionado dentro da câmara de coleta 124 do coletor de mancal de ventilador 158 e é configurado como um trocador de calor de ar para líquido. Para a realização representada, o trocador de calor 130 é configurado para receber um fluxo de ar de resfriamento 132 do ventilador 38 e, adicionalmente, para transferir calor do óleo de lubrificação dentro do coletor de mancal de ventilador 158 para tal fluxo de ar de resfriamento 132. O fluxo de ar de resfriamento 132 após ter absorvido calor do óleo de lubrificação dentro do trocador de calor 130, isto é, fluxo de ar de escape 134, é exaurido para o interior da trajetória de fluxo de ar de núcleo 37. No entanto, em outras realizações, o trocador de calor 130 pode, em vez disso, ser configurado para exaurir tal fluxo de ar de escape 134 para qualquer outra localização adequada.

[048] De modo alternativo, agora particularmente em referência à realização da Figura 8, o trocador de calor 130 também é representado na câmara de coleta 124 do coletor de mancal de ventilador 158. No entanto, para a realização da Figura 8, o trocador de calor 130 é configurado como um trocador de calor de líquido para líquido 130. O trocador de calor exemplificativo 130 representado é adicionalmente configurado com um sistema de transporte térmico de circuito fechado 140, como o sistema de transporte térmico de circuito fechado exemplificativo 140 descrito acima em referência às Figuras 4 e 5.

[049] Além disso, embora não representado, em ainda outras realizações exemplificativas, o motor turbofan exemplificativo 10 das Figuras 7 e 8 pode incluir de modo adicional ou alternativo um trocador de calor 130 integrado a uma parede do coletor de mancal de ventilador 158 para remover calor do óleo de lubrificação contido dentro do coletor de mancal de ventilador 158.

[050] Esta descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, inclusive o melhor modo, e também para permitir que qualquer indivíduo versado na técnica pratique a invenção, inclusive que faça e use quaisquer dispositivos ou sistemas e realize quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorrerem àqueles versados na técnica. Tais outros exemplos estão destinados a serem abrangidos pelo escopo das reivindicações caso incluam elementos estruturais que não difiram da linguagem literal das reivindicações ou caso incluam elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais da linguagem literal das reivindicações.

Reivindicações

Claims (10)

1. MOTOR DE TURBINA A GÁS aeronáutico, caracterizado pelo fato de que compreende: uma seção de compressor que inclui um ou mais compressores; uma seção de turbina localizada a jusante da seção de compressor e que inclui uma ou mais turbinas, em que a seção de compressor e a seção de turbina, juntas, definem uma trajetória de fluxo de ar de núcleo (37); um coletor posicionado para dentro da trajetória de fluxo de ar de núcleo (37) para conter e coletar óleo de lubrificação; e um trocador de calor (130) posicionado em comunicação térmica direta com o coletor para remover calor do óleo de lubrificação contido no mesmo.

2. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o coletor é um coletor dianteiro (100) do motor de turbina a gás.

3. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um ventilador (38), e em que o coletor é um coletor de mancais de ventilador (158) do motor de turbina a gás.

4. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor (130) é um trocador de calor de ar para líquido, e em que o trocador de calor (130) é configurado para receber um fluxo de ar de resfriamento da seção de compressor e para transferir calor do óleo de lubrificação no coletor para tal fluxo de ar de resfriamento.

5. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um ventilador (38), em que a seção de compressor está em comunicação fluida de ar com o ventilador (38), em que o trocador de calor (130) é um trocador de calor de ar para líquido, e em que o trocador de calor (130) é configurado para receber um fluxo de ar de resfriamento do ventilador (38) e para transferir calor do óleo de lubrificação no coletor para tal fluxo de ar de resfriamento.

6. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor (130) é um trocador de calor de líquido para líquido.

7. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor (130) é configurado com um sistema de transporte térmico de circuito fechado (140), e em que o trocador de calor (130) é configurado para transferir calor do óleo de lubrificação para um fluido de transporte térmico dentro do sistema de transporte térmico de circuito fechado (140).

8. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor (130) é integrado a uma parede do coletor, ou está posicionado pelo menos parcialmente dentro do coletor.

9. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o coletor define uma câmara de coleta (124), e em que o trocador de calor (130) é posicionado pelo menos parcialmente dentro da câmara de coleta (124).

10. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor (130) compreende uma pluralidade de canais que se estendem pelo menos parcialmente através do coletor.