BR102016027237A2 - Engine component for a gas turbine engine - Google Patents

Abstract

trata-se de um componente de motor [120] para um motor de turbina a gás [10], que gera um fluxo de gás de combustão quente [h] adjacente a uma superfície quente [126] e fornece um fluxo de fluido de resfriamento [c] adjacente a uma superfície de resfriamento [124], que compreende uma parede [122] que separa o fluxo de gás de combustão quente [h] e o fluxo de fluido de resfriamento [c]. pelo menos uma concavidade [138] é fornecida na superfície de resfriamento [124] e pelo menos um orifício de filme [130] é fornecido na superfície de resfriamento [124] que fornece o fluxo de fluido de resfriamento [c] para a superfície quente [h]. uma entrada [132] para o orifício de filme [130] é espaçada da pelo menos uma concavidade [138], localizada a montante da pelo menos uma concavidade [138] e em alinhamento com a pelo menos uma concavidade [138] em relação ao fluxo de fluido de resfriamento [c].

Description

“COMPONENTE DE MOTOR PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS” Antecedentes da Invenção [001] Motores de turbina e, particularmente, motores de turbina de combustão ou a gás, são motores rotativos que extraem energia de um fluxo de gases comburidos que passam através do motor em uma série de estágios de compressor, que incluem pares de pás giratórias e aletas estacionárias, através de um combustor e, depois, para dentro de uma variedade de pás de turbina. Os motores de turbina a gás têm sido usados para locomoção em terra e náutica e para geração de potência, mas são mais comumente utilizados para aplicações aeronáuticas, tais como para aviões, incluindo helicópteros. Em aviões, os motores de turbina a gás são utilizados para a propulsão da aeronave.

[002] Os motores de turbina a gás para aeronaves são projetados para operar em altas temperaturas para maximizar uma eficiência de motor, portanto pode ser necessário o resfriamento de determinados componentes de motor, tais como a turbina de alta pressão e a turbina de baixa pressão. Tipicamente, o resfriamento é alcançado canalizando-se ar mais frio a partir 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 2.000 °C e a do 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 concavidades em uma superfície adjacente ao fluxo de resfriamento foram usadas com uma função de resfriamento térmico, contudo as concavidades tendem a gerar um fluxo de ar instável ou em vórtice à medida que o fluxo de resfriamento passa através ou sobre as mesmas, o que pode interromper a função de resfriamento adicional dependente do fluxo de fluido de resfriamento.

Descrição Resumida da Invenção [004] Em um aspecto, um componente de motor para um motor de turbina a gás que gera um fluxo de gás de combustão quente e fornece um fluxo de fluido de resfriamento compreende uma parede que separa o fluxo de gás de combustão quente do fluxo de fluido de resfriamento e tem uma superfície quente junto com o fluxo de gás de combustão quente em uma passagem de fluxo quente e uma superfície de resfriamento voltada para o fluxo de fluido de resfriamento. O componente de motor compreende adicionalmente pelo menos uma concavidade fornecida na superfície de resfriamento e pelo menos um orifício de filme que tem uma entrada fornecida na superfície de resfriamento, uma saída fornecida na superfície quente, e uma passagem que conecta a entrada e a saída. A entrada é espaçada da pelos menos uma concavidade, localizada a montante da pelo menos uma concavidade, e em alinhamento de fluxo de fluido de resfriamento com a pelo menos uma concavidade.

[005] Em outro aspecto, um componente de motor para um motor de turbina a gás que gera um fluxo de gás de combustão quente e fornece um fluxo de fluido de resfriamento compreende uma parede que separa o fluxo de gás de combustão quente do fluxo de fluido de resfriamento e que tem uma superfície quente com o fluxo de gás de combustão quente em uma passagem de fluxo quente e uma superfície de resfriamento voltada para o fluxo de ar de resfriamento. O componente de motor compreende adicionalmente múltiplas concavidades fornecidas na superfície de resfriamento e múltiplos orifícios de filme que têm uma entrada fornecida na superfície de resfriamento, uma saída fornecida na superfície quente e uma passagem que conecta a entrada e a saída. Pelo menos um subgrupo das concavidades e entradas é pareado, sendo que a entrada para o par é espaçada e localizada a montante da pelo menos uma concavidade e em alinhamento de fluxo de fluido de resfriamento com a pelo menos uma concavidade.

[006] Em ainda outro aspecto, um método de resfriamento de um componente de motor que tem uma superfície de resfriamento ao longo da qual um fluido de resfriamento flui compreende fornecer um fluxo de fluido de resfriamento através de uma entrada de orifício de filme na superfície de resfriamento imediatamente a montante de uma concavidade na superfície de resfriamento.

[007] Em ainda outro aspecto, um componente de motor para um motor de turbina a gás que gera um fluxo de gás de combustão quente e fornece um fluxo de fluido de resfriamento compreende uma parede que separa o fluxo de gás de combustão quente do fluxo de fluido de resfriamento e que tem uma superfície quente adjacente ao fluxo de gás de combustão quente e uma superfície de resfriamento adjacente ao fluxo de fluido de resfriamento. O componente de motor compreende adicionalmente pelo menos uma concavidade fornecida na superfície de resfriamento e pelo menos um orifício de filme que tem uma entrada fornecida na superfície de resfriamento, uma saída fornecida na superfície quente, e uma passagem que conecta a entrada e a saída com o espaço de entrada da pelo menos uma concavidade. A entrada é espaça da pelo menos uma concavidade por pelo menos um dentre a montante, a jusante, lateral à concavidade ou uma combinação dos mesmos.

Breve Descrição das Figuras [008] Nas Figuras: A Figura 1 é uma vista em corte esquemática de um motor de turbina a gás; A Figura 2 é uma vista em corte lateral de um combustor do motor de turbina a gás da Figura 1; A Figura 3 é uma vista em perspectiva de um componente de motor na forma de uma pá de turbina do motor da Figura 2 com passagens de entrada de ar de resfriamento; A Figura 4 é uma vista em perspectiva de uma porção do componente de motor da Figura 3 que tem uma pluralidade de concavidades e orifícios de filme; A Figura 5A é uma vista superior do componente de motor que tem orifícios de filme e concavidades alinhados; A Figura 5B é uma vista superior do componente de motor que tem dois grupos de orifícios de filme e concavidades alinhados; A Figura 5C é uma vista em perspectiva do componente de motor que tem turbuladores e orifícios de filme; A Figura 6 é uma vista superior de uma concavidade única que ilustra um fluxo de ar instável dentro da concavidade da Figura 4; A Figura 7 é uma vista superior de uma concavidade única que ilustra um fluxo de ar instável deslocado dentro da concavidade da Figura 4; A Figura 8 é uma vista em perspectiva de uma porção do componente de motor da Figura 3 que tem uma pluralidade de concavidades com os orifícios de filme dispostos nas mesmas; e A Figura 9 é uma vista superior do componente de motor que tem os orifícios de filme alinhados com e dispostos nas concavidades.

Descrição das Realizações da Invenção [009] As realizações descritas da presente invenção se destinam a aparelhos, métodos e outros dispositivos relacionados ao encaminhamento de fluxo de ar em um motor de turbina. Para propósitos de ilustração, a presente invenção será descrita em relação a um motor de turbina a gás de aeronaves. 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.

[010] Deve-se compreender que para propósitos de ilustração, a presente invenção será descrita em relação a um aerofólio para uma pá de turbina do motor de turbina. Será compreendido, contudo, que a invenção não deve ser limitada à pá de turbina, e pode compreender qualquer estrutura de aerofólio, tal como uma pá de compressor, uma aleta de turbina ou compressor, uma pá de ventilador, uma escora, um conjunto de capa que inclui uma capa e suporte, ou um forro de combustor ou qualquer outro componente de motor que exija resfriamento em exemplos não limitantes.

[011] Conforme usado no presente documento, o termo “dianteiro” ou “a montante” se refere a mover-se em direção à entrada de motor, ou um componente que está relativamente mais próximo à entrada de motor conforme comparado a outro componente. O termo “traseiro” ou “a jusante” usado em conjunto com “dianteiro” e “a montante” se refere a uma direção à traseira ou saída do motor em relação à linha central de motor.

[012] Adicionalmente, conforme usado no presente documento, os termos “radial” ou “radialmente” se referem a uma dimensão que se estende entre um eixo geométrico longitudinal central do motor e uma circunferência de motor externa.

[013] Todas as referências de direção (por exemplo, radial, axial, proximal, distai, superior, inferior, para cima, para baixo, esquerda, direita, lateral, frontal, atrás, topo, fundo, acima, abaixo, vertical, horizontal, sentido horário, sentido anti-horário, a montante, a jusante, traseiro, etc.) são usadas somente para propósitos de identificação para auxiliar o entendimento do leitor da presente invenção, e não criar limitações, particularmente quanto à posição, orientação ou uso da invenção. As referências de conexão (por exemplo, fixado, acoplado, conectado e unido) devem ser interpretadas de forma ampla e podem incluir membros intermediários entre uma coleção de elementos e de movimento relativo entre elementos a menos que indicados de outra forma. Desse modo, as referências de conexão não necessariamente inferem que dois elementos estão diretamente conectados e em relação fixa entre si. As figuras exemplificativas são para propósitos somente de ilustração e as dimensões, posições, ordem e tamanhos relativos refletidos nas figuras anexas ao presente documento podem variar.

[014] 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.

[015] 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.

[016] Um eixo ou bobina de HP 48 disposto coaxialmente ao redor da linha central 12 do motor 10 conecta de modo acionável 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 de modo acionável a turbina de LP 36 ao compressor de LP 24 e ao ventilador 20. As porções do motor 10 montadas a e que giram com ambas ou uma dentre as bobinas 48, 50 são referidas individual ou coletivamente como um rotor 51.

[017] 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 pás de compressor 56, 58 gira em relação a um grupo correspondente de aletas de compressor estáticas 60, 62 (também chamadas de bocais) para comprimir ou pressurizar a corrente de fluido que passa através do estágio. Em um estágio de compressor único 52, 54 múltiplas aletas 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 até 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 mostrado na Figura 1 foi selecionado apenas para propósitos ilustrativos, e que outras quantidades são possíveis. As pás 56, 58 para um estágio do compressor podem ser montadas a um disco 53 que é montado a uma das bobinas de HP e de LP correspondentes 48, 50, sendo que cada estágio tem seu próprio disco. As aletas 60, 62 são montadas ao invólucro de núcleo 46 em uma disposição circunferencial em torno do rotor 51.

[018] A turbina de HP 34 e a turbina de LP 36 incluem, respectivamente, uma pluralidade de estágios de turbinas 64, 66 em que um grupo de pás de turbina 68, 70 é girado em relação a um conjunto de aletas de turbina estáticas correspondentes 72, 74 (também chamadas de 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 até 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, aletas e estágios de compressor mostrado na Figura 1 foi selecionado apenas para propósitos ilustrativos, e que outros números são possíveis.

[019] 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.

[020] 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 usadas para resfriar ou alimentar outros aspectos da aeronave. No contexto de um motor de turbina, as porções quentes do motor estão, 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.

[021] A Figura 2 é uma vista em corte lateral do combustor 30 e da turbina de HP 34 do motor 10 da Figura 1. O combustor 30 inclui um defletor 76 e um forro de combustor 78. Adjacentes à pá de turbina 68 da turbina 34 na direção axial estão conjuntos de pás de turbina estática 72 que formam bocais. Os bocais transformam gás de combustão de modo que a máxima energia possa ser extraída pela turbina 34. Um conjunto de capa 80 é adjacente à pá giratória 68 para minimizar perda de fluxo na turbina 34. Conjuntos de capa similares também podem ser associados à turbina de LP 36, ao compressor de LP 24 ou ao compressor de HP 26.

[022] Um ou mais dos componentes de motor do motor 10 têm uma parede resfriada por filme em que várias realizações de orifícios de filme reveladas adicionalmente no presente documento podem ser utilizadas. Alguns exemplos não limitantes do componente de motor que têm uma parede resfriada por filme podem incluir as pás 68, 70, aletas ou bocais 72, 74, defletor de combustor 76, forro de combustor 78 ou conjunto de capa 80, descritos nas Figuras 1 a 2. Outros exemplos não limitantes nos quais o resfriamento de filme é usado incluem dutos, escoras e bocais de escape.

[023] A Figura 3 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. Deve ser entendido que a pá conforme descrita no presente documento é exemplificativa, e os conceitos revelados se estendem para componentes de motor adicionais e não se limitam a uma pá 68. A pá de turbina 68 inclui um rabo de andorinha 98 e um aerofólio 90. O aerofólio 90 se estende de uma ponta 92 até uma raiz 94 o que definir uma direção de envergadura. O rabo de andorinha 98 inclui adicionalmente uma plataforma 96 que é integral com o aerofólio 90 na raiz 94, o que ajuda a conter radialmente o fluxo de ar de turbina. O rabo de andorinha 98 pode ser configurado para ser montado em um disco de rotor de turbina no motor 10. O rabo de andorinha 98 compreende pelo menos uma passagem de entrada, mostrada de modo exemplificativo como três passagens de entrada 100, sendo que cada uma se estende através do rabo de andorinha 98 para fornecer comunicação fluida interna com o aerofólio 90 em uma ou mais saídas de passagem 102. Deve-se verificar que o rabo de andorinha 98 é mostrado em corte transversal, de modo que as passagens de entrada 100 sejam alojadas dentro do corpo do rabo de andorinha 98.

[024] O aerofólio 90 pode definir adicionalmente um interior 104, de modo que um fluxo de fluido de resfriamento C possa ser fornecido através das passagens de entrada 100 até o interior 104 do aerofólio 90. Portanto, o fluxo de fluxo de fluido de resfriamento C pode ser alimentado através das passagens de entrada 100, saindo pelas saídas 102 e passando dentro do interior 104 do aerofólio. O fluxo de gás de combustão quente H pode passar de modo externo ao aerofólio 90, enquanto o fluxo de fluido de resfriamento C se move dentro do interior 104.

[025] A Figura 4 é uma vista esquemática que mostra o componente de motor 120 do motor da Figura 1, que pode compreender o aerofólio 90 da Figura 3. O componente de motor 120 pode ser disposto no fluxo de gases de combustão quentes Η. O fluxo de fluido de resfriamento C pode ser suprido para resfriar o componente de motor 120. Conforme discutido acima em relação às Figuras 1 a 2, no contexto de uma turbina motor, o fluxo de fluido de resfriamento C pode ser qualquer fluido de resfriamento, mas é mais comumente pelo menos um ar ambiente suprido pelo ventilador 20 que desvia do núcleo de motor 44, fluido descarregado do compressor de LP 24 ou fluido descarregado do compressor de HP 26.

[026] O componente de motor 120 inclui uma parede 122 que tem uma superfície quente 126 voltada para o gás de combustão quente H e uma superfície de resfriamento 124 voltada para o fluxo de fluido de resfriamento C. No caso de um motor de turbina a gás, a superfície quente 126 pode ser exposta a gases que têm temperaturas na faixa de 1.000 °C a 2.000 °C. Os materiais adequados para a parede 122 incluem, mas sem limitação, aço, metais refratários tais como titânio, ou super ligas com base em níquel, cobalto ou ferro e compósitos de matriz cerâmica.

[027] O componente de motor 120 pode definir o interior 104 do aerofólio 90 da Figura 3 que compreende a superfície de resfriamento 124. A superfície quente 126 pode ser uma superfície externa do componente de motor 120 tal como um lado de pressão ou sucção do aerofólio 90.

[028] O componente de motor 120 inclui adicionalmente um ou mais orifício (orifícios) de filme 130 que fornecem comunicação de fluido entre a cavidade interior 104 e a superfície quente 126 do componente de motor 120. Durante a operação, o fluxo de fluido de resfriamento C é fornecido para a cavidade interior 104 e para fora do orifício de filme 130 para criar uma camada ou filme fino de ar frio na superfície quente 126 que protege a mesma do fluxo de gás de combustão quente H.

[029] Cada orifício de filme 130 pode ter uma entrada 132 fornecida na superfície de resfriamento 124 da parede 122 fornecida na superfície quente 126 e uma passagem 136 que conecta a entrada 132 e a saída 134. Em operação, o fluxo de fluido de resfriamento C entra no orifício de filme 130 através da entrada 132 e passa através da passagem 136 antes de sair do orifício de filme 130 na saída 134 ao longo da superfície quente 126.

[030] A passagem 136 pode definir uma seção de medição para medir as taxas de fluxo de massa do fluxo de fluido de resfriamento C. A seção de medição pode ser uma porção da passagem 136 com a menor área em corte transversal, e pode ser um local distinto ou uma seção alongada da passagem 136. A passagem 136 pode definir adicionalmente uma seção de difusão em que o fluxo de fluido de resfriamento C pode expandir para formar um filme de resfriamento mais amplo. A seção de medição pode ser fornecida em ou próxima à entrada 132, enquanto a seção de difusão pode ser definida em ou próxima à saída 134.

[031] Uma pluralidade de estruturas de controle de fluxo ilustradas como concavidades 138 podem ser dispostas na superfície de resfriamento 124. A concavidade é recesso hemiesférico ou hemielipsoidal na superfície de resfriamento 124, mas pode compreender também qualquer recesso, tal como um que tenha bordas arredondadas ou chanfradas com um fundo plano em um exemplo não limitante. O fluxo de fluido de resfriamento C que passa sobre ou ao longo das concavidades 138 tende a ser instável ou oscilante, tal como um fluxo em vórtice, e pode ser usado para aprimoramento térmico da parede 122. As concavidades 138 e os orifícios de filme adjacentes 130 podem ser pareados, de modo que um par possa compreender um orifício de filme 130 e uma concavidade 138.

[032] Deve-se compreender que o formato arredondado para os orifícios de filme 130 e as entradas em forma de elipse 132, as saídas 134 e as concavidades 138 são exemplificativos. Formatos de orifício de filme alternativos assim como formato de entrada e saída são contemplados, o que inclui, mas sem limitação, círculo, oval, triângulo, quadrilátero quadrado, único, ou de outro modo, ou uma porção dos mesmos.

[033] De volta às Figuras 5A a 5C, três vistas superiores de uma porção do componente de motor 120 ilustram três implantações exemplificativas separadas das concavidades 138 e as entradas de orifício de filme 132. Na Figura 5A, as entradas de orifício de filme 132 são espaçadas das concavidades 138 e são dispostas a montante de uma concavidade 138 em relação ao fluxo de fluido de resfriamento C. As entradas 132 são alinhadas com as concavidades 138 em relação ao fluxo de fluido de resfriamento C, de modo que um eixo geométrico definido através do centro das entradas 132 estaria disposto paralelo ao fluxo de fluido de resfriamento C. Uma área 133 pode definir um espaço a montante da concavidade 138 onde uma entrada de orifício de filme 132 pode ser posicionada. A área 133 é definida geralmente pela largura da concavidade 138 disposta a jusante da entrada 132 e a distância a meio caminho entre a próxima concavidade a montante 138. A entrada de orifício de filme 132 pode ser posicionada em qualquer lugar dentro da área 133. Deve-se compreender que a área 133, conforme mostrada, é exemplificativa e pode ser maior do que a largura definida entre as concavidades 138, tal como o espaçamento lateral entre as concavidades 138 ou o ponto central entre concavidades lateralmente adjacentes 138. Portanto, deve ser observado que a área 133 pode ser variável, sendo maior ou menor com base nas concavidades 138 ou alternativamente definidas de modo que uma área seja definida a montante de uma concavidade 138.

[034] Na Figura 5B, dois grupos 140, 142 de entradas de orifício de filme 132 são mostrados, sendo que cada grupo 140, 142 é definido por um alinhamento com o fluxo de fluido de resfriamento C. O primeiro grupo 140 é disposto a montante da concavidade e alinhado com o fluxo de fluido de resfriamento C. As entradas 132 do primeiro grupo 140 são dispostas imediatamente a montante das concavidades 138a. Imediatamente a montante da concavidade 138a pode ser definido como adjacente à concavidade 138 ou minimamente espaçado da concavidade 138a de modo que o comprimento entre a concavidade 138 e a entrada 132 seja menor do que a largura de corte transversal da entrada 132. Alternativamente, as entradas 132 podem ser deslocadas das concavidades 138, em que eixos geométricos definidos através das entradas centrais e o centro das concavidades são espaçados e paralelos entre si, sendo alinhadas com o fluxo de fluido de resfriamento C. Uma segunda área 135 pode ser definida entre concavidades adjacentes 138, de modo que a entrada 132 possa ser posicionada a montante, a jusante, lateral a, ou em combinação dos mesmos, sendo que as concavidades 138 definem a segunda área 135. Duas orientações separadas da segunda área 135 são ilustradas e podem ser definidas entre quaisquer três concavidades adjacentes 138. A entrada de orifício de filme 132 pode ser colocada em qualquer lugar dentro da segunda área 135. Semelhante à modalidade da Figura 5A, a segunda área 135 não deve ser interpretada como limitante, e pode ser maior ou menor do que o que é ilustrado, sendo disposta a montante de pelo menos uma concavidade 138.

[035] Ao olhar o segundo grupo 142, as entradas 132 podem ser dispostas a jusante da concavidade 138b. Adicionalmente, as entradas 132 podem ser dispostas lateralmente em relação às concavidades 138c dispostas nos lados das entradas 132, de modo que a entrada 132 possa ser posicionada lateralmente em relação às concavidades 138c. Deve ser verificado que as entradas 132 podem ser colocadas a montante, a jusante, lateral a, ou em qualquer combinação dos mesmos em relação à posição de uma concavidade próxima, com referência à direção do fluxo do fluido de resfriamento C.

[036] Voltando-se para a Figura 5C, o componente de motor 120 pode compreender uma pluralidade de turbuladores invertidos 150 dispostos ao longo da superfície de resfriamento 124. Os turbuladores invertidos 150 similares às concavidades 138 podem ser dispostos na superfície de resfriamento 124 do componente de motor 120 e podem criar um fluxo instável ou oscilante, tal como um fluxo em vórtice e pode ser usado para aprimoramento térmico do componente de motor 120. Os turbuladores invertidos 150 podem definir uma pluralidade de espaços intervenientes 152 entre turbuladores invertidos adjacentes 150 que podem compreender a concavidade disposta na superfície de resfriamento 124. As entradas 132, mostradas como um terceiro grupo 154 e um quarto grupo 156, podem ser dispostas nos espaços intervenientes 152 entre os turbuladores invertidos 150, ou podem ser dispostas nos turbuladores invertidos 150, sendo o terceiro grupo 154 mostrado no espaço interveniente 152 e o quarto grupo 156 mostrado no turbulador invertido 150. O terceiro grupo 154 pode ser disposto a montante ou imediatamente a montante do turbulador invertido 150 para fornecer o fluxo de fluido de resfriamento C para a entrada 132 antes da turbulação do fluxo de fluido de resfriamento C pelo turbulador invertido 150. O quarto grupo 156 é posicionado no turbulador invertido 150, alimentando as entradas 132 com o fluxo de fluido de resfriamento C a montante do fluxo instável a jusante do turbulador invertido 150.

[037] Deve ser compreendido que um turbulador invertido 150 é um turbulador rebaixado ou disposto na superfície de resfriamento 124, de modo que uma concavidade possa ser definida pela disposição rebaixada do turbulador invertido. Os turbuladores típicos se estenderão da superfície de resfriamento 124, contudo, deve ser compreendido que os turbuladores invertidos 150 são rebaixados na superfície de resfriamento.

[038] Deve ser verificado que pares de concavidades 138 e entradas de orifício de filme 132 podem ser pareados para definir pares. Os pares podem ser utilizados para fornecer um fluxo estável para as entradas 132 assim como desenvolver um fluxo preferencial ao longo da superfície de resfriamento 124 do componente de motor. Além disso, os pares podem ser organizados em um padrão predeterminado. Conforme mais bem mostrado na Figura 5A, o padrão predeterminado pode compreender uma fileira. Alternativamente, tal como na Figura 5B, o padrão predeterminado pode compreender fileiras deslocadas. Deve ser verificado que as ilustrações exemplificativas são não limitantes, e padrões adicionais são contemplados tais como angulados, serpentina, em degraus ou de outro modo.

[039] Olhando para a Figura 6, um fluxo de ar de linha de corrente 143 que entra pela concavidade 138 ao longo do centro da concavidade 138 desenvolve um fluxo instável em vórtice 144 dentro da concavidade 138. O fluxo instável 144 pode prevenir que concavidades a jusante 138 sejam alimentadas com um fluxo de ar de linha de corrente estável 143 o que fornece um fluxo de fluido de resfriamento inconsistente C para as entradas 132 e diminui, desse modo, a efetividade do resfriamento de filme fornecido pelos orifícios de filme 130. Portanto, pode ser observado que se colocando a entrada de orifício de filme 132 a montante da concavidade 138 permite que a entrada 132 seja alimentada com o fluxo de ar de linha de corrente consistente 143, alimento de modo estável o orifício de filme 130 com um fluxo de fluido de resfriamento C para fornecer um desenvolvimento de um filme de resfriamento consistente na superfície quente 126. Ao utilizar o fluxo de ar de linha de corrente consistente 143, a eficiência do resfriamento pode ser aumentada ao utilizar orifícios de filme 130 em combinação com concavidades internas 138.

[040] Com referência breve à Figura 7, um fluxo de linha de corrente 145 pode ser deslocado do centro da concavidade 138, o que gera um fluxo em vórtice angulado e instável 146 ao longo da concavidade 138. O fluxo instável angulado 146 pode gerar um fluxo instável ou caótico a jusante da concavidade 138, de modo que a colocação da entrada de orifício de filme 132 a montante da concavidade 138 pode alimentar de modo consistente a entrada 132 com um fluxo de fluido de resfriamento C o que fornece resfriamento de filme consistente na superfície quente 126.

[041] Voltando-se para a Figura 8, as entradas de orifício de filme são dispostas dentro das concavidades 238. A Figura 8 pode ser substancialmente similar à Figura 4 e numerais similares serão usados para identificar elementos similares aumentados por um valor de 100. Na Figura 8, as entradas 232 para os orifícios de filme 230 são dispostas dentro das concavidades 238, de modo que o fluxo de fluido de resfriamento C que é alimentado à superfície quente 226 passe através das concavidades 238. Com referência agora à Figura 9, uma vista superior ilustra a disposição das entradas 232 dentro das concavidades 238, de modo que as entradas 232 possam ser alinhadas com o fluxo de fluido de resfriamento C que se move junto com o componente de motor 220.

[042] Deve ser verificado que enquanto as entradas 232 são ilustradas como dispostas centralmente dentro das concavidades 238, os orifícios de filme podem ser disposto em qualquer lugar dentro das concavidades 238, tal como próximos à borda a montante ou a jusante em exemplos não limitantes. A colocação das entradas de orifício de filme 232 dentro das concavidades 238 pode reduzir o fluxo instável resultante causado pelas concavidades 238, o que desenvolve um fluxo mais estável ao longo das concavidades 238 devido à alimentação de uma porção do fluxo instável para dentro das entradas 232.

[043] Colocar as entradas dentro das concavidades 238 pode reduzir os fluxos de fluido de resfriamento instáveis ou caóticos C, mais bem ilustrados nas Figuras 6 e 7, retirando-se pelo menos uma porção do fluxo de fluido de resfriamento C da concavidade, o que fornece um fluxo mais estável a jusante das concavidades 238. O fluxo mais estável a jusante das concavidades 238 pode ser utilizado por orifícios de filme adicionais 230 ou resfriando-se estruturas consistentemente, sem ter que considerar os fluxos caóticos ou em vértice resultantes das concavidades 238.

[044] Deve ser verificado que a disposição de entradas de orifício de filme ao longo da superfície de resfriamento de um componente de motor fornece a criação de um fluxo mais determinístico que entra pelas entradas e pode complementar adicionalmente as ampliações de transferência de calor fornecidas pelas concavidades. As seções de parede mais espessas entre as concavidades podem definir o fluxo mais determinístico para os orifícios de filme que aumentam a eficiência de resfriamento de filme.

[045] Deve-se compreender que as concavidades geram tipicamente fluxos em vórtice, o que fornece aprimoramento térmico. Contudo, os fluxos gerados pelas concavidades podem interromper os fluxos de entrada de orifício de filme estáveis, o que pode ser prejudicial para a eficiência do resfriamento de filme. Colocando-se os orifícios de filme a montante das concavidades, o fluxo interrompido das concavidades não afetará o fluxo de entrada de orifício de filme. Além disso, a colocação dos orifícios de filme na superfície do componente de motor permite melhores razões de comprimento para diâmetro do orifício de filme em comparação com as larguras de parede mais finas das concavidades. Além disso, a colocação das entradas na superfície em torno das concavidades fornece modelagem de entrada para o orifício de filme que pode aumentar adicionalmente a eficiência de orifício de filme.

[046] Adicionalmente, colocando-se as entradas de orifício de filme nas concavidades, o fluxo instável definido pelas concavidades pode ser minimizado ou pelo menos parcialmente estabilizado pela entrada de orifício de filme extraindo-se de modo estável pelo menos uma porção do fluxo de fluido de resfriamento que passa dentro ou ao longo das concavidades.

[047] 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 quaisquer dispositivos ou sistemas, e a executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram àqueles versados na técnica. Esses outros exemplos são destinados a estarem dentro do escopo das reivindicações se possuírem elementos estruturais que não os diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se os mesmos incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais da linguagem literal das reivindicações.

Lista de Componentes 10 motor 12 eixo geométrico longitudinal (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 pás 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 74 aleta de turbina 76 defletor 78 forro de combustor 80 conjunto de capa 90 aerofólio 92 ponta 94 raiz 96 plataforma 98 cauda de andorinha 100 passagens de entrada 102 saídas 104 interior C fluxo de fluido de resfriamento H fluxo de fluido quente 120 componente de motor 122 parede 124 superfície fria 126 superfície quente 130 orifícios de filme 132 entrada 134 saída 136 passagem 138 concavidade 140 primeiro grupo 142 segundo grupo 143 fluxo de ar de linha de corrente 144 fluxo instável 145 fluxo de linha de corrente 146 fluxo instável 150 turbulador 152 espaço interveniente 154 terceiro grupo 156 quarto grupo 220 componente de motor 222 parede 224 superfície fria 226 superfície quente 230 orifícios de filme 232 entrada 234 saída 236 passagem 238 concavidade Reivindicações

Claims (10)

1. COMPONENTE DE MOTOR [120] PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS [10] que gera um fluxo de gás de combustão quente [h] e fornece um fluxo de fluido de resfriamento [C], caracterizado pelo fato de que compreende: uma parede [122] que separa o fluxo de gás de combustão quente [H] do fluxo de fluido de resfriamento [C] e que tem uma superfície quente [126] junto com o fluxo de gás de combustão quente [H] e uma superfície de resfriamento [124] voltada para o fluxo de fluido de resfriamento [C]; pelo menos uma concavidade [138] fornecida na superfície de resfriamento [124]; pelo menos um orifício de filme [130] que tem uma entrada [132] fornecida na superfície de resfriamento [124], uma saída [134] fornecida na superfície quente [126], e uma passagem [136] que conecta a entrada [132] e a saída [134]; e em que a entrada [132] é espaçada da pelo menos uma concavidade [138], localizada a montante da pelo menos uma concavidade [138] e em alinhamento de fluxo de fluido de resfriamento com a pelo menos uma concavidade [138].

2. COMPONENTE DE MOTOR [120], de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a entrada [132] é imediatamente a montante da pelo menos uma concavidade [138].

3. COMPONENTE DE MOTOR [120], de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a entrada [132] está localizada em relação à pelo menos uma concavidade [138] de modo que o fluxo de fluido de resfriamento [C] com o qual a entrada [132] é alimentada não seja interrompido por um fluxo instável [144, 146] na pelo menos uma concavidade [138].

4. COMPONENTE DE MOTOR [120], de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma concavidade [138] tem uma linha central e o fluxo de fluido de resfriamento [C] flui ao longo da linha central.

5. COMPONENTE DE MOTOR [120], de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um subgrupo de concavidades [138] e entradas [132] é disposto em um padrão predeterminado.

6. COMPONENTE DE MOTOR [120], de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o padrão predeterminado é uma fileira [140, 142],

7. COMPONENTE DE MOTOR [120], de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o subgrupo de concavidades [138] é disposto em fileiras [140, 142], sendo que uma das fileiras [140, 142] é dos pares de concavidades [138] e entradas [132].

8. COMPONENTE DE MOTOR [120], de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as entradas [132] do subgrupo estão imediatamente a montante da concavidade pareada [138].

9. COMPONENTE DE MOTOR [120], de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a entrada [132] está localizada em relação à concavidade pareada [138] de modo que o fluxo de fluido de resfriamento [C] com o qual a entrada é alimentada não seja interrompido por um fluxo instável [144,146] na pelo menos uma concavidade [138].

10. COMPONENTE DE MOTOR [120], de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a concavidade [138] do subgrupo tem uma linha central e o fluxo de fluido de resfriamento [C] da entrada pareada [132] flui ao longo da linha central.