BR102016028576A2 - Aerofolith for a gas turbine engine - Google Patents

Abstract

trata-se de um aerofólio [78] para um motor de turbina a gás [10] que pode ter uma parede exterior [98, 100] e uma parede interior [110], sendo que cada parede tem uma espessura [114, 116]. as paredes [98, 100, 110] podem cruzar-se para definir uma quina [112] na intersecção. uma passagem de resfriamento [106, 108] pode ser definida pelas paredes [98, 100, 110] em ou próximo à quina [112] para fornecer comunicação fluida entre o interior e o exterior do aerofólio [78]. um orifício de filme [122] pode ser disposto nas paredes [98, 100, 110] e pode ter um comprimento [l] e diâmetro [d] para definir uma razão entre comprimento e diâmetro, l/d. um filete arqueado [120] pode ser localizado na quina [112] para definir um raio eficaz [152] para o filete [120]. o raio eficaz [152] pode ser pelo menos 1,5 vez maior do que as espessuras [114, 116] das paredes [98, 100, 110] para fornecer uma razão entre comprimento e diâmetro aumentada para o orifício de filme [122].

Description

"AEROFÓLIO PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS" Antecedentes da Invenção [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 a geração de potência.

[002] Os motores de turbina a gás para aeronaves são projetados para operar em altas temperaturas para maximizar a 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 cerca de 1.000 °C um 2.000 °C e o ar de resfriamento do compressor é cerca 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, bem como alhetas ou bocais, 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, a borda dianteira, a borda traseira e a ponta da pá.

Descrição Resumida [004] Em um aspecto, um aerofólio para um motor de turbina a gás compreende uma parede externa que define um lado de pressão e um lado de sucção sendo que a parede externa se estende no sentido da corda a partir de uma borda dianteira para uma borda traseira e no sentido da envergadura a partir de uma raiz para uma ponta. Uma passagem de resfriamento é localizada dentro do aerofólio e é definida pelo menos parcialmente por uma parede de passagem que cruza com a parede externa para definir uma quina da passagem de resfriamento, sendo que a parede de passagem tem uma primeira espessura na quina e a parede externa tem uma segunda espessura na quina. Um filete é localizado na quina e tem um raio eficaz de pelo menos 1,5 vez maior do que a maior dentre a primeira e a segunda espessuras. Pelo menos um orifício de filme, que tem um comprimento eficaz L e um diâmetro eficaz D, se estende através do filete para acoplar de modo fluido a passagem de resfriamento a um exterior do aerofólio.

[005] Em outro aspecto, um método para formar um orifício de filme em um aerofólio de um motor de turbina a gás compreende formar um orifício de filme através de um filete de uma quina de uma passagem de resfriamento formada pela intersecção de duas paredes, sendo que o filete tem um raio eficaz de pelo menos 1,5 vez maior do que a maior dentre as espessuras para as duas paredes.

[006] Em ainda outro aspecto, um componente para um motor de turbina a gás compreende uma passagem de resfriamento interna formada pelo menos parcialmente cruzando paredes que definem uma quina, que tem um filete com um raio eficaz de pelo menos 1,5 vez a espessura da mais espessa dentre as paredes de intersecção e pelo menos um orifício de filme que se estende através do filete e pelo menos uma dentre as paredes de intersecção.

Breve Descrição das Figuras [007] Nas figuras: [008] A Figura 1 é uma vista em corte esquemática de um motor de turbina a gás.

[009] A Figura 2 é uma vista em perspectiva esquemática de um aerofólio do motor da Figura 1.

[010] A Figura 3 é uma vista em corte transversal do aerofólio da Figura 2 que ilustra passagens de resfriamento internas.

[011] A Figura 4 é uma vista em corte transversal da Figura 3 que tem filetes localizados nas quinas das passagens de resfriamento.

[012] A Figura 5 é uma vista em corte transversal da Figura 3 que tem filetes dentro das quinas de outra passagem interna.

[013] A Figura 6 é uma vista aproximada dos filetes da Figura 5 que ilustra um raio eficaz de filete.

[014] A Figura 7 é uma vista em corte transversal aproximada do aerofólio da Figura 2 que ilustra a raiz do aerofólio.

[015] As Figuras 8A e 8B são vistas aproximadas da seção da Figura 7 que ilustram tanto filetes internos como externos.

Descrição das Realizações da Invenção [016] As realizações descritas da presente invenção se referem 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.

[017] Deve-se entender adicionalmente 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 entendido, entretanto, que a invenção não é limitada à pá de turbina, e pode compreender qualquer estrutura de aerofólio, tal como uma pá de compressor, uma alheta de turbina ou compressor, uma pá de ventilador ou uma haste em exemplos não limitantes. Além disso, a otimização em filete pode ter usos em componentes de motor adicionais que utilizam orifícios de filme ou resfriamento de filme de superfície, tais como uma faixa, conjunto de combustor ou plataforma em exemplos não limitantes.

[018] Conforme usado no presente documento, o termo “de avanço” ou “a montante” se refere a mover em uma direção para a entrada de motor, ou um componente que é relativamente mais próximo à entrada de motor quando comparado a outro componente. O termo “para trás” ou “a jusante” usado em conjunto com “de avanço” ou “a montante” se refere a uma direção para a traseira ou saída do motor em relação à linha central de motor.

[019] 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.

[020] 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) 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 indicado de outra forma. Desse modo, as referências de conexão não necessariamente inferem que dois elementos estão diretamente conectados e em relação fixa entre si. Os desenhos exemplificativos são para propósitos de ilustração apenas e as dimensões, posições, ordem e tamanhos relativos refletidos nos desenhos anexos podem variar.

[021] Deve-se entender adicionalmente que, conforme usado no presente documento, o termo "filete" é usado para descrever material que “preenche” em uma quina formada por uma união de duas paredes de intersecção. Deve-se entender adicionalmente que as paredes de intersecção podem ser integrais e não precisam compreender elementos de intersecção separados. De modo similar, o filete pode ser integral com as paredes de intersecção. No caso de o filete ser integral às paredes d interseção, não há demarcação clara entre o filete e a quina. Em tal caso, o filete pode ser identificado estendendo-se virtualmente a espessura de parede até as paredes cruzarem para formar uma quina virtual.

[022] 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.

[023] 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 [024] 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 é 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. As porções do motor 10 montadas e que giram com qualquer uma ou ambas as bobinas 48, 50 são denominadas, de modo individual ou coletivo, um rotor 51.

[025] 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 conjunto correspondente de alhetas 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 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 até uma ponta de pá, enquanto as alhetas 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, alhetas e estágios de compressor mostrados 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 em um disco 53, que é montado à bobina correspondente dentre HP e LP 48, 50, sendo que cada estágio tem seu próprio disco. As alhetas 60, 62 são montadas no invólucro de núcleo 46 em uma disposição circunferencial ao redor do rotor 51.

[026] 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 pás de turbina 68, 70 é girado em relação a um conjunto correspondente de alhetas de turbina estáticas 72, 74 (também chamadas 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 alhetas 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, palhetas e estágios de compressor mostrados na Figura 1 foi selecionado apenas para propósitos ilustrativos, e que outros números são possíveis.

[027] 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, por fim, 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.

[028] 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 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.

[029] 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. A cauda de andorinha 76 pode ser configurada para ser montada em um disco de rotor de turbina no motor 10. O aerofólio 78 se estende a partir de uma ponta 80 a uma raiz 82 que define uma direção no sentido da envergadura. 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 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. As passagens de entrada 88, 90, 92, conforme mostrado, são exemplificatívas e não devem ser entendidas como limitantes. Mais ou menos passagens de entrada podem ser usadas para fornecer um fluxo de fluido interno ao aerofólio 78. 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. Deve-se verificar adicionalmente que as realizações, conforme descritas no presente documento, se referem a um aerofólio 78, entretanto, isso não deve ser interpretado como limitante da invenção e componentes de motor adicionais tais como uma pá, alheta, haste, ou conjunto de capa, em exemplos não limitantes, podem ser substituídos pelo aerofólio.

[030] Voltando-se para a Figura 3, o aerofólio 78, mostrado em corte transversal, tem uma parede externa que define uma parede de pressão em formato côncavo 98 e uma parede de sucção em formato convexo 100 que são unidas em conjunto para definir um formato de aerofólio. Uma borda dianteira 102 e uma borda traseira 104 definem uma direção no sentido da corda que se estende entre as mesmas. O aerofólio 78 gira em uma direção de modo que a parede de pressão 98 siga a parede de sucção 100. Desse modo, conforme mostrado na Figura 3, o aerofólio 78 girará de modo ascendente em direção ao topo da página.

[031] O aerofólio 78 compreende um interior 96 que tem uma pluralidade de passagens de resfriamento, mostradas de modo exemplificativo como uma primeira passagem 106 e uma segunda passagem de resfriamento 108, separada por uma parede de passagem 110 disposta entre as passagens 106, 108. As passagens de resfriamento 106, 108 podem compreender um corte transversal simétrico, ou alternativamente, podem compreender um corte transversal assimétrico. Uma pluralidade de quinas 112 pode ser definida nas junções entre a parede de passagem 110 e as paredes de pressão e de sucção 98, 100. Embora as quinas 112 sejam mostradas como quinas pontiagudas que têm um ponto definido, deve-se verificar que as mesmas não são limitadas dessa forma. Por exemplo, as quinas 112 podem ser levemente arredondadas ou, de outra maneira, de modo que uma quina virtual possa ser definida. Deve-se verificar adicionalmente que as quinas arredondadas não são equivalentes aos filetes descritos no presente documento. Os filetes definem uma espessura aumentada, enquanto a quina levemente arredondada pode ser nominal. A parede de pressão 98 e a parede de sucção 100 podem ter uma primeira espessura 114, e a parede de passagem 110 pode ter uma segunda espessura 116, sendo que as espessuras 114, 116 são definidas de modo adjacente às quinas 112. As espessuras 114, 116 podem ser a largura de corte transversal das respectivas paredes. Deve-se verificar que as respectivas geometrias de cada passagem de resfriamento 106, 108 dentro do aerofólio 78, conforme mostrado, são exemplificativas e não devem limitar o aerofólio 78 às geometrias, dimensões ou posições conforme mostrado.

[032] Um ângulo de quina 118 pode ser definido em cada quina 112. As paredes ide intersecção para definir a quina 112 podem cruzar de um modo que defina um ângulo agudo, reto ou obtuso 118 para a quina 112. Adicionalmente, uma ou mais dentre as paredes se intersecção podem ser anguladas ou arqueadas, de modo que a quina 112 compreenda uma distância em corte transversal crescente que se estende da quina 112 na união entre as duas paredes.

[033] Voltando-se agora à Figura 4, a primeira passagem 106 compreende filetes 120, que são demarcados a partir das paredes 98, 100, 110 pelas linhas tracejadas. Os filetes 120 têm uma espessura que se estende para fora a partir da linha tracejada que representa 114, 116. Os filetes 120 compreendem uma espessura aumentada nas quinas 112 em relação às espessuras de parede 114, 116. Um ou mais orifícios de filme 122 se estendem a partir da primeira passagem 106 para a superfície externa do aerofólio 78 através dos filetes 120. Os orifícios de filme 122 compreendem uma primeira porção 124 e uma segunda porção 126. As porções 124, 126 são representativas de um ângulo composto para os orifícios de filme 122.

[034] O ângulo composto dos orifícios de filme pode ser definido como tendo tanto um componente axial como um componente radial em relação à linha central de motor 12. Desse modo, pode-se entender que, embora os orifícios de filme 122 sejam mostrados em corte transversal sendo substancialmente axiais, isto é, paralelos à linha central de motor 12, os orifícios de filme 122 também podem se estender em uma direção radial em relação à linha central de motor 12, ou uma combinação de axial e radial. As primeira e segunda porções 124, 126, conforme ilustradas, podem ser entendidas como que contemplam os componentes radiais ou axiais que são adjacentes à parte interna o externa do aerofólio 78. Além disso, os orifícios de filme 122 podem ser não lineares, que definem pelo menos uma porção de um perfil arqueado. Os orifícios de filme 122, conforme ilustrado, são exemplificativos e devem ser entendidos como não limitantes, tendo qualquer combinação de componentes radiais e axiais.

[035] Voltando-se especificamente na seção aproximada IV, que tem o orifício de filme 122 removido para fins ilustrativos, deve-se entender que os filetes 120 são um material que preenche a quina 112 em uma união de paredes de interseção, que definem uma espessura aumentada. A espessura aumentada pode ser definida contra as extensões virtuais das paredes 98, 110, mostradas em linha tracejada, de modo que as paredes 98, 110 no filete 120 tenham uma espessura aumentada que é maior do que as espessuras 114, 116 das respectivas paredes 98, 100. Deve-se entender que os filetes 120 não precisam compreender material adicionado, mas podem ser integrais com pelo menos uma dentre as paredes 98, 100, 110, e podem definir uma espessura contra as extensões virtuais das paredes 98, 110 adjacentes ao filete 120. Deve-se verificar, adicionalmente, que as extensões virtuais das paredes 98, 110, ilustradas em linha tracejada, são para propósitos ilustrativos, que fornecem ao leitor um meio de comparação visual da espessura do filete 120 contra as espessuras de parede 114, 116, e tal extensão das paredes adjacentes ao filete 120 não é exigida.

[036] Na Figura 5, quando comparado à Figura 4, os filetes 120 são dispostos nas quinas 112 da segunda passagem de resfriamento 108. Os orifícios de filme 122 se estendem a partir da primeira passagem de resfriamento 106, através da parede de passagem 110 e dos filetes 120, e para fora das paredes de pressão e de sucção 98,100. Nessa versão, os orifícios de filme 122 não são restritos a serem compostos. Os mesmos podem ser axiais, radiais, lineares ou compostos, ou arqueados, etc. Além disso, a passagem de resfriamento 106 ainda pode ter filetes 120, mas as entradas dos orifícios de filme 122 são dispostas na porção de não filete.

[037] Na Figura 6, o filete 120 disposto dentro da segunda passagem de resfriamento 108 pode definir pelo menos uma porção de um círculo ou uma superfície arqueada, de modo que um raio eficaz 152 seja definido entre o filete 120 e um ponto central 154 do círculo 150. Alternativamente, o filete 120 pode ser definido como um filete composto, que tem superfícies arqueadas ou lineares distintas que definem o filete 120. O filete 120 compreende uma espessura que se estende entre a quina 112, mostrada em linha tracejada, e a superfície arqueada 150. Um comprimento L pode ser definido como o comprimento entre uma entrada 156 e uma saída 158 dos orifícios de filme 122 e um diâmetro D pode ser definido como a largura de corte transversal do orifício de filme 122. O comprimento pode ser determinado como a distância entre a entrada 156 e a saída 158 através do centro do orifício de filme 122 onde a linha central cruza a superfície de aerofólio. Como tal, o orifício de filme 122 pode ser definido pela razão entre comprimento e diâmetro, L/D. Embora os orifícios de filme 122 sejam ilustrados como tendo uma área em corte transversal crescente na segunda porção 126, deve-se entender que os orifícios de filme 122 podem compreender um diâmetro D consistente e área em corte transversal, sendo que a segunda porção 126 é apenas exemplificativa do ângulo composto dos orifícios de filme 122. De modo similar, a disposição composta do comprimento L é exemplificativa do orifício de filme composto 122, e deve-se entender que o comprimento L pode ser medido ao longo de uma linha central do orifício de filme 122 entre a entrada e a saída 156, 158 nas respectivas superfícies. Desse modo, a linha central do orifício de filme 122 pode ser reta, curvada, arqueada, unida, etc. em exemplos não limitantes.

[038] O filete 120 é conformado de modo que o raio eficaz 152 seja pelo menos 1,5 vez maior do que a maior dentre a primeira ou segunda espessura 114, 116, e pode ser tão grande quanto 10,0 vezes a maior dentre as espessuras 114, 116. Alternativamente, o formato e o tamanho do filete 120 podem ser adaptados para aumentar o comprimento L dos orifícios de filme 122, que passariam, de outra maneira, através da segunda passagem de resfriamento 108. O aumento do comprimento L dos orifícios de filme 122 aumenta o valor para a razão entre L/D. Além disso, o ângulo 118 definido pela quina 112 pode fornecer um raio eficaz aumentado ou diminuído 152. Por exemplo, a quina em filete 112, conforme ilustrado, é aguda fornecendo um raio eficaz 152 de aproximadamente 1,5 a 2,0 vezes a maior dentre as espessuras 114, 116. Em quinas alternativas 112 em que o ângulo 118 é obtuso, por exemplo, o filete 120 pode definir um raio eficaz que pode ser cerca de 4,0 vezes as espessuras 114, 116, ou mais. Como tal, deve-se entender que o raio eficaz 152 para o filete 120 pode ser entre 1,5 e 10,0 vezes as espessuras 114, 116 das paredes 100, 110 que definem a quina 112, que pode ser determinada pelo ângulo 118 da quina 112.

[039] Deve-se verificar que o círculo 150 definido pelo filete 120 é exemplificativo. O filete 120 não precisa ser conformado de modo que filete 120 defina o círculo 150. O filete 120 pode ser qualquer formato arqueado ou segmento do mesmo, de modo que um raio ou raio local possa definir o raio eficaz. O filete 120 pode ser um arco não circular, de modo que um segmento do arco ou pelo menos uma porção do filete 120 possa definir um raio local para compreender o raio eficaz 152. Adicionalmente, ao utilizar um raio composto de curvatura definido pelo filete 120, o raio geral médio pode ser usado para determinar o raio eficaz 152.

[040] Voltando-se para a Figura 7, uma seção do aerofólio 78 na raiz 82 ilustra uma quina externa 172 do aerofólio 78. As primeira e segunda passagens de resfriamento 106, 108 são ilustradas internamente ao aerofólio 78, com a segunda passagem de resfriamento 108 adjacente à parede de sucção 100 em comunicação fluida com a terceira passagem interna 92 na saída de passagem 94. Um volume externo 170 é definido externamente ao aerofólio 78 na parede de sucção 100, que está em comunicação fluida com a segunda passagem de resfriamento 108 através de um orifício de filme 173.

[041] Voltando-se, agora, para as Figuras 8A e 8B, a quina externa 172 compreende um filete externo 182. Na Figura 8A o filete externo 182 é usado em combinação com o filete interno 120 na segunda passagem de resfriamento 108. Os filetes 120, 182 fornecem uma espessura aumentada de modo que o comprimento L do orifício de filme composto 173, que compreende tanto componentes cilíndricos 174 como de difusão 176, possa ser aumentado para definir um valor maior de L/D para o orifício de filme 173. De modo similar, na Figura 8B, uma terceira passagem interna 184 pode utilizar o filete 120, 182 para definir uma porção de espessura aumentada de modo que uma porção arqueada 178 que se acopla a uma porção linear 180 do orifício de filme 173 possa ser disposta dentro das paredes do aerofólio 78.

[042] Deve-se verificar que as superfícies em filete, que são internas ou externas, aumentam os valores de L/D para orifícios de resfriamento conformado de modo composto aumentando-se localmente tanto o raio de filete interno como externo através do qual o orifício penetra. Os valores aumentados para L/D fornecem eficácia de orifício de resfriamento aumentada. Os filetes podem aumentar minimamente o peso de sistema geral sem engrossar toda uma parede ou superfície. Além disso, os filetes fornecem um aumento no suporte estrutural. Ainda de modo adicional, os filetes acomodam conformação de saída ou entrada de orifício de filme, bem como geometrias não lineares. Como tal, a conformação de saída deve ser entendida como qualquer formato diferente de uma saída ou entrada redonda padrão.

[043] Os orifícios de filme podem ser em uma superfície de parede ou uma superfície de filete e penetrar através de pelo menos uma porção do filete, permitindo um comprimento aumentado para o orifício de filme impossível, de outro modo, de ser alcançado sem o filete. Além disso, os filetes podem ser compostos, tais como superfícies internas em filete ou a combinação em superfícies externa e interna para aumentar adicionalmente o comprimento para alcançar valores de L/D maiores.

[044] Deve-se verificar, adicionalmente, que os filetes fornecem um comprimento aumentado fornecendo o potencial para uma faixa mais larga de orifícios de filme, tais como orifícios de filme curvados, orifícios de filme “curvados em S” bem como outras orientações além de um orifício de filme composto ou reto padrão com eficácia aumentada.

[045] Deve-se entender que, embora as realizações, conforme descritas no presente documento, se refiram a um aerofólio, as quinas em filete podem ser utilizadas em componentes de motor adicionais que têm paredes de interseção para definir uma quina e que utilizam orifícios de filme ou que resfriam em ou próximo a essas quinas dos componentes de motor.

[046] Esta descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, inclusive o melhor modo, e para possibilitar que qualquer versado na técnica pratique a invenção, inclusive a fazer e a usar quaisquer aparelhos 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. Tais outros exemplos são destinados a estarem dentro do escopo das reivindicações caso possuam elementos estruturais que não os difiram da linguagem literal das reivindicações, ou caso incluam elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais da linguagem literal das reivindicações.

Lista de Componentes 10 motor 12 eixo geométrico longitudinal (linha central) 14 para frente 16 para trás 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 de HP / eixo de HP

50 bobina de LP / eixo de LP 52 estágio de compressor 54 estágio de compressor 56 pá de compressor 58 pá de compressor 60 alheta de compressor (bocal) 62 alheta de compressor (bocal) 64 estágio de turbina 66 estágio de turbina 68 pá de turbina 70 pá de turbina 72 alheta de turbina 74 alheta de turbina 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 de pressão 100 parede de sucção 102 borda dianteira 104 borda traseira 106 primeira passagem de resfriamento 108 segunda passagem de resfriamento 110 parede de passagem 112 quinas 114 primeira espessura 116 segunda espessura 118 ângulo de quina 120 filete 122 orifício de filme 124 primeira porção 126 segunda porção L comprimento diâmetro 150 superfície arqueada 152 raio eficaz 154 ponto central 156 entrada 158 saída 170 volume externo 172 quina externa 173 orifícios de filme 174 componente axial 176 componente radial 178 porção arqueada 180 porção linear 182 filete Reivindicações

Claims (10)

1. AEROFOLIO [78] PARA UM MOTOR DE TURBINA A GAS [10], sendo que o aerofólio [78] é caracterizado pelo fato de que compreende: uma parede externa que define um lado de pressão [98] e um lado de sucção [100], sendo que a parede externa se estende no sentido da corda de uma borda dianteira [102] a uma borda traseira [104] e no sentido de envergadura de uma raiz [82] a uma ponta [80]; uma passagem de resfriamento [106, 108] localizada dentro do aerofólio [78] e definida pelo menos parcialmente por uma parede de passagem [110] que cruza com a parede externa para definir uma quina [112] da passagem de resfriamento [106, 108], sendo que a parede de passagem [110] tem uma primeira espessura [116] na quina [112], e a parede externa tem uma segunda espessura [114] na quina [112]; um filete [120] localizado na quina [112] e que tem um raio eficaz [152] de pelo menos 1,5 vez maior do que a maior dentre a primeira e segunda espessuras [114, 116]; e pelo menos um orifício de filme [122] que tem um comprimento, L, e diâmetro, D, que se estende através do filete [120] para acoplar de modo fluido a passagem de resfriamento [106, 108] a um exterior do aerofólio [78].

2. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o orifício de filme [122] tem um comprimento eficaz, L, e diâmetro eficaz, D, e o filete [120] tem uma espessura que define uma razão entre comprimento e diâmetro, L/D, do orifício de filme [122] maior do que 2.

3. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aerofólio [78] é um dentre uma pá giratória ou uma alheta estacionária.

4. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o raio eficaz [152] é pelo menos 2,0 vezes maior do que a maior dentre a primeira e a segunda espessuras [114, 116].

5. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o raio eficaz [152] é maior do que 4,0 vezes a espessura da maior dentre a primeira e a segunda espessuras [114,116].

6. AEROFOLIO [78], de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o raio eficaz [152] é menor do que 10,0 vezes maior do que a maior dentre a primeira e segunda espessuras [114, 116].

7. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, um ângulo [118] definido pela quina [112], em que o ângulo [118] determina o raio eficaz [152].

8. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um orifício de filme [122] se estende através da parede externa.

9. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o filete [120] está localizado internamente em relação ao aerofólio [78],

10. AEROFÓLIO [78], de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a passagem de resfriamento [106, 108] tem de uma a duas quinas [112]