BR102016028613A2 - Pad for a gas turbine engine - Google Patents

Abstract

trata-se de uma pá para um motor de turbina a gás [10] que compreende um aerofólio [78] que tem um lado de pressão [98] e um lado de sucção [100], com uma raiz [82] e uma parede de ponta [120]. o lado de pressão [98] e o lado de sucção [100] se estendem para além da parede de ponta [120] para definir um canal de ponta [121], que define uma pluralidade de arestas interior e exterior [138]. as arestas [138] compreendem filetes [140] para definir uma espessura sendo mais elevada que a espessura para as paredes de pressão [98], de sucção [100] ou de ponta [120]. um orifício de película [132] pode se estender através do filete [140], de modo que o comprimento do orifício de película [132] no filete [140] possa ser aumentado para definir uma razão de comprimento para diâmetro aumentada para o orifício de película [132] para melhorar o resfriamento de película através do orifício de película [132].

Description

“PÁ PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS” Antecedentes da Invenção [001] Os motores de turbina e, particularmente, os motores de turbina a gás ou de combustão, são motores giratórios que extraem energia a partir de um fluxo de gases queimados que passam através do motor em uma série de estágios de compressor, o que inclui pares de pás giratórias e palhetas estacionárias, através de um combustor e, então, sobre uma multidão de pás de turbina. Os motores de turbina a gás têm sido usados para locomoção náutica e terrestre e para geração de potência, mas são usados de forma mais comum para aplicações aeronáuticas como para aviões, incluindo helicópteros. Em aviões, os motores de turbina a gás são usados para propulsão da aeronave.

[002] Os motores de turbina a gás para aeronave são destinados para operar em temperaturas altas para maximizar a eficiência de motor, de forma que o resfriamento de certos componentes de motor, como a turbina de alta pressão e a turbina de baixa pressão, possa ser benéfico. Tipicamente, o resfriamento é alcançado pela canalização de ar resfriado a partir de compressores de alta e/ou baixa pressão para os componentes de motor que requerem resfriamento. As temperaturas na turbina de alta pressão são cerca de 1.000 °C a 2.000 °C e o ar de resfriamento a partir do compressor é cerca de 500 °C a 700 °C. Embora o ar de compressor esteja em uma temperatura alta, o mesmo é resfriado em relação ao ar de turbina e pode ser usado para resfriar a turbina.

[003] As pás de turbina contemporâneas, bem como as palhetas ou bocais, incluem em geral um ou mais circuitos de resfriamento interior para girar o ar de resfriamento através da pá para resfriar porções diferentes da pá, e podem incluir circuitos de resfriamento dedicados para porções diferentes de resfriamento da pá, como o bordo de ataque, o bordo de fuga e a ponta da pá.

Descrição Resumida da Invenção [004] Em um aspecto, uma pá para um motor de turbina a gás compreende um aerofólio que tem uma parede externa que define um lado de pressão e um lado de sucção, em que a parede externa se estende no sentido da corda de um bordo de ataque para um bordo de fuga e no sentido da envergadura de uma raiz em direção a uma ponta. A pá compreende adicionalmente um canal de ponta que atravessa o lado de pressão e o lado de sucção da parede externa e intersecta a parede externa para formar pelo menos uma aresta, em que a parede externa tem uma primeira espessura na aresta e o canal de ponta tem uma segunda espessura na aresta. A pá tem adicionalmente uma passagem de resfriamento que tem uma porção localizada ao longo do canal de ponta e pelo menos definida pelo canal de ponta e a parede externa de forma que a aresta defina uma aresta da passagem de resfriamento. Ainda adicionalmente, a pá compreende um filete localizado na aresta que tem um raio efetivo de pelo menos 1,5 vez maior que a mais elevada dentre a primeira e a segunda espessuras, e pelo menos um orifício de película que se estende através do filete para acoplar fluidamente a passagem de resfriamento a um exterior do aerofólio.

[005] Em outro aspecto, um método para formar orifícios de película em uma pá de um motor de turbina a gás compreende formar o orifício de película através de um filete de uma aresta de uma passagem de resfriamento formada pela interseção de um canal de ponta e uma parede externa, com o filete tendo um raio efetivo de pelo menos 1,5 vez mais elevado que a mais elevada das espessuras para o canal de ponta e a parede externa.

[006] Em outro aspecto, uma pá para um motor de turbina a gás compreende um aerofólio que tem uma passagem de resfriamento interna formada, pelo menos parcialmente, intersectando-se um canal de ponta e uma parede externa que definem uma aresta que tem um filete com um raio efetivo de pelo menos 1,5 vez a espessura da espessura do canal de ponta de interseção e parede externa e pelo menos um orifício de película que se estende através do filete e pelo menos um do canal de ponta e da parede externa.

Breve Descrição das Figuras [007] Nos desenhos: [008] A Figura 1 é um diagrama esquemático em corte transversal de um motor de turbina a gás para uma aeronave.

[009] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de um componente de motor na forma de uma pá de turbina do motor da Figura 1 com passagens de entrada de ar de resfriamento.

[0010] A Figura 3 é uma vista em corte transversal do aerofólio da Figura 2.

[0011] A Figura 4 é uma vista em perspectiva de uma ponta do aerofólio da Figura 2 que ilustra um canal de ponta e uma prateleira de ponta.

[0012] As Figuras 5A a 5C são vistas em corte transversal de seção V da Figura 4 que ilustram um comprimento de orifício de película aumentado colocando-se um filete no canal de ponta.

[0013] A Figura 6 é uma vista esquemática que ilustra o comprimento de orifício de película aumentado com um filete externo na ponta do aerofólio.

[0014] As Figuras 7A a 7C são vistas em corte transversal de seção VII da Figura 4 que ilustram o comprimento de orifício de película aumentado colocando-se um filete interno do aerofólio adjacente ao canal de ponta.

[0015] As Figuras 8A a 8C são vistas em corte transversal de seção VIII da Figura 4 que ilustram o comprimento de orifício de película aumentado com um filete interno que tem o orifício de película se estendendo para uma parede lateral.

[0016] As Figuras 9A a 9C são vistas em corte transversal de seção VIII da Figura 4 que ilustram o comprimento de orifício de película aumentado com um filete interno dentro de um circuito de serpentina interno.

[0017] As Figuras 10A a 10B são vistas em corte transversal de seção IX da Figura 4 que ilustram o comprimento de orifício de película aumentado com um filete interno que tem o orifício de película se estendendo para uma prateleira de ponta.

Descrição Detalhada da Invenção [0018] As realizações descritas da presente invenção são destinadas a aparelhos, métodos e outros dispositivos relacionados à rotação de fluxo de ar em um motor de turbina. Para fins de ilustração, a presente invenção será descrita com relação a um motor de turbina a gás de aeronave. Será entendido, no entanto, que a invenção não é tão limitada e pode ter aplicabilidade geral em aplicações de não aeronave, como outras aplicações móveis e aplicações não móveis industrial, comercial e residencial.

[0019] Deve ser entendido adicionalmente que para fins de ilustração, a presente invenção será descrita com relação a um aerofólio para uma pá de turbina do motor de turbina. Será entendido, no entanto, que a invenção não é limitada à pá de turbina, e pode compreender qualquer estrutura de aerofólio, como uma pá de compressor, uma palheta de turbina ou de compressor, uma pá de ventilador ou um suporte em exemplos não limitantes. Além disso, a otimização em filetes pode ter usos em componentes de motor adicionais que utilizam orifícios de película ou resfriamento de película de superfície, como uma banda, conjunto de combustor ou plataforma em exemplos não limitantes.

[0020] Como usado no presente documento, o termo “para frente” ou “a montante” se refere à movimentação em uma direção para a entrada de motor, ou um componente estando relativamente perto da entrada de motor quando comparado a outro componente. O termo “para trás” ou “a jusante” usada em conjunção com “para frente” ou “a montante” se refere a uma direção na traseira ou saída do motor em relação à linha central do motor.

[0021] Adicionalmente, como 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.

[0022] Todas as referências direcionais (por exemplo, radial, axial, proximal, distai, superior, inferior, ascendente, descendente, esquerda, direita, lateral, frontal, posterior, de topo, de fundo, acima, abaixo, vertical, horizontal, em sentido horário, em sentido anti-horário, a montante, a jusante, para trás, etc.) são usadas apenas para identificar fins para auxiliar o entendimento do leitor da presente invenção, e não criar limitações, particularmente em relação à posição, orientação ou uso da invenção. As referências de conexão (por exemplo, anexada, acoplada, conectada e unida) devem ser consideradas de forma ampla, e podem incluir membros intermediários entre uma coleção de elementos e movimento relativo entre elementos, a menos que indicado em contrário. Como tal, as referências de conexão não inferem necessariamente que dois elementos estejam conectados diretamente e em relação fixa um ao outro. Os desenhos exemplificativos são apenas para fins de ilustração e as dimensões, posições, ordem e tamanhos relativos refletidos nos desenhos anexos podem variar.

[0023] Deve ser entendido adicionalmente que como usado no presente documento, o termo “filete” é usado para descrever o material que “preenche” em uma aresta formada por uma junção de duas paredes de interseção. Deve ser entendido adicionalmente que as paredes de interseção podem ser integrais e não necessitam de compreender elementos de interseção separados. De forma similar, o filete pode ser integral com as paredes de interseção. Em caso de o filete ser integral às paredes de interseção, não há demarcação clara entre o filete e a aresta. Em tal caso, o filete pode ser identificado estendendo-se virtualmente a espessura de parede até as paredes se intersectarem para formar uma aresta virtual.

[0024] A Figura 1 é um diagrama esquemático em corte transversal de um motor de turbina a gás 10 para uma aeronave. O motor 10 tem um eixo geométrico, ou linha central, que se estende de forma geralmente longitudinal 12 da parte traseira 14 à parte traseira 16. O motor 10 inclui, em uma relação de fluxo de série a jusante, uma seção de ventilador 18 que inclui um ventilador 20, uma seção de compressor 22 que inclui um compressor de reforço ou de baixa pressão (LP) 24 e um compressor de alta pressão (HP) 26, uma seção de combustão 28 que inclui um combustor 30, uma seção de turbina 32 que inclui uma turbina de HP 34 e uma turbina de LP 36, e uma seção de escape 38.

[0025] A seção de ventilador 18 inclui um revestimento de ventilador 40 que circunda o ventilador 20. O ventilador 20 inclui uma pluralidade de pás de ventilador 42 dispostas radialmente em torno 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 envolvido pelo revestimento de núcleo 46, que pode ser acoplado com o revestimento de ventilador 40.

[0026] Uma haste ou bobina de HP 48 disposta coaxialmente em torno da linha central 12 do motor 10 conecta de forma condutora a turbina de HP 34 ao compressor de HP 26. Uma haste ou bobina de LP 50, que está disposta coaxialmente em torno da linha central 12 do motor 10 dentro da bobina de HP de maior diâmetro anular 48, conecta de forma condutora a turbina de LP 36 ao compressor de LP 24 e ao ventilador 20. As porções do motor 10 montadas e que giram com uma ou ambas as bobinas 48, 50 são referidas individualmente ou coletivamente como um rotor 51.

[0027] O compressor de LP 24 e o compressor de HP 26 incluem, respectivamente, uma pluralidade de estágios de compressor 52, 54, nos quais um conjunto de pás de compressor 58 gira em relação a um conjunto correspondente de palhetas de compressor estáticas 60, 62 (também chamado de bocal) para comprimir ou pressurizar a corrente de fluido que passa através do estágio. Em um estágio de compressor único 52, 54, pás de compressor múltiplas 56, 58 podem ser fornecidas em um anel, e podem se estender radialmente para fora em relação à linha central 12, a partir de uma plataforma de pá para uma ponta de pá, enquanto as palhetas de compressor estáticas correspondentes 60, 62 estão posicionadas a jusante e adjacentes às pás giratórias 56, 58. Nota-se que o número de pás, palhetas, e estágios de compressor mostrado na Figura 1 foi selecionado apenas para fins ilustrativos, e que outros números são possíveis. As pás 56, 58 para um estágio do compressor podem ser montadas em um disco 53, que é montado para corresponder a uma das bobinas de HP e LP 48, 50, com cada estágio tenso seu próprio disco. As palhetas 60, 62 são montadas em um revestimento de núcleo 46 em uma disposição circunferencial em torno do rotor 51.

[0028] 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 palhetas de turbina estáticas 72, 74 (também chamado de bocal) para extrair energia da corrente de fluido que passa através do estágio. Em um estágio de turbina único 64, 66, pás de turbina múltiplas 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 palhetas de turbina estáticas correspondentes 72, 74 são posicionadas a montante e adjacentes às pás giratórias 68, 70. Nota-se que o número de pás, palhetas e estágios de turbina mostrado na Figura 1 foi selecionado apenas para fins ilustrativos, e que outros números são possíveis.

[0029] Em operação, o ventilador giratório 20 fornece ar ambiente para o compressor de LP 24, que fornece, então, ar ambiente pressurizado para o compressor de HP 26, 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. Alguns trabalhos são extraídos desses gases pela turbina de HP 34, que aciona o compressor de HP 26. Os gases de combustão são descarregados na turbina de LP 36, o que extrai trabalho adicional para acionar o compressor de LP 24, e o gás de escape é descarregado, por fim, 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.

[0030] Parte do ar ambiente fornecido pelo ventilador 20 pode contornar o núcleo de motor 44 e ser usado para resfriamento de porções, especialmente porções quentes, do motor 10, e/ou usado 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, com a turbina de HP 34 sendo a porção mais quente, uma vez que a mesma está diretamente a jusante da seção de combustão 28. Outras fontes de fluido de resfriamento podem ser, mas não estão limitadas a, um fluido descarregado do compressor de LP 24 ou do compressor de HP 26.

[0031] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de um componente de motor na forma de uma das pás de turbina 68 do motor 10 da Figura 1. A pá de turbina 68 inclui uma cauda de andorinha 76 e um aerofólío 78. O aerofólio 78 se estende de uma ponta 80 para uma raiz 82. A cauda de andorinha 76 inclui adicionalmente uma plataforma 84 integral com o aerofólio 78 na raiz 82, o que ajuda a conter radialmente o fluxo de ar de turbina. A cauda de andorinha 76 pode estar configurada para se montar a um disco de rotor de turbina no motor 10. A cauda de andorinha 76 compreende pelo menos uma passagem de entrada, mostrada de modo exemplificativo como uma primeira passagem de entrada 88, uma segunda passagem de entrada 90 e uma terceira passagem de entrada 92, cada uma se estendendo através da cauda de andorinha 76 para fornecer comunicação fluida interna com o aerofólio 78 em uma saída de passagem 94. Deve ser observado que a cauda de andorinha 76 é mostrada em corte transversal, de modo que as passagens de entrada 88, 90, 92 estejam alojadas dentro do corpo da cauda de andorinha 76.

[0032] Voltando à Figura 3, o aerofólio 78, mostrado em corte transversal, tem uma parede de lado de pressão em formato côncavo 98 e uma parede de lado de sucção em formato convexo 100, que são unidas entre si para definir um formato de aerofólio com um bordo de ataque 102 e um bordo de fuga 104. O aerofólio 78 gira em uma direção de modo que a parede de lado de pressão 98 siga a parede de lado de sucção 100. Assim, como mostrado na Figura 3, o aerofólio 78 poderia girar de forma ascendente em direção ao topo da página.

[0033] O aerofólio 78 pode compreender um interior 96 com uma pluralidade de passagens internas ilustradas, por exemplo, como uma primeira passassem 106 e uma segunda passagem 108, separadas por uma nervura 110, que podem ser dispostas para formar um ou mais circuitos de resfriamento dedicados para resfriar uma porção particular do aerofólio 78. As passagens 106, 108 podem se estender radialmente dentro do aerofólio 78, da raiz para a ponta. Deve ser observado que as passagens podem compreender um ou mais orifícios de película que podem fornecer comunicação fluida entre a passagem particular e a superfície externa do aerofólio 78, fornecendo uma película de fluido de resfriamento ao longo da superfície externa do aerofólio 78.

[0034] Na Figura 4, uma vista em perspectiva ilustra melhor a ponta 80 do aerofólio 78. As paredes de lado de pressão e sucção 98, 100 se estendem para além da superfície de topo da ponta 80, de modo que a superfície de topo seja definida como uma parede de ponta 120 disposta entre uma extensão de lado de pressão 122 e uma extensão de lado de sucção 124. A combinação da parede de ponta 120 e as extensões 122, 124 podem definir um canal de ponta 121 disposto ao longo da ponta 80. Uma prateleira de ponta 126 pode ser definida na extensão de lado de pressão 122 como uma ranhura localizada na parede de lado de pressão 98. O aerofólio 78 pode ter adicionalmente um ou mais orifícios de película 132 dispostos no mesmo, tendo os orifícios de película 132 ilustrados exemplificativamente na parede de lado de pressão 98. Adicionalmente, o aerofólio 78 pode ter uma pluralidade de aberturas de saída mostradas como canais de fenda 118 no bordo de fuga 104, tendo uma saída de ponta 116 disposta no bordo de fuga adjacente à ponta 80. Alternativamente, uma extensão central (não mostrada) pode se estender a partir da parede de ponta 120 entre as extensões de pressão e de sucção 122, 124, dividindo o canal de ponta 121 em canais de ponta separados.

[0035] Voltando agora às Figuras 5A a 5C, uma vista em corte transversal tomada ao longo da seção V da Figura 4 ilustra uma passagem de resfriamento como uma passagem de ponta 130, que pode compreender a primeira e a segunda passagens 106, 108 da Figura 3. A Figura 5A é uma ponta da técnica anterior 80 para o aerofólio 78 que tem um orifício de película 132 que se estende entre a passagem de ponta 130 e o exterior do aerofólio 78 na parede de ponta 120. A passagem de ponta 130 pode ter tanto um corte transversal simétrico como um assimétrico. Os orifícios de película 132 podem ser um orifício de película composto, que tem uma primeira porção 134 e uma segunda porção 136, que podem definir uma seção de medição e uma seção de difusão, respectivamente, O ângulo composto dos orifícios de película pode ser definido como tendo tanto um componente axial quanto um componente radial em relação à linha central de motor 12. Alternativamente, o orifício de película composto pode ser definido como tendo um componente no sentido da envergadura e um componente no sentido da corda, em relação à envergadura e à corda do aerofólio 78. Assim, pode ser entendido que, embora os orifícios de película 132 sejam mostrados em corte transversal substancialmente, isto é, ortogonal à linha central de motor 12, os orifícios de película 132 podem se estender também em uma direção axial em relação à linha central de motor 12, ou uma combinação de axial e radial. Além disso, os orifícios de película 132 podem ser não lineares, definindo pelo menos uma porção de um perfil arqueado. Os orifícios de película 132 não são restritos a serem compostos. Os mesmos podem ser axiais, radiais, lineares, angulados, compostos, arqueados ou de outra forma em exemplos não limitantes. Assim, uma linha central do orifício de película 132 pode ser reta, curvada, arqueada, articulada ou de qualquer outra forma.

[0036] Uma pluralidade de arestas 138 pode ser definida nas junções entre a parede de ponta 120 e as extensões de parede de pressão e de sucção 122, 124. Embora as arestas 138 sejam mostradas como arestas afiadas tendo um ponto definido, deve ser observado que as mesmas não são tão limitadas. Por exemplo, as arestas 138 podem ser ligeiramente arredondadas ou de outra forma, de modo que uma aresta virtual possa ser definida. Um ângulo de aresta 128 pode ser definido para cada aresta 138. As paredes de interseção para definir a aresta 138 podem se intersectar de uma maneira que defina um ângulo agudo, direito ou obtuso 128 para a aresta 138. Adicionalmente, uma ou mais das paredes de interseção podem ser anguladas ou arqueadas, de modo que a aresta 138 compreende uma distância em corte transversal crescente que se estende a partir da aresta 138 na junção entre as duas paredes.

[0037] Voltando à Figura 5B, a aresta 138 adjacente à extensão de lado de pressão 122 e à parede de ponta 120 compreende um filete 140. O filete 140 define uma espessura aumentada na aresta 138 de modo que o comprimento do orifício de película 132 possa ser estendido. Na Figura 5C, os filetes 140 podem estar dispostos adjacentes tanto na extensão de lado de pressão 122 como na extensão de lado de sucção 124, ou em ambas. Deve-se observar adicionalmente que as arestas nominalmente arredondadas não são equivalentes aos filetes descritos no presente documento. Os filetes 140 definem uma espessura aumentada, enquanto a aresta ligeiramente arredondada pode ser nominal.

[0038] Voltando agora à Figura 6, o filete 140, como mostrado, é exemplificativo, e deve ser entendido que os filetes 140 são um material que preenche a aresta 138 na junção de paredes de interseção, definindo uma espessura aumentada. As geometrias como mostradas na Figura 6 devem ser entendidas como exemplificativas, e não devem ser interpretadas como limitantes da invenção. Alternativamente, o filete 140 pode ser definido como um filete composto, que tem superfícies linear ou arqueada discretas que definem o filete 140.

[0039] Um comprimento L pode ser definido como o comprimento entre uma entrada 160 e uma saída 162 do orifício de película 132, e um diâmetro D pode ser definido como a largura de corte transversal do orifício de película 132. O comprimento pode ser determinado como a distância entre a entrada 160 e a saída 162 através do centro do orifício de película 132 em que a linha central intersecta a superfície de aerofólio. Como tal, o orifício de película 132 pode ser definido pela razão de comprimento-diâmetro, L/D. Embora os orifícios de película 132 estejam ilustrados como tendo uma área de corte transversal aumentada na segunda porção 136, deve ser entendido que os orifícios de película 132 podem compreender um diâmetro consistente D e uma área em corte transversal. Alternativamente, a linha central do orifício de película 132 pode ser reta, curvada, arqueada, articulada e qualquer outro formato adequado em exemplos não limitantes.

[0040] A parede de lado de sucção 100 e a extensão de parede de lado de sucção 124 podem ter uma espessura 152 definida como uma largura para a parede. Similarmente, a parede de ponta 120 pode ter uma espessura 154. A espessura aumentada do filete 140 pode ser definida contra as extensões virtuais das paredes 120, 124, mostradas em linha tracejada, de modo que as extensões 120, 124 no filete 140 tenham uma espessura aumentada sendo mais elevada que as espessuras 152, 154 das respectivas paredes 120, 124. Deve ser entendido que os filetes 140 não necessitam compreender material adicional, mas podem ser integrais com pelo menos uma das paredes 120, 124 e podem definir uma espessura contra as extensões virtuais das paredes 120, 124 mostradas nas linhas tracejadas adjacentes ao filete 140. Deve ser observado adicionalmente que as extensões virtuais das paredes são para fins ilustrativos, fornecendo ao leitor um meio de comparação visual da espessura do filete 140 contra as espessuras de parede 120, 124, e tais extensões das paredes adjacentes ao filete 140 não são necessárias.

[0041] O filete 140 pode definir pelo menos uma porção de um círculo ou uma superfície arqueada 150, de modo que um raio efetivo 158 seja definido entre o filete 140 e um ponto central 156 da superfície arqueada 150. O filete 140 compreende uma espessura que se estende entre a aresta 138, mostrada em linha tracejada, e a superfície arqueada 150. O filete 140 é conformado de modo que o raio efetivo 158 seja pelo menos 1,5 vez maior que a mais elevada da primeira ou segunda espessura 152, 154. Alternativamente, o formato e tamanho do filete 140 podem se adaptar para aumentar o comprimento dos orifícios de película 132. Aumentar o comprimento L dos orifícios de película 132 aumenta o valor para a razão L/D para os orifícios de película 132. Além disso, o ângulo 128 (Figura 5A) definido pela aresta 138 pode fornecer um raio efetivo aumentado ou diminuído 158. Por exemplo, a aresta filetada 138, como ilustrado, é um ângulo reto que possibilita um raio efetivo 158 de aproximadamente 2,0 a 2,5 vezes a maior das espessuras 152, 154. Em arestas alternativas 138 em que o ângulo 128 é agudo ou obtuso, por exemplo, o filete 140 pode definir um raio efetivo, que pode ser mais elevado que o do menor da realização exemplificativa mostrada. Como tal, o filete 140 pode definir um raio efetivo de 1,5 a 10,0 vezes as espessuras 152, 154, ou mais. Deve ser entendido, no entanto, que a espessura definida pelo filete 140 não se limita para ser definida pelo ângulo 128 das paredes de interseção 120, 124.

[0042] Embora as espessuras 152, 154 sejam mostradas em referência à parede de ponta 120 e à extensão de parede de lado de sucção 124, deve ser observado que as geometrias respectivas da passagem de ponta 130 dentro do aerofólio 78, como mostradas, são exemplificativas e não devem limitar o aerofólio 78 para as geometrias, dimensões, proporções ou posições como mostrado. O filete 140 pode ser definido em lugares adicionais na ponta 80 do aerofólio 78, e será descrito completamente nos exemplos mostrados nas Figuras 7 a 10.

[0043] Deve ser observado adicionalmente que o formato de círculo definido pelo filete 140 é exemplificativo. O filete 140 não necessita ser conformado de modo que o filete 140 defina o formato de círculo. O filete 140 pode ter qualquer formato arqueado ou segmento do mesmo, de modo que um raio ou raio local possa definir o raio efetivo 158. O filete 140 pode ser um arco não circular, de modo que um segmento do arco ou pelo menos uma porção do filete 140 possa definir um raio local para compreender o raio efetivo 158.

Alternativamente, o filete 140 podería ser definido como um filete composto com um raio composto de curvatura, tendo superfícies arqueadas discretas ou lineares que definem o filete 140. Quando se utiliza um raio composto de curvatura definido pelo filete 140, o raio global médio poderia ser usado para determinar o raio efetivo 158. Ainda adicionalmente, os filetes 140 acomodam a entrada de orifício de película ou formação de saída, bem como geometrias não lineares. Como tal, a formação de saída deve ser entendida como qualquer formato diferente de um padrão redondo de entrada ou saída.

[0044] Voltando agora às Figuras 7A a 9B, são apresentados múltiplos exemplos para implantação de um filete 140 próximo à ponta 80. Nas Figuras 7A a 7C, o filete 140 pode ser disposto dentro da passagem de ponta 130 do aerofólio, que ilustra o corte transversal VII da Figura 4. Olhando a Figura 7A, que mostra uma ponta de pá da técnica anterior, as arestas 138 podem ser definidas internas ao aerofólio 78, adjacentes à parede de ponta 120 e às paredes de lado de pressão e de sucção 98, 100. Na Figura 7B, o filete 140 está disposto adjacente à parede de lado de pressão 98, fornecendo um comprimento aumentado para o orifício de película 132, de modo que a razão L/D definida pelo orifício de película 132 pode ser aumentada. A Figura 7C mostra uma realização exemplificativa adicional que tem um filete 140 adjacente tanto à parede de lado de pressão quanto à parede de lado de sucção 98, 100. Assim, deve ser entendido que o filete pode estar disposto adjacente à parede de lado de pressão 98, à parede de lado de sucção 100, ou ambas.

[0045] Voltando agora às Figuras 8A a 8C, a ponta 80 do aerofólio pode ser definida pela seção VIII da Figura 4, que tem orifícios de película 132 que se estendem da passagem de ponta 130 para a parede de lado de pressão 98 do aerofólio 78. Na Figura 8A que ilustra uma ponta de pá da técnica anterior, similar à Figura 7A, as arestas 138 são definidas adjacentes à parede de ponta 120 e às paredes de lado de pressão e de sucção 98, 100. O orifício de película 132 se estende através da parede de lado de pressão 98, fornecendo comunicação fluida entre a passagem de ponta 130 e o lado do aerofólio 78.

[0046] Na Figura 8B, a aresta 138 adjacente à parede de lado de pressão 98 compreende o filete 140, fornecendo uma razão L/D aumentada para o orifício de película 132 que se estende para a superfície externa da parede de lado de pressão 98. Na Figura 8C, outro exemplo ilustra o potencial para ter um orifício de película 132 disposto tanto na parede de lado de pressão quanto na parede de lado de sucção 98, 100. Assim, deve ser entendido que o orifício de película 132 pode ser disposto através do filete 140 tanto para a parede de lado de pressão 98 como para a parede de lado de sucção 100, ou ambas.

[0047] Voltando agora às Figuras 9A a 9C, outro exemplo ilustra os filetes 140 sendo dispostos dentro de uma seção de serpentina de um circuito de resfriamento interno. Olhando a Figura 9A, que mostra uma curva da técnica anterior 170 de um circuito de resfriamento como a passagem de ponta, as arestas 138 podem ser definidas na junção entre a parede de ponta 120 e uma ou mais nervuras internas 172, que se estendem ao longo do comprimento radial, no sentido da envergadura do aerofólio 78. Voltando às Figuras 9B e 9C, os filetes 140 podem ser colocados nas arestas definidas conta as nervuras internas 172 na parede de ponta 120. Os filetes 140 podem ser utilizados para aumentar o comprimento dos orifícios de película 132, definindo uma razão L/D mais elevada para os orifícios de película para aumentar a eficácia de resfriamento de película na ponta 80.

[0048] Voltando às Figuras 10A a 10B, tomadas na seção IX da Figura 4, a ponta 80 do aerofólio 78 com a prateleira de ponta 126 disposta na parede de lado de pressão 98. Na Figura 10A, similar às Figuras 7 e 8, as arestas podem estar dispostas dentro da passagem de ponta 130 adjacentes à parede de ponta 120 e às paredes de lado de pressão e de sucção 98, 100. O orifício de película 132 está disposto na parede de ponta 120, e se estende para a prateleira de ponta 126. Na Figura 10B, a aresta 138 adjacente à parede de lado de pressão 98 na prateleira de ponta 126 pode compreender um filete 140, fornecendo uma razão L/D aumentada para o orifício de película 132 que se estende para a prateleira de ponta 126. Alternativamente, é contemplado que o filete 140 pode estar entre a parede de ponta 120 e a extensão de lado 122 na prateleira de ponta 126, sendo externo ao aerofólio e localizado dentro do canal de ponta 121.

[0049] O orifício de película 132 na prateleira de ponta 126 pode ser um orifício de película conformado ou compreender um orifício de película composto como descrito no presente documento. O orifício de película 132 pode ser disposto em qualquer superfície da prateleira de ponta 126, como um filete, superfície de prateleira de fundo, face radial ou qualquer combinação dos mesmos. Adicionalmente, o orifício de película 132 pode ter qualquer orientação, sendo radial, axial, tangencial ou qualquer combinação das mesmas. O orifício de película 132 pode se estender da superfície filetada 140 para a prateleira de ponta 126 ou da parede de ponta 120 através de uma porção da superfície filetada 140, sendo interior ou exterior do aerofólio, para a prateleira de ponta 126. O filete 140 fornece um comprimento aumentado para o orifício de película 132, definindo uma razão L/D mais elevada para o orifício de película 132 para fornecer eficácia de película.

[0050] Deve ser observado que, como descrito no presente documento, as superfícies filetadas, sendo internas ou externas, aumentam o comprimento para os orifícios de película e valores de L/D para os orifícios de película aumentando-se localmente tanto o raio de filete interno quanto o raio de filete externo através dos quais o orifício penetra. Os valores aumentados para L/D fornecem eficácia de orifício de película de resfriamento aumentada.

Os filetes podem aumentar minimamente o peso de sistema total sem espaçamento de uma parede inteira ou superfície. Além disso, os filetes fornecem um aumento no suporte de estrutura. Ainda adicionalmente, os filetes acomodam a entrada de orifício de película formação de saída, bem como geometrias não lineares. Como tal, a formação de saída deve ser entendida como qualquer formato diferente de um padrão redondo de entrada ou saída. Adicionalmente, como descrito no presente documento, quaisquer filetes podem ser usados em combinação uns com os outros, de modo que dois filetes sejam usados para aumentar a razão L/D para os orifícios de película que se estendem através dos filetes.

[0051] Os orifícios de película podem estar 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 película, de outro modo impossível de alcançar sem o filete. Além disso, os filetes podem ser compostos, como superfícies internas filetadas ou a combinação nas superfícies externas e internas para aumentar adicionalmente o comprimento para alcançar valores de L/D mais elevados.

[0052] Deve ser observado adicionalmente que os filetes fornecem um comprimento aumentando fornecendo o potencial para uma razão mais larga de orifícios de película, como orifícios de película curvados, orifícios de película “curvados em S”, bem como outras orientações para além de um orifício de película composto ou reto padrão com eficácia aumentada.

[0053] Deve ser entendido adicionalmente que embora as realizações como descritas no presente documento estejam relacionadas com um aerofólio, as arestas filetadas podem ser utilizadas em componentes de motor adicionais que têm paredes de interseção para definir uma aresta e utilizar os orifícios de película ou resfriamento em ou perto dessas arestas dos componentes de motor.

[0054] Esse parecer técnico usa exemplos para revelar a invenção, incluindo o melhor modo, e para permitir que qualquer pessoa versada na técnica pratique a invenção, incluindo fazer e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e fornecendo quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorrem aos versados na técnica. Tais outros exemplos pretendem estar dentro do escopo das reivindicações se os mesmos tiverem elementos estruturais que não difiram da linguagem literal das reivindicações, ou se os mesmos incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais das linguagens literais das reivindicações.

Lista de Componentes 10 motor 12 longitudinal axis (centerline) - 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 revestimento de ventilador 42 pás de ventilador 44 núcleo 46 revestimento de núcleo 48 haste de HP/ bobina de HP

50 haste de LP/ bobina de LP 52 estágio de compressor 54 estágio de compressor 56 pá de compressor 58 pá de compressor 60 palheta de compressor (nozzle) 62 palheta de compressor (nozzle) 64 estágio de turbina 66 estágio de turbina 68 pá de turbina 70 pá de turbina 72 palheta de turbina 74 palheta de turbina 76 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 lado de pressão 100 parede de lado de sucção 102 bordo de ataque 104 bordo de fuga 106 primeira passagem 108 segunda passagem 110 nervura 120 parede de ponta 121 canal de ponta 122 extensão de pressão 124 extensão de sucção 126 prateleira de ponta 128 ângulo 130 passagem de ponta 132 orifícios de película 134 primeira porção 136 segunda porção 138 aresta 140 filete 150 superfície arqueada 152 primeira espessura 154 segunda espessura 156 ponto central 158 raio efetivo 160 entrada 162 saída 170 curva 172 nervura Reivindicações

Claims (10)

1. PÁ [68] PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS [10] caracterizada pelo fato de que compreende: um aerofólio [78] que tem uma parede externa que define um lado de pressão [98] e um lado de sucção [100], em que a parede externa se estende no sentido da corda de um bordo de ataque [102] para um bordo de fuga [104] e no sentido da envergadura de uma raiz [82] em direção a uma ponta [80]; uma parede de ponta [120] que atravessa o lado de pressão [98] e o lado de sucção [100] da parede externa e intersecta a parede externa para formar pelo menos uma aresta [138], em que a parede externa tem uma primeira espessura [152] na aresta [138] e a parede de ponta [120] tem uma segunda espessura [154] na aresta [138]; uma passagem de resfriamento [130] que tem uma porção localizada ao longo da parede de ponta [120] e pelo menos definida parcialmente pela parede de ponta [120] e a parede externa; um filete [140] localizado na aresta [138] e que tem um raio efetivo [158] de pelo menos 1,5 vez maior que a mais elevada dentre a primeira e a segunda espessuras [152, 154]; e pelo menos um orifício de película [132] que se estende através do filete [140] para acoplar fluidamente a passagem de resfriamento [130] a um exterior do aerofólio [78].

2. PÁ [68], de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um orifício de película [132] se estende através de pelo menos um do lado de pressão [98] e do lado de sucção [100].

3. PÁ [68], de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a parede de ponta [120] compreende um canal de ponta [121] e o pelo menos um orifício de película [132] que se estende para o canal de ponta [121].

4. PÁ [68], de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma prateleira de ponta [126] disposta dentro da parede externa, em que a parede externa se estende para além da parede de ponta [120] para definir uma aresta exterior [138] na prateleira de ponta [126] e uma aresta interior [138] na parede de ponta [120], em que uma dessas define a aresta [138].

5. PÁ [68], de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o filete [140] está localizado tanto na aresta exterior quanto na aresta interior [138], com o pelo menos um orifício de película [132] passando através de ambos os filetes [140].

6. PÁ [68], de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a aresta [138] se estende no sentido da corda ao longo da parede de ponta [120], o filete [140] se estende no sentido da corda ao longo da aresta [138], e o pelo menos um orifício de película [132] compreende múltiplos orifícios de película [132].

7. PÁ [68], de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o raio efetivo [158] é pelo menos 2,0 vezes maior que a mais elevada dentre a primeira e a segunda espessuras [152, 154].

8. PÁ [68], de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o raio efetivo [158] é pelo menos 4,0 vezes maior que a mais elevada dentre a primeira e a segunda espessuras [152, 154].

9. PÁ [68], de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o raio efetivo [158] é menor que 10,0 vezes maior que a mais elevada dentre a primeira e a segunda espessuras [152, 154].

10. PÁ [68], de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um ângulo [128] definido pela aresta [138], em que o ângulo [128] determina o raio efetivo [158].