BR102016028925A2 - Engine component for a gas turbine engine - Google Patents

Abstract

trata-se de um componente de motor que pode compreender uma superfície resfriada [122] adjacente a um fluxo de resfriamento [c] e uma superfície quente [124] adjacente a um fluxo quente de fluido [h]. o componente pode compreender uma parede [120] que separa os fluidos quente [h] e de resfriamento [c], que define a superfície resfriada [122] e a superfície quente [124], e que tem uma pluralidade de orifícios de filme [150] dispostos na parede [120]. pelo menos um turbulador [130] e pelo menos uma entrada de orifício de filme [152] podem ser dispostos na superfície resfriada [122]. o turbulador [130] e a entrada [152] podem ser dispostos para fornecer um fluxo permanente de fluido de resfriamento [c] para o orifício de filme [150]. uma disposição pode compreender afastar a entrada de orifício de filme [152] em pelo menos duas alturas de turbulador [136] do turbulador [130].

Description

“COMPONENTE DE MOTOR PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS” Antecedentes da invenção [001] Os motores de turbina e, particularmente, motores de turbina a gás ou de combustão, são motores giratórios que extraem energia de um fluxo de gases queimados que passa através do motor em uma série de estágios de compressor, que inclui pares de pás giratórias e palhetas estacionárias, através de um combustor e, então, para uma grande quantidade de pás de turbina. Os motores de turbina a gás foram usados para locomoção terrestre e náutica e para geração de potência, mas são mais comumente usados para aplicações aeronáuticas, tais como aviões, incluindo helicópteros. Em aviões, os motores de turbina a gás são usados para a propulsão da aeronave.

[002] Os motores de turbina a gás para aeronave são projetados para operar em altas temperaturas para maximizar a eficiência do motor, então, o resfriamento de certos componentes de motor, tais como a turbina de alta pressão e a turbina de baixa pressão, pode ser necessário. Tipicamente, o resfriamento é realizado passando-se ar mais frio por dutos dos compressores de alta e/ou baixa pressão para os componentes de motor que necessitam de resfriamento. As temperaturas na turbina de alta pressão se encontram em torno de 1.000 °C a 2.000 °C e o ar de resfriamento do compressor se encontra em torno de 500 °C a 700 °C. Embora o ar de compressor esteja em uma temperatura alta, o mesmo é relativamente mais frio que o ar de turbina, e pode ser usado para resfriar a turbina.

[003] Os turbuladores em uma superfície adjacente ao fluxo de resfriamento foram usados como um recurso de resfriamento térmico, no entanto, os turbuladores tendem a gerar um fluxo de ar não permanente ou de turbilhão conforme o fluxo de resfriamento passa através ou sobre os mesmos, o que pode atrapalhar o recurso de resfriamento adicional que depende do fluxo de fluido de resfriamento.

Breve Descrição da Invenção [004] Em um aspecto, há 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, que compreende uma parede que separa o fluxo de gás de combustão quente do fluxo de fluido de resfriamento e que tem uma superfície quente juntamente com os fluxos de gás de combustão quentes em uma trajetória de fluxo quente e uma superfície resfriada voltada para o fluxo de fluido de resfriamento. O componente de motor compreende adicionalmente pelo menos um turbulador que se estende na direção oposta à superfície resfriada para definir uma altura de turbulador e uma parte frontal que confronta o fluxo de fluido de resfriamento e uma parte traseira obversa ao fluxo de fluido de resfriamento. O componente de motor compreende adicionalmente pelo menos um orifício de filme que tem uma entrada fornecida na superfície resfriada, uma saída fornecida na superfície quente e uma passagem que conecta a entrada e a saída em que a entrada é afastada dentro de pelo menos duas alturas de turbulador do turbulador.

[005] Em outro aspecto, há um método de resfriamento de uma cavidade dentro de um componente de um motor de turbina a gás que compreende direcionar o ar para uma entrada de um orifício de filme dentro de duas alturas de um turbulador situado a jusante da entrada.

[006] Em ainda outro aspecto, há 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, que compreende uma parede que separa o fluxo de gás de combustão quente do fluxo de fluido de resfriamento e tem uma superfície quente juntamente com os fluxos de gás de combustão quentes em uma trajetória de fluxo quente e uma superfície resfriada voltada para o fluxo de fluido de resfriamento e um canal formado na superfície resfriada que se estende em uma direção de fluxo. O componente de motor compreende adicionalmente múltiplos turbuladores situados dentro do canal e que se estendem na direção oposta da superfície resfriada para definir uma altura de turbulador e uma parte frontal que confronta o fluxo de fluido de resfriamento e uma parte traseira obversa ao fluxo de fluido de resfriamento, e múltiplos orifícios de filme que têm uma entrada fornecida na superfície resfriada, uma saída fornecida na superfície quente e uma passagem que conecta a entrada e a saída. Pelo menos uma das entradas está situada a montante de um dos turbuladores dentro de pelo menos duas alturas de turbulador.

Breve Descrição das Figuras [007] Nos desenhos: [008] A Figura 1 é uma vista esquemática de um motor de turbina a gás.

[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.

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

[011] A Figura 4 é uma vista em perspectiva de uma porção do componente de motor que tem uma pluralidade de turbuladores e orifícios de filme.

[012] A Figura 5 é uma vista de topo do componente de motor da Figura 3 que ilustra entradas de orifício de filme dispostas em relação aos turbuladores.

[013] A Figura 6 é um gráfico de gradiente de temperatura que ilustra variações de temperaturas ao longo do componente de motor da Figura 5.

[014] A Figura 7 é uma vista de topo do componente de motor da Figura 3 que ilustra entradas de orifício de filme a jusante dos turbuladores.

[015] A Figura 8 é uma vista de topo do componente de motor da Figura 3 que ilustra entradas de orifício de filme dispostas em relação a uma pluralidade de juntas em V.

[016] A Figura 9 é uma vista de topo do componente de motor da Figura 3 que ilustra entradas de orifício de filme a montante de um canto central de uma junta em V.

Descrição de Realizações da Invenção [017] As realizações descritas da presente invenção são direcionadas a aparelhos, métodos e outros dispositivos relacionados ao direcionamento 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 aeronave. Será compreendido, no entanto, que a invenção não é limitada ao mesmo e pode ter uma aplicabilidade geral em aplicações não relacionadas a aeronave, tais como outras aplicações móveis e aplicações não móveis industriais, comerciais e residenciais.

[018] Deve-se compreender 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 compreendido, no entanto, que a invenção não se limita à pá de turbina, e pode compreender qualquer estrutura de aerofólio, tal como uma pá de compressor, uma palheta de turbina ou compressor, uma pá de ventoinha, uma escora, um conjunto de coberturas, um defletor de combustor ou um forro de combustor ou qualquer outro componente de motor que exija resfriamento em exemplos não limitadores.

[019] Conforme usado no presente documento, o termo “para frente” ou “a montante” se refere a mover em uma direção para a entrada do motor, ou um componente que se encontra relativamente próximo à entrada do motor em comparação a outro componente. O termo “para trás” ou “a jusante” usado em conjunto com “para frente” ou “a montante” se refere a uma direção para a parte traseira ou a saída do motor em relação à linha central do motor.

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

[021] Além disso, conforme usado no presente documento, os termos “direção de corrente” ou “linha de corrente”, ou uma nomenclatura semelhante, quando usada com fluxo, fluido, gás, localização ou alinhamento, refere-se a uma direção de fluxo de fluido ou gás fluxo direção que pode ser linear ou um vetor do fluxo em que o fluxo é não linear, em que a direção do fluxo se move em qualquer posição ou ponto no tempo.

[022] Além disso, conforme usado no presente documento, o termo “elemento de fluxo” pode compreender um turbulador, junta em V, canal, banco de pinos, engate, passagem de resfriamento, ou qualquer outro elemento que possa influenciar ou realizar uma alteração no fluxo de linha de corrente dentro de um componente de motor.

[023] Todas as referências de direção (por exemplo, radial, axial, proximal, distai, superior, inferior, para cima, para baixo, esquerda, direita, lateral, parte frontal, parte posterior, topo, fundo, acima, abaixo, vertical, horizontal, no sentido horário, no sentido anti-horário, a montante, a jusante, para trás, etc.) são usadas apenas para propósitos de identificação para auxiliar na compreensão da presente invenção por parte do leitor, e não criam limitações, particularmente em relação à posição, orientação ou uso da invenção. As referências de conexão (por exemplo, fixado, acoplado, conectado e unido) devem ser interpretadas de maneira ampla e podem incluir membros intermediários entre uma coleção de elementos e movimentos relativos entre os elementos a menos que seja indicado de outro modo. Desse modo, as referências de conexão não necessariamente inferem que dois elementos são conectados diretamente e em relação fixa um com o outro. Os desenhos exemplificadores são para propósitos ilustrativos apenas e as dimensões, posições, ordem e tamanhos relativos refletidos nas figuras anexadas ao presente documento podem variar.

[024] 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 ou linha central que se estende, de modo geral, longitudinalmente 12 se estendendo da parte frontal 14 para a parte traseira 16. O motor 10 inclui, em uma relação de fluxo serial a jusante, uma seção de ventoinha 18 que inclui uma ventoinha 20, uma seção de compressor 22 que inclui um compressor intensificador 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.

[025] A seção de ventoinha 18 inclui um invólucro de ventoinha 40 que circunda a ventoinha 20. A ventoinha 20 inclui uma pluralidade de pás de ventoinha 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 circundado por um invólucro de núcleo 46, que pode ser acoplado ao invólucro de ventoinha 40.

[026] Um eixo ou bobina de HP 48 disposto de modo coaxial em torno 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 é disposto de modo coaxial em torno da linha central 12 do motor 10 dentro da bobina de HP de diâmetro anular maior 48, conecta de modo acionável a turbina de LP 36 ao compressor de LP 24 e à ventoinha 20. As porções do motor 10 montadas às bobinas 48, 50 e que giram com uma ou ambas dentre as mesmas são referidas, individual ou coletivamente, como um rotor 51.

[027] 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 58 gira em relação a um conjunto correspondente de palhetas de compressor estáticas 60, 62 (também chamadas de um bocal) para comprimir ou pressurizar a corrente de fluido que passa através do estágio. Em um único estágio de compressor 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, de uma plataforma de pá para uma ponta de pá, enquanto as palhetas de compressor estáticas correspondentes 60, 62 são posicionadas a jusante e de modo adjacente às pás giratórias 56, 58. Observa-se que a quantidade de pás, palhetas e estágios de compressor mostrado na Figura 1 foi selecionada 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 as bobinas de HP e de LP 48, 50, em que cada estágio tem seu próprio disco. As palhetas 60, 62 são montadas no invólucro de núcleo 46 em uma disposição circunferencial em torno do rotor 51.

[028] 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 chamadas de um bocal) para extrair energia da corrente de fluido que passa através do estágio. Em um único estágio de turbina 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, de uma plataforma de pá para uma ponta de pá, enquanto as palhetas de turbina estáticas correspondentes 72, 74 são posicionadas a montante e de modo adjacente às pás giratórias 68, 70. Observa-se que a quantidade de pás, palhetas e estágios de turbina mostrado na Figura 1 foi selecionada apenas para propósitos ilustrativos, e que outras quantidades são possíveis.

[029] Durante a operação, a ventoinha giratória 20 fornece ar ambiente ao compressor de LP 24 que, então, fornece ar ambiente pressurizado ao 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 queimado, gerando, desse modo, gases de combustão. Algum trabalho é extraído 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, 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 a ventoinha 20 e o compressor de LP 24.

[030] Uma parte do ar ambiente fornecido pela ventoinha 20 pode se desviar do núcleo de motor 44 e ser usada para o resfriamento de porções, especificamente porções quentes, do motor 10, e/ou usadas para resfriar ou fornecer energia a outros aspectos da aeronave. No contexto de um motor de turbina, as porções quentes do motor se encontram, normalmente, a jusante do combustor 30, especificamente a seção de turbina 32, em que a turbina de HP 34 é a porção mais quente visto que a mesma se encontra diretamente a jusante da seção de combustão 28. Outras fontes de fluido de resfriamento podem ser, mas sem se limitar a, fluido descarregado do compressor de LP 24 ou do compressor de HP 26.

[031] 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 andorinha 76 e um aerofólio 78. A andorinha 76 pode ser configurada para ser montada em um disco de rotor de turbina no motor 10. O aerofólio 78 se estende de uma ponta 80 para uma raiz 82 que define uma direção de extensão. A andorinha 76 inclui adicionalmente uma plataforma 84 integral ao aerofólio 78 na raiz 82, que auxilia na contenção radial do fluxo de ar de turbina. A andorinha 76 compreende pelo menos uma passagem de entrada, mostrada, de modo exemplificador, como uma primeira passagem de entrada 88, uma segunda passagem de entrada 90 e uma terceira passagem de entrada 92, em que cada uma se estende através da andorinha 76 para fornecer comunicação fluida interna ao aerofólio 78 em uma saída de passagem 94. As passagens de entrada 88, 90, 92, conforme mostrado, são exemplificadoras e não devem ser tomadas como limitadoras. Mais ou menos passagens de entrada podem ser usadas para fornecer um fluxo de fluido interno ao aerofólio 78. Deve-se compreender que a andorinha 76 é mostrada em um corte transversal, de modo que as passagens de entrada 88, 90, 92 sejam alojadas dentro do corpo da andorinha 76. Deve-se compreender, ainda, que, conforme descrito no presente documento, o componente de motor é descrito como um aerofólio 78, no entanto, isso não deve ser interpretado como limitador e componentes de motor adicionais, tais como uma pá, palheta, escora ou conjunto de coberturas, em exemplos não limitadores, podem ser substituir o aerofólio.

[032] Voltando-se para a Figura 3, o aerofólio 78, mostrado em corte transversal, tem uma parede externa que define uma parede de pressão com formato côncavo 98 e uma parede de sucção com formato convexo 100 que são unidas para definir um formato de aerofólio. Um bordo de ataque 102 e um bordo de fuga 104 definem uma direção de corda que se estende entre os mesmos. O aerofólio 78 gira em uma direção de modo que a parede de pressão 98 siga a parede de sucção 100. Portanto, conforme mostrado na Figura 3, o aerofólio 78 giraria para cima em direção ao topo da página.

[033] O aerofólio 78 compreende um interior 96 definido por uma primeira passagem de resfriamento 106, uma segunda passagem de resfriamento 108 e uma terceira passagem de resfriamento 110. Um fluxo de fluido, tal como um fluido de resfriamento, pode passa dentro das passagens de resfriamento 106, 108, 110 fornecendo resfriamento ao aerofólio 78. As passagens 106, 108, 110 podem ser definidas e separadas por uma ou mais nervuras 112 que se estendem entre as paredes laterais do aerofólio 78. As passagens 106, 108, 110 e as nervuras 112 podem definir superfícies interiores para fornecer fluxo de ar ou elementos de resfriamento na utilização do fluxo dentro das passagens 106, 108, 110.

[034] Embora seja mostrado um aerofólio resfriado convencional com cavidades ou passagens internas de volume, deve-se compreender que a invenção se aplica a qualquer lugar em que o turbulador possa ser utilizado. Isso pode incluir passagens de resfriamento próximas à parede e passagens de resfriamento de microcircuito, assim como uma extensão a todos os componentes resfriados, incluindo palhetas, pás, coberturas, forros e defletores de combustor, paredes de extremidade, plataformas ou de outra maneira. Adicionalmente, o turbulador é mostrado em uma forma típica, e é contemplado que o turbulador possa compreender também uma tira de obstrução ou aumentador de rugosidade de nervura, assim como pinos, relevos, geradores de vórtice, juntas em V e assim por diante. Cada elemento compartilha recursos em comum que incluem uma superfície voltada para o fluxo de fluido de resfriamento e uma superfície obversa ao fluxo de fluido de resfriamento.

[035] Voltando-se agora para a Figura 4, uma porção do componente de motor é ilustrada como uma parede 120 que tem uma superfície resfriada 122, que pode compreender um canal, adjacente a um fluxo de fluido de resfriamento C e uma superfície quente 124 adjacente a um fluxo de gás quente Η. A superfície resfriada 122 pode compreender uma superfície alongada plana ou pode compreender um canal definido de modo adjacente ao fluxo de fluido de resfriamento C. Uma pluralidade de elementos de fluxo ilustrados como turbuladores 130 são dispostos ao longo da superfície resfriada 122. Os turbuladores 130 são conformados de um modo quadrilátero, e têm uma parte frontal 132 que confronta o fluxo de fluido de resfriamento C e uma parte traseira 134 obversa ao fluxo de fluido de resfriamento C. Alternativamente, o turbulador 130 pode compreender outros formatos, tal como um formato curvo, arqueado, triangular ou outro formato, em exemplos não limitadores, de modo que uma porção da superfície de turbulador confronte o fluxo de fluido de resfriamento C e outra porção seja obversa ao fluxo de fluido de resfriamento C. O turbulador 130 pode compreender adicionalmente uma altura 136 definida pela distância da parte frontal 132 ou da parte traseira 134 do turbulador 130 que se estende a partir da superfície resfriada 122. Um canto 138 pode ser definido na junção entre a parte frontal 132 e a superfície resfriada 122. O turbulador 130 pode definir um eixo geométrico de turbulador 140 ao longo do comprimento longitudinal do turbulador 130. Embora a Figura 4 mostre bordas agudas e um canto agudo 138, deve-se compreender que tais recursos não são limitadores, e podem compreender cantos redondos ou terem filetes finitos.

[036] Uma pluralidade de orifícios de filme 150 podem ser dispostos na parede 120, que tem uma entrada 152 na superfície resfriada 122 e uma saída 154 na superfície quente 124 com uma passagem de orifício de filme 156 que acopla de modo fluido a entrada 152 à saída 154. Um eixo geométrico de fluxo de passagem de resfriamento 158 pode ser transposto ao longo da superfície resfriada 122 através do centro da entrada 152 e um eixo geométrico de passagem de orifício de filme 160 pode ser definido ao longo do centro da passagem de orifício de filme 156. O eixo geométrico de fluxo de passagem de resfriamento 158 pode ser paralelo à direção local do fluxo de fluido de resfriamento C ao longo da superfície resfriada 122 ou pode ser paralelo ao eixo geométrico direcional de canal de resfriamento. A direção local do fluxo de fluido de resfriamento C pode não ser ao longo da direção de eixo geométrico de canal, e pode ser deslocada em relação à direção axial do canal de resfriamento. Portanto, o eixo geométrico de fluxo de passagem de resfriamento 158 pode ser paralelo à direção local do fluxo de fluido de resfriamento C, que pode ser alterada por turbuladores próximos 130 ou ao longo do componente de motor. Um ângulo de turbulador 164 pode ser definido entre o eixo geométrico de turbulador 140 e o eixo geométrico de fluxo de passagem de resfriamento 158, de modo que o turbulador 130 possa ser orientado em um ângulo em relação ao fluxo de fluido de resfriamento C.

[037] As entradas de orifício de filme 152 podem estar situadas a montante do turbulador 130. As entradas de orifício de filme 152 podem ser afastadas dos turbuladores 130 por um espaço 166 definido como uma distância em relação à altura 136 do turbulador 130. Por exemplo, o espaço 166 pode estar dentro de duas alturas de turbulador 136 a partir do turbulador 130.

[038] Durante a operação, o fluxo de fluido de resfriamento C é alimentado ao orifício de filme 150 através da entrada 152 e exaurido através da saída 154, fornecendo um fluxo de fluido de resfriamento C para a superfície quente 124 para desenvolver um filme de fluido de resfriamento ao longo da superfície quente 124.

[039] Voltando-se para a Figura 5, uma vista de topo da superfície resfriada 122 é ilustrada como um canal 170 disposto entre duas paredes 172. O canal 170 pode compreender adicionalmente a superfície resfriada 122 que pode ser a superfície resfriada 122 da Figura 4. Uma pluralidade de turbuladores 130 é disposta ao longo do canal 170 e pode ser organizada em uma disposição afastada no sentido do fluxo. Cada turbulador 130 pode definir quatro cantos com as paredes 172, que têm dois cantos 174a, 174b dispostos a montante do turbulador 130 e dois cantos 174c, 174d dispostos a jusante do turbulador 130. O canal pode definir adicionalmente um eixo geométrico de canal 176, que pode ser paralelo à direção do fluxo geral de fluido de resfriamento C. Os turbuladores 130 podem ser angulados no ângulo de turbulador 164, que é relativo ou às paredes 172 ou ao eixo geométrico de canal 176. Os turbuladores 130 podem ser angulados de modo que um primeiro canto 174a seja disposto a montante de um segundo canto 174b e um terceiro canto 174c seja disposto a montante de um quarto canto 174d. Os turbuladores 130 podem ser dispostos no ângulo de turbulador 164 que tem o segundo canto 174b que, estando a montante do turbulador 130, está disposto a jusante do terceiro canto 174c em relação ao fluxo de fluido de resfriamento C. Deve-se compreender que os cantos são ilustrados como exemplificadores, e que alguns cantos podem ser dispostos a montante ou a jusante de outros cantos, como pode ser definido pelos turbuladores 130, e não são limitados pela disposição específica mostrada na Figura 5.

[040] As entradas de orifício de filme 152 podem ser dispostas nos cantos 174a a d. Embora a Figura 5 ilustre as entradas de orifício de filme 152 sendo dispostas no segundo canto 174b, deve-se compreender que a ilustração é exemplificadora, e que as entradas 152 podem ser dispostas em qualquer canto 174a a d definido pelo turbulador 130. Além disso, embora as entradas 152 sejam ilustradas como adjacentes aos turbuladores 130, as entradas 152 podem ser afastadas dos turbuladores, tal como por um comprimento de duas alturas de turbulador, em um exemplo não limitador.

[041] Deve-se compreender que embora a Figura 5 seja descrita como colocando as entradas de orifício de filme 152 nos cantos definidos pelos turbuladores 130, é adicionalmente contemplado que as entradas 152 possam ser colocadas em qualquer lugar ao longo da disposição lateral do canal 170 ou dos turbuladores 130 dispostos no mesmo. Além disso, as entradas 152 podem ser afastadas dos cantos 174a a d. Por exemplo, as entradas 152 podem ser afastadas dos cantos dentro de pelo menos duas alturas de turbulador.

[042] Voltando-se para a Figura 6, um gráfico de gradiente de temperatura do componente de motor da Figura 5 antes da adição e colocação de orifícios de filme ilustra uma temperatura aumentada nas localizações em que as entradas de orifício de filme 152 são posteriormente colocadas. A figura ilustra que as entradas de orifício de filme 152 são desejavelmente colocadas em regiões que experimentam temperaturas de material maiores sem as entradas de orifício de filme 152. O fluxo de fluido de resfriamento C auxilia no resfriamento das superfícies internas do canal de resfriamento 170 (não mostrado na Figura 6), que tem as temperaturas mais altas Z adjacentes aos turbuladores 130. Conforme o fluido de resfriamento se aproxima dos turbuladores 130, as temperaturas para os componentes de motor aumentam para uma temperatura mais alta W de uma temperatura alta X ao fluir em direção às entradas 152. Mais longe das entradas 152, a temperatura se torna uma temperatura baixa Y, que está a jusante de um turbulador 130 e oposta em um canto a montante, enquanto que a temperatura mais baixa Z está mais próxima àquele canto a montante, a jusante do turbulador 130. Portanto, colocando-se a entrada 152 nos cantos a jusante pode auxiliar a reduzir as temperaturas de componente de motor, onde um fluxo de recirculação ou estagnado pode de outro modo se desenvolver e aumentar as temperaturas internas. Portanto, deve-se compreender que a colocação das entradas 152 em relação aos turbuladores 130 pode ser utilizada para energizar o fluxo para as entradas assim como para gerenciar as temperaturas dentro do componente de motor. Deve-se compreender que os fluxos, conforme mostrado e descrito, são exemplificadores, e que fluxos de ar e temperaturas resultantes diferentes são possíveis em várias configurações.

[043] Deve-se compreender que as temperaturas que compreendem as temperaturas mais alta, alta, baixa e mais baixa Z, Y, X, W são temperaturas relativas umas às outras, e não são limitadas a temperaturas ou diferenças específicas entre as mesmas, visto que diferentes componentes de motor podem ter diferentes temperaturas internas ao longo do motor.

[044] Voltando-se agora para a Figura 7, os turbuladores 130 são dispostos ao longo do canal em um ângulo oposto àquele da Figura 5. As entradas de orifício de filme 152, em um segundo exemplo, são dispostas a jusante do turbulador 130 em vez de a montante dos turbuladores 130 ilustrados nas Figuras 4 e 5. Os turbuladores 130 podem ser adjacentes aos turbuladores 130, ou afastados a jusante dos mesmos. As entradas 152, por exemplo, podem ser afastadas dos turbuladores 130 dentro de pelo menos um comprimento de duas alturas de turbulador.

[045] Deve-se compreender que embora a Figura 4 ilustre as entradas de orifício de filme 152 sendo dispostas a montante dos turbuladores 130 e a Figura 7 ilustre as entradas de orifício de filme 152 a jusante dos turbuladores 130, as entradas 152 podem ser afastadas de modo central entre os turbuladores 130 de modo que a entrada esteja tanto a montante de um turbulador 130 quanto a jusante de outro turbulador 130. A distância entre ambos os turbuladores a montante e a jusante 130 pode ser maior que duas alturas de turbulador, de modo que os fluxos de ar de turbulência próximos aos turbuladores 130 sejam impedidos.

[046] Voltando-se agora para a Figura 8, os turbuladores também podem compreender uma junta em V 180. As juntas em V podem ser dispostas dentro do canal 170 entre as paredes 172 que definem o canal 170. As juntas em V 180 podem definir cantos a montante 182a, cantos a jusante 182b e cantos centrais 182c. As entradas de orifício de filme 152 são colocadas em um canto a montante 182a, no entanto, é contemplado que as entradas 152 possam ser colocadas em qualquer canto 182a a c ou afastadas da junta em V 180 ao longo de qualquer posição lateral do canal 170.

[047] Na Figura 9, uma pluralidade de juntas em V 190 é revertida da posição da Figura 8, que define dois cantos a montante 192a, dois cantos a jusante 192b e um canto central 192c. As entradas 152 são ilustradas como sendo dispostas nos cantos centrais 192c, embora seja contemplado que as entradas 152 possam ser colocadas em qualquer canto 192a a c ou afastadas de uma junta em V 190 em qualquer posição lateral do canal 170.

[048] Deve-se compreender que as Figuras 8 e 9 não são limitadas a colocar as entradas 152 nos cantos 182a a c, 192a a c definidos pelas juntas em V 180, 190 e podem ser colocadas dentro dos espaços entre as juntas em V 180, 190 dentro do canal 170, enquanto são afastadas de pelo menos uma junta em V 180, 190, dentro de pelo menos duas alturas de junta em V. Adicionalmente, as entradas 152 podem ser afastadas dos cantos 182a a c, 192a a c, por exemplo, dentro de pelo menos duas alturas de junta em V. Ainda adicionalmente, as entradas 152 podem ser afastadas entre uma junta em V a montante 180, 190 e uma junta em V a jusante 180, 190, sendo distanciadas de ambas as juntas em V 180, 190 por pelo menos duas alturas de junta em V, sendo dispostas fora de um fluxo de ar turbulento criado pelas juntas em V 180, 190.

[049] A colocação dos orifícios de filme em relação aos turbuladores também pode compreender um método de resfriamento de uma cavidade dentro de um componente de um motor de turbina a gás. O método pode compreender direcionar o ar para dentro de uma entrada de um orifício de filme dentro de duas alturas de um turbulador localizado a jusante da entrada. O ar pode ser exaurido da saída para fornecer um filme de resfriamento ao longo de uma superfície quente do componente. O ar também pode ser direcionado para dentro de uma entrada disposta dentro de duas alturas de turbulador de um canto definido pelo turbulador. Adicionalmente, múltiplos orifícios de filme são contemplados, que direcionam ar para múltiplas entradas de orifício de filme.

[050] Deve-se compreender adicionalmente que os exemplos descritos no presente documento não são limitadores, e as entradas ou orifícios de filme podem ser colocadas em um ou mais cantos definidos pelos turbuladores ou juntas em V. Além disso, as entradas ou orifícios de filme podem ser colocados nos espaços da superfície resfriada entre os turbuladores adjacentes ou as juntas em V e podem ser afastadas dos mesmos. O afastamento, por exemplo, pode ser relativo à altura do turbulador ou da junta em V, tal como sendo afastado do turbulador ou da junta em V dentro de pelo menos duas alturas do turbulador ou da junta em V, ou pelo menos duas alturas de turbulador tanto de um turbulador quanto de uma junta em V a montante e a jusante. Além disso, as entradas podem ser afastadas dos cantos por uma distância, tal como dentro de duas alturas de turbulador ou de junta em V.

[051] Deve-se compreender que esta revelação se refere à colocação preferencial de entradas de orifício de filme em relação a turbuladores dentro de passagens ou canais de resfriamento. A colocação das entradas em relação aos turbuladores aprimora o desempenho de orifício de filme ou resfriamento de filme, tal como o aprimoramento de coeficientes de descarga e taxas de fluxo. A colocação de entradas de orifício de filme em relação aos turbuladores pode tirar proveito de ou impedir padrões de fluxo desenvolvidos pelos turbuladores dentro da passagem de resfriamento. A colocação do orifício de filme dentro de pelo menos duas alturas de turbulador a partir de um turbulador ou pelo menos duas alturas de turbulador a partir de um turbulador tanto a montante quanto a jusante podem impedir um fluxo não permanente criado pelo turbulador. Os turbuladores podem gerar um fluxo de recirculação adjacente ao turbulador e afastar a entrada do mesmo pode impedir esse fluxo de recirculação, fornecendo um fluxo permanente ao orifício de filme. Adicionalmente, a colocação das entradas em um canto pode auxiliar a impedir regiões pressurizadas ou estagnadas dentro da passagem, aprimorando adicionalmente a eficiência de fluxo e o resfriamento.

[052] Esta descrição escrita utiliza exemplos para descrever a invenção, que incluem o melhor modo, e para possibilitar qualquer indivíduo versado na técnica a praticar a invenção, que inclui produzir e utilizar quaisquer dispositivos ou sistemas e executar qualquer método incorporado. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram aos indivíduos versados na técnica. Tais outros exemplos têm como objetivo estarem dentro do escopo das reivindicações se os mesmos possuírem elementos estruturais que não os diferenciem 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 Parte anterior 16 Parte posterior 18 Seção de ventoinha 20 Ventoinha 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 ventoinha 42 Pás de ventoinha 44 Núcleo 46 Invólucro de núcleo 48 Eixo de HP/bobina de HP

50 Eixo 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 (bocal) 62 Palheta de compressor (bocal) 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 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 anterior 92b Entrada de lado posterior 94 Saída de passagem 96 Interior 98 Parede lateral de pressão 100 Parede lateral de sucção 102 Bordo de ataque 104 Bordo de fuga 106 Primeira passagem de resfriamento 108 Segunda passagem de resfriamento 110 Terceira passagem de resfriamento 112 Nervuras C Fluxo de fluido de resfriamento H Fluxo de gás quente Z Temperatura mais alta Y Temperatura alta X Temperatura baixa W Temperatura mais baixa 120 Parede 122 Superfície resfriada 124 Superfície quente 130 Turbulador 132 Parte frontal 134 Parte traseira 136 Altura 138 Canto 140 Eixo geométrico de turbulador 150 Orifício de filme 152 Entrada 154 Saída 156 Passagem 158 Eixo geométrico de fluxo 160 Eixo geométrico de passagem 162 Ângulo de passagem 164 Ângulo de turbulador 166 Espaço 170 Canal 172 Paredes 174 Canto 174a Primeiro canto 174b Segundo canto 174c Terceiro canto 174d Quarto canto 176 Ângulo de turbulador 180 Junta em V 182a Cantos a montante 182b Cantos a jusante 182c Cantos centrais 190 Junta em V 192a Canto a montante 192b Canto a jusante 192c Canto central Reivindicações

Claims (10)

1. COMPONENTE DE MOTOR 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 [120] que separa o fluxo de gás de combustão quente [H] do fluxo de fluido de resfriamento [C] e que tem uma superfície quente [124] juntamente com os fluxos de gás de combustão quentes [H] em uma trajetória de fluxo quente e uma superfície resfriada [122] voltada para o fluxo de fluido de resfriamento [C]; pelo menos um turbulador [130] que se estende na direção oposta à superfície resfriada [122] para definir uma altura de turbulador [136] e uma parte frontal [132] que confronta o fluxo de fluido de resfriamento [C] e uma parte traseira obversa [134] ao fluxo de fluido de resfriamento [C]; pelo menos um orifício de filme [150] que tem uma entrada [152] fornecida na superfície resfriada [122], uma saída [154] fornecida na superfície quente [124], e uma passagem [156] que conecta a entrada [152] e a saída [154]; e em que a entrada [152] é afastada do pelo menos um turbulador [130],

2. COMPONENTE DE MOTOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a entrada [152] é afastada dentro de pelo menos duas alturas de turbulador [136] do turbulador [130],

3. COMPONENTE DE MOTOR, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um canal [170] na superfície resfriada [122], em que o turbulador [130] forma pelo menos um canto [138] com o canal [170], e a entrada [152] está situada dentro de duas alturas de turbulador [136] do canto [138].

4. COMPONENTE DE MOTOR, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o turbulador [130] é orientado em um ângulo [164] em relação ao canal [170].

5. COMPONENTE DE MOTOR, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o turbulador [130] compreende pelo menos uma dentre uma nervura e uma junta em V [180].

6. COMPONENTE DE MOTOR, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a passagem [156] forma um ângulo [162] em relação à superfície resfriada [122].

7. COMPONENTE DE MOTOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um turbulador [130] compreende múltiplos turbuladores afastados [130].

8. COMPONENTE DE MOTOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os múltiplos turbuladores afastados [130] são afastados em uma direção de fluxo para o fluxo de fluido de resfriamento [C],

9. COMPONENTE DE MOTOR, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a entrada [152] é disposta entre dois turbuladores [130] e é afastada em pelo menos duas alturas de turbulador [136] dos turbuladores [130].

10. COMPONENTE DE MOTOR, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que um orifício de filme [150] está situado entre turbuladores adjacentes [130] e dentro de duas alturas de turbulador [136] de um turbulador [130].