BR102016030634A2 - Gas turbine motor cooling system and gas turbine motor - Google Patents

Description

“SISTEMA DE RESFRIAMENTO DE MOTOR DE TURBINA AGÁS E MOTOR DE TURBINA A GÁS” Antecedentes da Invenção [001] O campo da revelação refere-se geralmente a motores de turbina e, mais particularmente, a um sistema e método que usam tubulações de calor para transferir calor dentro de um motor de turbina a gás.

[002] Os motores de turbina a gás tipicamente incluem um compartimento abaixo de carenagem como uma parte da arquitetura de motor. Conforme os motores de turbina a gás são aprimorados, por exemplo, para resultar em velocidades superiores de aeronave, é esperado que a temperatura abaixo de carenagem de núcleo seja substancialmente elevada. Os componentes abaixo de carenagem incluem componentes eletrônicos e outras unidades substituíveis de linha (LRUs). Tais componentes eletrônicos em motores de turbina a gás conhecidos, que incluem controles de motor digital (ou componentes eletrônicos) de autoridade total (FADECs), podem ser particularmente sensíveis às temperaturas crescentes abaixo de carenagem de núcleo, tanto durante a operação de motor de turbina a gás quanto durante a reabsorção após um desligamento do motor. Por exemplo, a manutenção de componentes eletrônicos em pelo menos alguns dos motores de turbina a gás conhecidos exige que o motor permaneça em inatividade de solo (Gl) durante pelo menos 3 minutos após o voo. Em tais motores de turbina a gás conhecidos, as estratégias para resfriar componentes abaixo de carenagem eletrônicos incluem sistemas de resfriamento ativo dedicados que incluem tubulação, alteração de materiais de construção, e modificar a arquitetura de motor colocando-se blindagens de radiação de calor ao redor de componentes eletrônicos e movendo-se os componentes para localizações remotas.

[003] Os sistemas conhecidos com tubulação para resfriamento ativo de componentes eletrônicos abaixo de carenagem e o uso de blindagem de radiação adicionam peso aos motores de turbina a gás e, portanto, aumentam o consumo de combustível específico (SFC). Onde tais componentes são colocados em localizações remotas no motor, aumentos no comprimento de cabos de conexão também aumentam o peso de motor e SFC ao passo que também complica as atividades de manutenção. Ademais, em tais motores de turbina a gás conhecidos, tais problemas são agravados durante a reabsorção em que não há nenhum fluxo de resfriamento e um tempo de espera é estendido após a operação de tais motores de turbina a gás conhecidos antes da manutenção dos mesmos. Alguns sistemas e métodos conhecidos para resfriar componentes abaixo de carenagem também aumentam os custos operacionais de pelo menos alguns dos motores de turbina a gás conhecidos.

Breve Descrição [004] Em um aspecto, um sistema de resfriamento de motor de turbina a gás é fornecido. O motor de turbina a gás inclui um núcleo de motor, um dissipador de frio, um espaço abaixo de carenagem de núcleo e uma carenagem de núcleo que, pelo menos parcialmente, circunda o núcleo de motor e define uma parede radialmente externa do espaço abaixo de carenagem de núcleo. O sistema de resfriamento de motor de turbina a gás inclui um componente abaixo de carenagem posicionado no espaço abaixo de carenagem de núcleo. O sistema de resfriamento de motor de turbina a gás também inclui uma tubulação de calor que inclui uma primeira extremidade, uma segunda extremidade e um conduto que se estende entre as mesmas. A primeira extremidade é termicamente acoplada ao componente abaixo de carenagem, e a segunda extremidade é termicamente acoplada ao dissipador de frio. A tubulação de calor facilita a transferência de uma quantidade de calor a partir do componente abaixo de carenagem para o dissipador de frio.

[005] Em outro aspecto, um motor de turbina a gás é fornecido. O motor de turbina a gás inclui um núcleo de motor, um dissipador de frio, um espaço abaixo de carenagem de núcleo e uma carenagem de núcleo que, pelo menos parcialmente, circunda o núcleo de motor e define uma parede radialmente externa do espaço abaixo de carenagem de núcleo. O motor de turbina a gás também inclui um componente abaixo de carenagem posicionado no espaço abaixo de carenagem de núcleo. O motor de turbina a gás inclui adicionalmente um sistema de resfriamento. O sistema de resfriamento inclui uma tubulação de calor que inclui uma primeira extremidade, uma segunda extremidade e um conduto que se estende entre as mesmas. A primeira extremidade é termicamente acoplada ao componente abaixo de carenagem, e a segunda extremidade é termicamente acoplada ao dissipador de frio. A tubulação de calor facilita a transferência de uma quantidade de calor a partir do componente abaixo de carenagem para o dissipador de frio.

[006] Ainda em outro aspecto, um método de resfriar um motor de turbina a gás é fornecido. O motor de turbina a gás inclui um núcleo de motor, um dissipador de frio, um espaço abaixo de carenagem de núcleo, um componente abaixo de carenagem posicionado no espaço abaixo de carenagem de núcleo e uma carenagem de núcleo que, pelo menos parcialmente, circunda o núcleo de motor e define uma parede radialmente externa do espaço abaixo de carenagem de núcleo. O motor de turbina a gás também inclui um componente abaixo de carenagem posicionado no espaço abaixo de carenagem de núcleo. O método inclui selecionar uma tubulação de calor que tem parâmetros de desempenho para facilitar seguir uma característica predeterminada de transferência de calor que inclui uma resistência térmica entre o componente abaixo de carenagem e o dissipador de frio. O método também inclui acoplar termicamente uma primeira extremidade da tubulação de calor ao componente abaixo de carenagem. O método inclui adicionalmente acoplar termicamente uma segunda extremidade da tubulação de calor ao dissipador de frio. O método também inclui receber calor na primeira extremidade do componente abaixo de carenagem. O método inclui adicionalmente transferir calor através da tubulação de calor para o dissipador de frio.

Breve Descrição das Figuras [007] Essas e outras funções, aspectos e vantagens da presente revelação se tornarão mais bem entendidas quando a descrição detalhada a seguir for lida em referência às figuras anexas, nas quais caracteres semelhantes representam partes semelhantes ao longo das figuras, em que: [008] As Figuras 1 a 6 mostram realizações exemplificativas do aparelho e do método descritos no presente documento.

[009] A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um motor de turbina a gás exemplificativo.

[010] A Figura 2 é uma vista em perspectiva da parte frontal para a parte traseira de um invólucro de ventilador anular exemplificativo que pode ser usado no motor de turbina a gás mostrado na Figura 1.

[011] A Figura 3 é uma vista em perspectiva da parte frontal para a parte traseira de um módulo de ventilador exemplificativo que pode ser usado no motor de turbina a gás mostrado na Figura 1.

[012] A Figura 4 é um diagrama esquemático de uma realização exemplificativa de um sistema de gerenciamento térmico passivo para um componente abaixo de carenagem que pode ser usado no motor de turbina a gás mostrado na Figura 1.

[013] A Figura 5 é uma vista em perspectiva da parte traseira para a parte frontal de uma realização alternativa de um sistema de gerenciamento térmico passivo para um componente abaixo de carenagem que pode ser usado com o motor de turbina a gás mostrado na Figura 1.

[014] A Figura 6 é um diagrama esquemático de outra realização alternativa de um sistema de gerenciamento térmico passivo para um componente abaixo de carenagem, que pode ser usado com o motor de turbina a gás mostrado na Figura 1.

[015] Embora funções específicas de várias realizações possam ser mostradas em alguns desenhos e não em outros, isso ocorre somente a título de conveniência. Qualquer função de qualquer figura pode ser referenciada e/ou reivindicada em combinação com qualquer função de qualquer outra figura.

[016] A menos que indicado de outra forma, as figuras fornecidas no presente documento são destinadas a ilustrar as funções das realizações da revelação. Acredita-se que essas funções são aplicáveis em uma ampla variedade de sistemas que compreende uma ou mais realizações da revelação. Assim, as figuras não são destinadas a incluir todas as funções convencionais, conhecidas pelas pessoas de habilidade comum na técnica, a serem exigidas para a prática das realizações reveladas no presente documento.

Descrição Detalhada [017] No relatório descritivo e nas reivindicações a seguir, será feita referência a inúmeros termos, que serão definidos com os significados a seguir.

[018] As formas singulares “um”, “uma”, “o” e “a” incluem referências plurais, a menos que o contexto determine claramente o contrário.

[019] “Opcional” ou “opcionalmente” significam que o evento ou circunstância descrito subsequentemente pode ou não ocorrer, e que a descrição inclui exemplos em que o evento ocorre e exemplos em que o evento não ocorre.

[020] A linguagem de aproximação, conforme usado no presente documento ao longo do relatório descritivo e das reivindicações, pode ser aplicada para modificar qualquer representação quantitativa que podería variar de forma permissível sem resultar em uma mudança na função básica à qual é relacionada. Consequentemente, um valor modificado por um termo ou termos, tais como “cerca de”, "aproximadamente" e "substancialmente", não se limitam ao valor preciso especificado. Em pelo menos alguns casos, a linguagem de aproximação pode corresponder à precisão de um instrumento para medição do valor. No presente contexto e ao longo do relatório descritivo e das reivindicações, as limitações de faixa podem ser combinadas e/ou alternadas; e tais faixas são identificadas e incluem todas as subfaixas contidas nas mesmas, a menos que o contexto ou a linguagem indiquem o contrário.

[021] A descrição detalhada a seguir ilustra realizações da revelação a título de exemplo e não por meio de limitação. É contemplado que a revelação tenha aplicação geral a um método e sistema para usar tubulações de calor para transferir calor dentro de um motor de turbina a gás.

[022] As realizações da atenuação de reabsorção através de sistemas de resfriamento passivos e métodos descritos no presente documento diminuem de modo eficaz a temperatura de componentes abaixo de carenagem principais, inclusive os componentes eletrônicos sensíveis à temperatura, como controles de motor digital (ou componentes eletrônicos) de autoridade total (FADECs) e válvulas operadas por combustível, tanto durante a operação quanto reabsorção de motores de turbina a gás. Além disso, a atenuação de reabsorção através de sistemas de resfriamento passivos e métodos descritos no presente documento torna possível reduzir o tempo de inatividade de solo (Gl) pós-voo antes que as atividades de manutenção em motores de turbina a gás possam ser realizadas. Ademais, a atenuação de reabsorção através dos sistemas de resfriamento passivos e métodos descritos no presente documento reduz o consumo de combustível específico (SFC) de motores de turbina a gás substituindo-se sistemas de resfriamento ativo dedicados e métodos e blindagem de radiação por sistemas de resfriamento passivos de peso inferior e métodos que incluem tubulações de calor. Ademais, a atenuação de reabsorção através dos sistemas de resfriamento passivos e métodos descritos no presente documento simplifica as atividades de manutenção em componentes abaixo de carenagem e reduz custos operacionais de motores de turbina a gás evitando-se a necessidade de mudar materiais de construção de componentes abaixo de carenagem e a necessidade de mudar a arquitetura de motor para mover componentes abaixo de carenagem para localizações remotas e mais difíceis para a manutenção.

[023] A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um motor de turbina a gás exemplificativo 100. O motor de turbina a gás 100 inclui um gerador de gás ou núcleo de motor 102 que inclui um compressor de alta pressão (HPC) 104, um conjunto de combustor 106 e uma turbina de alta pressão (HPT) 108 em uma relação de fluxo em série axial em um rotor de núcleo de motor 110 que gira em torno de um eixo de núcleo de motor 112. O HPC 104, o conjunto de combustor 106, HPT 108, o rotor de núcleo de motor 110 e o eixo de núcleo de motor 112 estão localizados dentro de um alojamento anular 114. O motor de turbina a gás 100 também inclui um ventilador ou compressor de baixa pressão 116 e uma turbina de baixa pressão (LPT) 118 disposta em uma relação de fluxo axial em um rotor de motor de potência 120.

[024] Durante a operação do motor de turbina a gás exemplificativo 100, o ar flui ao longo de um eixo geométrico central 122 e o ar comprimido é abastecido ao HPC 104. O ar altamente comprimido é entregue ao conjunto de combustor 106. O gás de escape flui (não mostrado na Figura 1) a partir do conjunto de combustor 106 e aciona a HPT 108 e a LPT 118. O eixo de motor de potência 124 aciona o rotor de motor de potência 120 e o ventilador 116. O motor de turbina a gás 100 também inclui uma carcaça de confinamento de ventilador ou compressor de baixa pressão 126. Além disso, no motor de turbina a gás exemplificativo 100, uma entrada de ar inicial 128 localizada na extremidade de avanço do motor de turbina a gás 100 inclui uma carenagem do núcleo 130 que define um limite circunferencial da mesma. A carenagem de núcleo 130, pelo menos parcialmente, circunda o núcleo de motor 102. Além disso, a carenagem de núcleo 130 define a parede radialmente externa de um espaço abaixo de carenagem de núcleo 131. Dentro do espaço abaixo de carenagem de núcleo 131 está o alojamento anular 114 e os componentes de motor de turbina a gás 100 dentro do alojamento anular 114 descrito acima. Ao longo do motor de turbina a gás 100, válvulas de vários tipos, não mostradas, estão presentes e controlam o fluxo de vários líquidos e gases inclusive, sem limitações, combustível, ar de admissão e ar de escape. Pelo menos algumas válvulas no motor de turbina a gás 100 estabelecem gradientes de temperatura entre fluidos e gases, através dos quais os fluidos e gases em um lado da válvula estão em uma temperatura superior ou inferior ao outro lado da válvula. Ademais, o motor de turbina a gás 100 inclui uma extremidade traseira que inclui uma saída de escape 132.

[025] A Figura 2 é uma vista em perspectiva da parte frontal para a parte traseira de um invólucro de ventilador anular exemplificativo que pode ser usado no motor de turbina a gás 100 mostrado na Figura 1. A carenagem de núcleo 130 é disposta à frente do invólucro de ventilador anular 202. A carenagem de núcleo 130 tem, geralmente, um corte transversal em formato de “U” com uma porção curva que define um rebordo de entrada 204, uma parede interna 206, que se estende para trás do rebordo de entrada 204 em uma direção geralmente axial, e uma parede externa 208 que se estende para trás do rebordo de entrada 204 em uma direção geralmente axial. O invólucro de ventilador anular 202 é configurado para alojar e sustentar o ventilador 116 (não mostrado na Figura 2). A parede interna 206 forma uma trajetória de fluxo para o ar que entra no invólucro de ventilador anular 202, e a parede externa 208 é exposta ao fluxo de ar externo.

[026] A Figura 3 é uma vista em perspectiva da parte frontal para a parte traseira de um módulo de ventilador exemplificativo 300 que pode ser usado no motor de turbina a gás 100 mostrado na Figura 1. O módulo de ventilador 300 inclui uma pluralidade de pás de guia de saída (OGVs) 302 acopladas a, e disposta dentro do invólucro de ventilador anular 202. Cada OGV dentre a pluralidade de OGVs 302 inclui uma raiz 304, uma ponta 306, uma borda de avanço 308, uma borda de fuga 310 e lados opostos 312 e 314. As OGVs 302 são em formato de aerofólio e são posicionadas e orientadas para remover um componente de giro tangencial do fluxo de ar que sai ande um ventilador a montante, não mostrado.

[027] Na operação, no módulo de ventilador exemplificativo 300, as OGVs 302 servem como membros estruturais (por vezes chamados de “suportes de ventilador”) que conectam o invólucro de ventilador anular 202 a um alojamento interno anular 316. Em realizações alternativas, não mostradas, essas funções de sustentação podem ser servidas por componentes diferentes ou adicionais. As OGVs 302 são construídas a partir de qualquer material que tenha uma resistência adequada para suportar as cargas operacionais esperadas e que possa ser formado no formato desejado. O uso de material termicamente condutor para OGVs 302 melhora a transferência de calor no motor de turbina a gás 100, não mostrado.

[028] A Figura 4 é um diagrama esquemático de uma realização exemplificativa de um sistema de gerenciamento térmico passivo 400 para um componente abaixo de carenagem 402 que pode ser usado no motor de turbina a gás 100 mostrado na Figura 1. Na realização exemplificativa, o sistema de gerenciamento térmico passivo 400 inclui pelo menos um componente abaixo de carenagem 402, incluindo, sem limitações, FADEC e componentes eletrônicos. O componente abaixo de carenagem 402 inclui, apenas a título de exemplo, chassi 404 de FADEC dentro ou sobre o qual o pelo menos um componente eletrônico, incluindo, sem limitações, o pelo menos um painel de circuito 406 está situado. Além disso, na realização exemplificativa, pelo menos uma fonte de calor 408, que inclui, sem limitações, um dissipador de calor construído a partir de um material mais termicamente condutor do que o painel de circuito 406, é termicamente acoplada ao painel de circuito 406 para facilitar a transferência de calor entre os mesmos. Ademais, na realização exemplificativa, a fonte de calor 408 é termicamente acoplada a pelo menos ao painel de circuito mais termicamente sensível 406 de uma pluralidade de painéis de circuito 406 dentro do chassi de FADEC 404. Em outras realizações alternativas, não mostradas, a fonte de calor 408 é termicamente acoplada a todos os painéis de circuito 406 de uma pluralidade de painéis de circuito 406 dentro do chassi de FADEC 404. Ademais, na realização exemplificativa, a fonte de calor 408 inclui um evaporador 410 termicamente acoplado à mesma. Ademais, na realização exemplificativa, o sistema de gerenciamento térmico passivo 400 inclui um condensador 412.

[029] Além disso, na realização exemplificativa, o sistema de gerenciamento térmico passivo 400 inclui pelo menos uma tubulação de calor 414. A tubulação de calor 414 é termicamente acoplada a, e entre o evaporador 410 e o condensador 412. Ademais, na realização exemplificativa, a tubulação de calor 414 inclui uma primeira extremidade 416, uma segunda extremidade 418 e um conduto 420 que se estende entre as mesmas. A maior parte de cada tubulação de calor 414 é envolvida com isolamento térmico adequado, não mostrado. Pelo menos uma porção de cada segunda extremidade 418 não é isolada. A primeira extremidade 416 é disposta sobre ou dentro do evaporador 410. A segunda extremidade 418 é disposta sobre ou dentro do condensador 412. Em outras realizações alternativas, não mostradas, o evaporador 410 e o condensador 412 não são componentes separados, mas, em vez disso, são formados integralmente como partes da primeira extremidade 416 e da segunda extremidade 418, respectivamente. Ainda em outras realizações não mostradas, o evaporador 410 e/ou o condensador 412 não estão presentes e a tubulação de calor 414 são termicamente acoplados a, e entre a fonte de calor 408 e um dissipador de frio, não mostrado na Figura 4, localizados em pelo menos uma porção do motor de turbina a gás 100, que inclui, sem limitações, localizações fora de motor de turbina a gás 100, que são de uma temperatura inferior do que a fonte de calor 408.

[030] Durante a operação, na realização exemplificativa, a primeira extremidade 416 e a segunda extremidade 418 são montadas dentro ou sobre o evaporador 410 e o condensador 412, respectivamente, de modo a alcançar uma boa condutividade térmica entre as mesmas. Além disso, durante a operação da realização exemplificativa, a fonte de calor 408 está em uma temperatura superior ao condensador 412, que inclui, sem limitações, devido ao fato de que o condensador está localizado mais distante do motor de turbina a gás 100 ou em uma região do mesmo, tem uma temperatura inferior à fonte de calor 408. Sob essas condições, o calor da fonte de calor 408 é transferido da primeira extremidade 416 para a segunda extremidade 418 da tubulação de calor 414.

[031] Além disso, na operação da realização exemplificativa, cada tubulação de calor 508 tem uma parede externa alongada com extremidades fechadas que, em conjunto, definem uma cavidade. A cavidade é alinhada com uma estrutura capilar ou mecha, não mostrado na Figura 4, e retém um fluido de trabalho. Vários fluidos de trabalho, como gases, água, substâncias orgânicas e metais de ponto de fusão baixo são conhecidos para o uso em tubulações de calor 414. Ademais, durante a operação da realização exemplificativa, as tubulações de calor 414 são altamente eficazes na transferência de calor. Por exemplo, sua condutividade térmica eficaz é várias ordens de magnitude superior à do cobre sólido. O número, comprimento, diâmetro, formato, fluido de trabalho e outros parâmetros de desempenho de tubulações de calor 414 são selecionados com base no grau desejado de transferência de calor durante a operação de motor, assim como durante a reabsorção. Ademais, durante a operação da realização exemplificativa, as características de tubulações de calor 414, evaporadores 410 e condensadores 412, que incluem, sem limitações, seu formato, comprimento, diâmetro e espessura, podem ser variadas para acomodar suas orientações e colocações individuais dentro do motor de turbina a gás 100. Dessa forma, os projetos individuais para tubulações de calor 414 podem exigir uma ação capilar mais forte para assegurar um retorno de condensado adequado dependendo da aplicação particular dentro do motor de turbina a gás 100.

[032] Ademais, durante a operação da realização exemplificativa, o calor da fonte de calor 408 circula no evaporador 410, onde o mesmo aquece a primeira extremidade 416 da tubulação de calor 414. O fluido de trabalho dentro da tubulação de calor 414 absorve esse calor e evapora. O vapor assim gerado, então, se desloca através das cavidades dentro da tubulação de calor 414, e condensa na segunda extremidade 418, transferindo, assim, calor da fonte de calor 408 para as áreas mais frias do motor de turbina a gás 100 próximas ao condensador 412. O fluido de trabalho condensado, então, transporta, inclusive, sem limitações, por ação capilar, da segunda extremidade 418 de volta para a primeira extremidade 416 em áreas mais quentes do motor de turbina a gás 100, inclusive, sem limitações, a fonte de calor 408, completando, assim, o circuito. Ademais, durante a operação da realização exemplificativa, a transferência de calor resultante da fonte de calor 408 para o condensador 412 facilita que o sistema de gerenciamento térmico passivo 400 forneça uma prevenção eficaz de formação de gelo (isto é, anticongelamento) e/ou remoção de gelo em áreas do motor de turbina a gás 100 próximas ao condensador 412, dependendo da taxa de aquecimento. Ademais, durante a operação da realização exemplificativa, o sistema de gerenciamento térmico passivo 400 é passivo e, portanto, não precisa de válvulas e é vedado. O número, tamanho e a localização de tubulações de calor 414 podem ser selecionados para fornecer remoção de calor e transferência de calor conforme for necessário.

[033] Ademais, durante a operação da realização exemplificativa, dependendo da configuração exata escolhida, o desempenho de sistema pode ser usado apenas para anticongelamento ou para degelo. O sistema de resfriamento de motor de turbina a gás usa o calor que é indesejado em uma porção de um motor e usa esse calor onde é necessário em outra porção do motor, de modo a evitar tanto as perdas associadas aos sistemas de resfriamento conhecidos quanto a necessidade de uma fonte de calor de anticongelamento separada.

[034] A Figura 5 é uma vista em perspectiva da parte traseira para a parte frontal de uma realização alternativa de um sistema de gerenciamento térmico passivo 500 para um componente abaixo de carenagem 402 que pode ser usado com o motor de turbina a gás 100 mostrado na Figura 1. Na realização alternativa, o sistema de gerenciamento térmico passivo 500 inclui pelo menos um componente abaixo de carenagem 402 acoplado a pelo menos uma porção de motor de turbina a gás 100. Além disso, na realização alternativa, o componente abaixo de carenagem 402 é um componente eletrônico, que inclui, sem limitações, uma caixa de excitador ou FADEC, dentro da qual está pelo menos uma fonte de calor 408 termicamente acoplada ao evaporador 410, conforme mostrado e descrito acima com referência à Figura 4. Ademais, na realização alternativa, o sistema de gerenciamento térmico passivo 500 inclui pelo menos um condensador 506 acoplado a pelo menos uma porção de um suporte de ligação de impulso 702. O alojamento interno anular 316 é acoplado ao suporte de ligação de impulso 702 nas porções voltadas para trás do mesmo, portanto, de modo a formar uma capa circunferencial no mesmo. O condensador 412 é termicamente acoplado a pelo menos uma porção voltada para trás do suporte de ligação de impulso 702. Em outras realizações alternativas, não mostradas, o condensador 412 é termicamente acoplado a pelo menos uma porção de avanço, não mostrada, do suporte de ligação de impulso 702, tanto sozinho quanto em combinação com pelo menos uma porção voltada para trás do mesmo.

[035] Além disso, na realização alternativa, o sistema de gerenciamento térmico passivo 500 inclui pelo menos uma tubulação de calor 414. A tubulação de calor 414 é termicamente acoplada a, e entre o evaporador 410 e o condensador 412, conforme mostrado e descrito acima em referência a Figura 4. O evaporador 410 é termicamente acoplado à fonte de calor 408 dentro do componente abaixo de carenagem 402. Em outras realizações alternativas, não mostradas, a tubulação de calor 414 é termicamente acoplada ao evaporador 410 e também acoplada à fonte de calor 408. Ademais, na realização alternativa, a tubulação de calor 414 é adicionalmente acoplada ao suporte de ligação de impulso 702. Em outras realizações alternativas, não mostradas, a tubulação de calor 414 não é acoplada ao suporte de ligação de impulso 702, mas, em vez disso, é acoplada a outras porções do motor de turbina a gás 100 ou, alternativamente, não acoplada a outras porções do motor de turbina a gás 100.

[036] Ademais, na realização alternativa, o sistema de gerenciamento térmico passivo 500 inclui pelo menos um condensador 412 termicamente acoplado a pelo menos um dentre os lados opostos 312 e 314 de pelo menos uma OGV 302 disposta dentro do invólucro de ventilador anular 202. A tubulação de calor 414 (representada em linhas tracejadas na Figura 5) é termicamente acoplada a, e entre o evaporador 410 e o condensador 412, conforme mostrado e descrito acima com referência à Figura 4. Ademais, na realização alternativa, a tubulação de calor 414 é adicionalmente acoplada ao alojamento interno anular 316. Em outras realizações alternativas, não mostradas, a tubulação de calor 414 não é acoplada ao alojamento interno anular 316, mas, em vez disso, é acoplada a outras porções do motor de turbina a gás 100 ou, alternativamente, não acoplada a outras porções do motor de turbina a gás 100.

[037] Ademais, na realização alternativa, o sistema de gerenciamento térmico passivo 500 inclui pelo menos um condensador 412 acoplado a pelo menos uma porção do alojamento interno anular 316 inclusive, sem limitações, em uma superfície radialmente para fora do mesmo. Em outras realizações alternativas, não mostradas, pelo menos um condensador 412 é termicamente acoplado a pelo menos uma porção de superfícies radialmente para dentro do alojamento interno anular 316, não mostrado, tanto sozinho quanto em combinação com pelo menos uma superfície radialmente para fora do mesmo. A tubulação de calor 414 é termicamente acoplada a, e entre o evaporador 410 e o condensador 412, conforme mostrado e descrito acima em referência a Figura 4. Ademais, na realização alternativa, a tubulação de calor 414 é adicionalmente acoplada ao alojamento interno anular 316. Em outras realizações alternativas, não mostradas, a tubulação de calor 414 não é acoplada ao alojamento interno anular 316, mas, em vez disso, é acoplada a outras porções do motor de turbina a gás 100 ou, alternativamente, não acoplada a outras porções do motor de turbina a gás 100.

[038] Ademais, na realização alternativa, o sistema de gerenciamento térmico passivo 500 inclui pelo menos um condensador 412 acoplado a pelo menos uma porção do invólucro de ventilador anular 202 inclusive, sem limitações, em uma superfície radialmente para dentro do mesmo. A tubulação de calor 414 é termicamente acoplada a, e entre o evaporador 410 e o condensador 412, conforme mostrado e descrito acima em referência a Figura 4. Além disso, na realização alternativa, pelo menos uma tubulação de calor 414 é termicamente acoplada a, e entre os condensadores 412 termicamente acoplados ao alojamento interno anular 316, a OGV 302, o suporte de ligação de impulso 702, o invólucro de ventilador anular 202 e combinações dos mesmos, e pelo menos um evaporador 410 é acoplado a pelo menos uma fonte de calor 408 em pelo menos um componente abaixo de carenagem 402.

[039] Durante a operação, na realização alternativa, o componente abaixo de carenagem 402 está tipicamente em uma temperatura superior ao suporte de ligação de impulso 702, à OGV 302, ao invólucro de ventilador anular 202 e ao alojamento interno anular 316 durante as condições operacionais típicas do motor de turbina a gás 100, inclusive durante a reabsorção. Dessa forma, um suporte de ligação de impulso 702, a OGV 302 e o alojamento interno anular 316 são dissipadores de frio aos quais o condensador 412 é termicamente acoplado. Conforme descrito acima com referência à Figura. 4, a fonte de calor 408 transfere calor para o evaporador 410. O evaporador 410 aquece a primeira extremidade 416 da tubulação de calor 414. O calor é transferido através da tubulação de calor 414 para a segunda extremidade do resfriador 418 próxima ao condensador 412 acoplado a pelo menos um dentre o suporte de ligação de impulso 702, a OGV 302, o invólucro de ventilador anular 202 e o alojamento interno anular 316, portanto, de modo a resfriar passivamente o componente abaixo de carenagem 402.

[040] A Figura 6 é um diagrama esquemático de outra realização alternativa de um sistema de gerenciamento térmico passivo 600 para um componente abaixo de carenagem 402, que pode ser usado com o motor de turbina a gás 100 mostrado na Figura 1. Na realização alternativa, o sistema de gerenciamento térmico passivo 600 inclui pelo menos um componente abaixo de carenagem 402 acoplado a pelo menos uma porção de motor de turbina a gás 100. Além disso, na realização alternativa, o componente abaixo de carenagem 402 é um componente eletrônico que inclui, sem limitações, um FADEC, com o qual pelo menos uma fonte de calor 408 é termicamente acoplada a pelo menos um evaporador410. Ademais, na realização alternativa, o sistema de gerenciamento térmico passivo 600 inclui pelo menos um condensador 412 acoplado a pelo menos uma porção de pelo menos um corpo de válvula 602. O corpo de válvula 602 é acoplado a pelo menos uma porção do motor de turbina a gás 100 conforme descrito acima em referência à Figura 1. Pelo menos um condensador 412 é termicamente acoplado ao corpo de válvula 602.

[041] Além disso, na realização alternativa, o sistema de gerenciamento térmico passivo 600 inclui pelo menos uma tubulação de calor 414. A tubulação de calor 414 é termicamente acoplada a, e entre o evaporador 410 e o condensador 512, conforme mostrado e descrito acima em referência a Figura 4. O evaporador 410 é termicamente acoplado à fonte de calor 408 dentro do componente abaixo de carenagem 402. Em outras realizações alternativas, não mostradas, a tubulação de calor 414 é termicamente acoplada ao evaporador 410 e também acoplada à fonte de calor 408. Ademais, na realização alternativa, a tubulação de calor 414 é adicionalmente acoplada ao corpo de válvula 602. Em outras realizações alternativas, não mostradas, a tubulação de calor 414 não é acoplada ao corpo de válvula 602, mas, em vez disso, é acoplada a outras porções do motor de turbina a gás 100 ou, alternativamente, não acoplada a outras porções do motor de turbina a gás 100. Ainda em outras realizações alternativas, não mostradas, o corpo de válvula 602 é a fonte de calor 408 e pelo menos um evaporador 410 é acoplado à mesma. Onde o corpo de válvula 602 é um componente abaixo de carenagem 402 e uma fonte de calor 408, isto é, onde o corpo de válvula 602 é parte de uma válvula operada por combustível e/ou resfriada por combustível dentro ou próxima ao motor de turbina a gás 100, o sistema de gerenciamento térmico passivo 600 possibilita que o sistema de resfriamento de combustível possa ser substituído por tubulações de calor 414, conforme mostrado e descrito acima em referência à Figura 4.

[042] Durante a operação, na realização alternativa, o componente abaixo de carenagem 402 está tipicamente em uma temperatura superior ao corpo de válvula 602 durante as condições operacionais típicas do motor de turbina a gás 100, que incluem durante a reabsorção. Além disso, durante a operação da realização alternativa, a diferença de temperatura entre o componente abaixo de carenagem 402 e o corpo de válvula 602 é mais alta quando o corpo de válvula 602 contém um volume de líquido e gases de resfriamento, que incluem, sem limitações, combustível e ar de fora do motor de turbina a gás 100, em relação ao líquido e aos gases de dentro motor de turbina a gás 100. Dessa forma, o corpo de válvula 602 é um dissipador de frio ao qual o condensador 412 é termicamente acoplado. Conforme descrito acima com referência à Figura. 4, a fonte de calor 408 transfere calor para o evaporador 410. O evaporador 410 aquece a primeira extremidade 416 da tubulação de calor 414. O calor é transferido através da tubulação de calor 414 para a segunda extremidade do resfriador 418 próxima ao condensador 412 termicamente acoplado ao corpo de válvula 602, portanto, de modo a resfriar passivamente o componente abaixo de carenagem 402.

[043] As realizações descritas acima de atenuação de reabsorção através dos sistemas de resfriamento passivos e métodos diminuem de modo eficaz a temperatura dos componentes abaixo de carenagem principais, inclusive os componentes eletrônicos sensíveis à temperatura, como FADECs, caixas de excitador, válvulas operadas por combustível e corpos de válvula, tanto durante a operação quanto a reabsorção de motores de turbina a gás. Além disso, a atenuação de reabsorção descrita acima através de sistemas de resfriamento passivos e métodos torna possível reduzir o tempo de Gl pós-voo antes que as atividades de manutenção em motores de turbina a gás possam ser realizadas. Ademais, a atenuação de reabsorção descrita acima através dos sistemas de resfriamento passivos e métodos reduz o SFC de motores de turbina a gás substituindo-se sistemas de resfriamento ativo dedicados e métodos e blindagem de radiação por sistemas de resfriamento passivos de peso inferior e métodos que incluem tubulações de calor. Ademais, a atenuação de reabsorção descrita acima através dos sistemas de resfriamento passivos e métodos simplifica as atividades de manutenção em componentes abaixo de carenagem 402 e reduz os custos operacionais de motores de turbina a gás evitando-se que haja mudança de materiais de construção de componentes abaixo de carenagem 402 e a necessidade de mudar a arquitetura de motor para mover os componentes abaixo de carenagem 402 para localizações remotas e mais difíceis para a manutenção.

[044] Os sistemas e o aparelho exemplificativos de atenuação de reabsorção através dos sistemas de resfriamento passivos e métodos são descritos acima em detalhes. O aparelho ilustrado não se limita às realizações específicas descritas no presente documento, mas, em vez disso, componentes de cada uma podem ser utilizados independente e separadamente de outros componentes descritos no presente documento. Cada componente de sistema também pode ser usado em combinação com outros componentes de sistema.

[045] Esta descrição escrita usa os exemplos para descrever a revelação que incluem o melhor modo e também habilita a qualquer pessoa versada na técnica a praticar a revelação que inclui produzir e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da revelação é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram àqueles versados na técnica. Tais outros exemplos se destinam a ser abrangidos pelo escopo das reivindicações caso possuam elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou caso incluam elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais das linguagens literais das reivindicações.

Lista de Componentes 100 motor de turbina a gás 102 núcleo de motor 104 compressor de alta pressão (HPC) 106 conjunto de combustor 108 turbina de alta pressão (HPT) 110 rotor de núcleo de motor 112 eixo de núcleo de motor 114 alojamento anular 116 ventilador 118 turbina de baixa pressão (LPT) 120 rotor de motor de potência 122 eixo geométrico central 124 eixo de motor de potência 126 invólucro de contenção de compressor de baixa pressão (LPC) 128 entrada de ar 130 carenagem de núcleo 131 espaço abaixo de carenagem de núcleo 132 saída de escape 202 invólucro de ventilador anular 204 rebordo de entrada 206 parede interna 208 parede externa 300 módulo de ventilador 302 pá de guia externa (OGV) 304 raiz 306 ponta 308 borda de ataque 310 borda de fuga 312 lado oposto 314 lado oposto 316 alojamento interno anular 400 sistema de gerenciamento térmico passivo 402 componente abaixo de carenagem 404 chassi de controle de motor digital (ou componente eletrônico) de autoridade total (FADEC) 406 painel de circuito 408 fonte de calor 410 evaporador 412 condensador 414 tubulação de calor 416 primeira extremidade 418 segunda extremidade 420 conduto 500 sistema de gerenciamento térmico passivo 502 sustentação de ligação de impulso 600 sistema de gerenciamento térmico passivo 602 corpo de válvula Reivindicações

Claims (15)

1. SISTEMA DE RESFRIAMENTO DE MOTOR DE TURBINA A GÁS (400, 500, 600) para um motor de turbina a gás (100), em que o motor de turbina a gás é caracterizado pelo fato de que inclui um núcleo de motor (102), um dissipador de frio (602, 202, 316, 302, 702), um espaço abaixo de carenagem de núcleo (131) e uma carenagem de núcleo (130) que, pelo menos parcialmente, circunda o núcleo de motor e define uma parede radialmente externa do espaço abaixo de carenagem de núcleo, em que o dito sistema de resfriamento de motor de turbina a gás compreende: um componente abaixo de carenagem (402) posicionado no espaço abaixo de carenagem de núcleo; e uma tubulação de calor (414) que compreende uma primeira extremidade (416), uma segunda extremidade (418) e um conduto (420) que se estende entre os mesmos, em que a dita segunda extremidade é termicamente acoplada ao dissipador de frio, em que a dita primeira extremidade é termicamente acoplada ao dito componente abaixo de carenagem, em que a dita tubulação de calor facilita a transferência de uma quantidade de calor a partir do dito componente abaixo de carenagem para o dissipador de frio.

2. SISTEMA DE RESFRIAMENTO DE MOTOR DE TURBINA A GÁS (400, 500, 600), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito componente abaixo de carenagem (402) compreende um componente eletrônico.

3. SISTEMA DE RESFRIAMENTO DE MOTOR DE TURBINA A GÁS (400, 500, 600), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dito componente eletrônico (402) compreende um controle de motor digital (ou eletrônico) de autoridade total (FADEC).

4. SISTEMA DE RESFRIAMENTO DE MOTOR DE TURBINA A GÁS (400, 500, 600), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito componente abaixo de carenagem (402) compreende um componente não eletrônico.

5. SISTEMA DE RESFRIAMENTO DE MOTOR DE TURBINA A GÁS (400,500,600), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos um condensador (412) termicamente acoplado a, e entre a dita segunda extremidade (418) e o dissipador de frio (602, 202, 316, 302, 702).

6. SISTEMA DE RESFRIAMENTO DE MOTOR DE TURBINA A GÁS (400, 500, 600), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos um evaporador (410) termicamente acoplado a, e entre a dita primeira extremidade (416) e o dito componente abaixo de carenagem (402).

7. SISTEMA DE RESFRIAMENTO DE MOTOR DE TURBINA A GÁS (400,500,600), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dissipador de frio (602,202,316,302,702) compreende um corpo de válvula (602), um invólucro de ventilador anular (202), um alojamento interno anular (316), uma pá de guia externa (302) e um suporte de ligação de impulso (702).

8. SISTEMA DE RESFRIAMENTO DE MOTOR DE TURBINA A GÁS (400,500,600), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dito componente eletrônico compreende um painel de circuito (406), um dissipador de calor (408) e um chassi (404), em que o painel de circuito é disposto dentro do chassi, o dissipador de calor é termicamente acoplado ao painel de circuito, a dita primeira extremidade (416) termicamente acoplada ao dissipador de calor, a dita tubulação de calor (414) se estende através do chassi, em que: o dissipador de calor facilita a transferência da quantidade de calor a partir do painel de circuito à dita primeira extremidade; e a dita tubulação de calor facilita a transferência adicional da quantidade de calor a partir da dita primeira extremidade para o dito dissipador de frio.

9. MOTOR DE TURBINA A GÁS caracterizado pelo fato de que compreende: um núcleo de motor (102); um dissipador de frio (602,202,316,302,702); um espaço abaixo de carenagem de núcleo (131); uma carenagem de núcleo (130) que, pelo menos parcialmente, circunda o dito núcleo de motor e define uma parede radialmente externa do dito espaço abaixo de carenagem de núcleo; um componente abaixo de carenagem (402) posicionado no dito espaço abaixo de carenagem de núcleo; e um sistema de resfriamento (400,500,600) que compreende uma tubulação de calor (414) que inclui uma primeira extremidade (416), uma segunda extremidade (418) e um conduto (420) que se estende entre as mesmas, em que a dita segunda extremidade é termicamente acoplada ao dito dissipador de frio, em que a dita primeira extremidade é termicamente acoplada ao dito componente abaixo de carenagem, em que a dita tubulação de calor facilita a transferência de uma quantidade de calor dos ditos componente abaixo de carenagem para o dito dissipador de frio.

10. MOTOR DE TURBINA A GÁS (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito componente abaixo de carenagem (402) compreende um componente eletrônico.

11. MOTOR DE TURBINA A GÁS (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito componente abaixo de carenagem (402) compreende um componente não eletrônico.

12. MOTOR DE TURBINA A GÁS (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos um condensador (412) termicamente acoplado a, e entre a dita segunda extremidade (418) e o dito dissipador de frio (602, 202, 316, 302, 702).

13. MOTOR DE TURBINA A GÁS (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos um evaporador (410) termicamente acoplado a, e entre a dita primeira extremidade (416) e o dito componente abaixo de carenagem (402).

14. MOTOR DE TURBINA A GÁS (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito dissipador de frio (602,202,316,302,702) inclui um corpo de válvula (602), um invólucro de ventilador anular (202), um alojamento interno anular (316), uma pá de guia externa (302) e um suporte de ligação de impulso (702).

15. MOTOR DE TURBINA A GÁS (100), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dito componente eletrônico compreende um painel de circuito (406), um dissipador de calor (408) e um chassi (404), em que o painel de circuito é disposto dentro do chassi, o dissipador de calor é termicamente acoplado ao painel de circuito, a dita primeira extremidade (416) termicamente acoplada ao dissipador de calor, a dita tubulação de calor (414) se estende através do chassi, em que: o dissipador de calor facilita a transferência da quantidade de calor a partir do painel de circuito à dita primeira extremidade; e a dita tubulação de calor facilita a transferência adicional da quantidade de calor a partir da dita primeira extremidade para o dito dissipador de frio.