BR112012002365B1 - dispositivo de pré-tensão e rotor, em particular rotor de hélice não carenada para uma turbomáquina - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE PRÉ-TENSÃO E ROTOR, EM PARTICULAR ROTOR DE HÉLICE NÃO CARENADA PARA UMA TURBOMÁQUINA Dispositivo de pré-tensão (10) que se estende em torno de um eixo (A) entre um primeiro plano substancialmente perpendicular ao eixo (A) e um segundo plano substancialmente paralelo ao primeiro plano e axialmente deslocado em relação a esse último. O dispositivo compreende um primeiro corpo (13) anular que se estende no primeiro plano, e uma primeira série de pelo menos três abas (15), ligadas cada uma delas ao primeiro corpo e que se estende em uma direção essencialmente radical, cada uma das abas da primeira série compreendendo uma superfície plana (17) que se estende no segundo plano. Essa disposição permite assegurar um contato de superfície entre as peças de elementos que servem ser submetidas a pré-tensão. Ele se aplica em especial a um rotor e mais especialmente a um rotor a um rotor de hélice não carenada para uma turbomáquina.

Description

[0001] A presente invenção se refere a um dispositivo de pré-tensão destinado a assegurar um contato entre elementos de rodagem e sua pista de rodagem.

[0002] Ela se aplica em especial a um rotor de hélice não carenada para uma turbomáquina. Nesses dispositivos, uma porca é prevista para apoiar um dos mancais sobre o rebordo de uma coroa. Uma arruela de travamento é em seguida prevista entre o mancai e a porca para imobilizar em rotação essa porca no alojamento do anel poligonal.

[0003] Um dispositivo de pré-tensão é em seguida vantajosamente previsto para assegurar uma tensão permanente entre as peças. Como dispositivo de pré-tensão, são conhecidos dispositivos, tais como molas em forma de estrela, conhecidos sob o nome de arruela Ringspann. São conhecidas também arruelas que se aparentam à forma das arruelas Belleville. Essas arruelas são cônicas para assegurar uma função de mola e assim colocar em tensão permanente as peças em questão.

[0004] Foi possível constatar um problema de desgaste das peças utilizando para isso os dispositivos de pré-tensão conhecidos, e em especial em ambientes de conjuntos mecânicos submetidos a grandes níveis de vibrações como por exemplo as turbomáquinas.

[0005] A invenção tem notadamente como objetivo trazer uma solução para esse problema.

[0006] Ela tem como objeto um dispositivo de pré-tensão que permite reduzir o desgaste das peças que devem ser submetidas a pré-tensão em todos os tipos de montagem.

[0007] Ela propõe para isso um dispositivo de pré-tensão que se estende em torno de um eixo entre um primeiro plano substancialmente perpendicular ao eixo e um segundo plano substancialmente paralelo ao primeiro plano e axialmente deslocado em relação a esse último, caracterizado pelo fato de que ele compreende um primeiro corpo anular que se estende no primeiro plano com uma primeira série de pelo menos três abas que se estendem em uma direção essencialmente radial,cada uma das abas da primeira série compreendendo uma superfície plana que se estende no segundo plano, ele compreende também um segundo corpo anular que se estende no primeiro plano com uma segunda série de pelo menos três abas que se estendem em uma direção essencialmente radial em um sentido oposto àquele da primeira série, cada uma das abas da segunda série compreendendo uma superfície plana que se estende no segundo plano.

[0008] De acordo com a invenção, o dispositivo não tem, portanto, mais uma forma cônica, mas sim compreende duas partes substancialmente paralelas que se estendem cada uma delas em um plano perpendicular a seu eixo. O corpo tem uma forma anular e se estende no primeiro plano. Esse último assegurará um contato de superfície com uma primeira peça, em especial uma arruela de travamento ou uma porca. As superfícies planas das abas se estendem no segundo plano e asseguram, portanto, um contato de superfície com uma segunda peça, em especial um dos mancais da turbomáquina. Por essas superfícies de contato, o esforço de pré-tensão é melhor distribuído e obtém-se assim uma diminuição significativa do desgaste de contato entre as peças que devem ser submetidas a pré-tensão. A duração de vida das peças em questão é assim aumentada.

[0009] E m especial, o primeiro corpo anular é um corpo anular interior, as abas da primeira série se estendendo para o exterior, o segundo corpo anular é um corpo anular exterior disposto para se estender em torno do corpo anular interior, e pelo fato de que as abas da segunda série se estendem para o interior. Assim, assegura- se uma melhor distribuição radial do esforço de pré-tensão entre os dois corpos anulares por um lado, e as duas séries de abas por outro lado.

[0010] A distância entre duas abas sucessivas de cada uma das séries é de preferência essencialmente constante. Isso assegura uma melhor distribuição na circunferência das peças a colocar em tensão.

[0011] Vantajosamente, cada uma das abas compreende uma zona inclinada que liga o corpo anular à superfície plana. Essa zona inclinada se desloca em função da tensão aplicada.

[0012] Uma primeira zona de transição arredondada pode ser prevista entre o corpo anular e a zona inclinada. Uma segunda zona de transição arredondada pode ser prevista entre a zona inclinada e a superfície plana. Isso permite evitar que se tenha ângulos agudos para facilitar a deformação ao mesmo tempo em que se evita uma concentração de tensão. De preferência, outros arredondados são também previstos.

[0013] Vantajosamente, cada aba tem uma largura L e um afastamento D é previsto entre duas abas sucessivas, os valores Led sendo determinados para que a diferença D - L seja situada entre 0 e 10 mm, de preferência entre 2 mm e 7 mm. O número de abas de cada uma das séries é vantajosamente escolhido entre dez e vinte e cinco, e é de preferência superior a quinze. Foi possível constatar que se selecionando esses valores, otimiza-se a distribuição do esforço de pré-tensão.

[0014] A presente invenção também se refere a um rotor, em especial rotor de hélice não carenada para uma turbomáquina, caracterizado pelo fato de que ele compreende um dispositivo de pré-tensão tal como descrito acima.

[0015] A invenção será melhor compreendida e outros detalhes, características e vantagens da presente invenção aparecerão mais claramente com a leitura da descrição que se segue feita a título de exemplo não limitativo e em referência aos desenhos anexos, nos quais; - a figura 1 é uma vista esquemática parcial em perspectiva de um dispositivo de pré-tensão de acordo com a invenção sobre uma porca, - a figura 2 é uma vista esquemática parcial em perspectiva do dispositivo da figura 1 posicionado entre a porca e a arruela de travamento por um lado, e um mancai por outro lado, - a figura 3 é uma vista esquemática em planta do elemento interior do dispositivo de acordo com a figura 1, e - a figura 4 é uma vista esquemática em planta do elemento exterior do dispositivo de acordo com a figura 1.

[0016] É feito referência primeiramente à figura 1 que representa um dispositivo de pré-tensão 10, que compreende um elemento interior 11 e um elemento exterior 12.

[0017] O elemento interior 11 compreende um primeiro corpo 13 de forma anular. Esse primeiro corpo se estende em um primeiro plano perpendicular ao eixo A do dispositivo. O elemento interior 11 compreende por outro lado uma primeira série de abas 15 ligadas cada uma delas ao primeiro corpo 13 e que se estendem para o exterior em uma direção radial.

[0018] O elemento exterior 12 compreende um segundo corpo 14 de forma anular. Esse segundo corpo se estende no primeiro plano. O elemento exterior 12 compreende por outro lado uma segunda série de abas 16 ligadas cada uma delas ao segundo corpo 14 e que se estendem para o interior em uma direção radial. O elemento interior 11 e o elemento exterior 12 são dimensionados de maneira a que o elemento interior 11 se encaixe no elemento exterior 12 e que, quando o dispositivo está montado, uma aba de um dos elementos 11, 12 esteja situada entre duas abas do outro dos elementos 12, 11.

[0019] Cada aba 15, 16 compreende uma superfície plana 17. As superfícies planas 17 das abas 15, 16 se estendem em um segundo plano paralelo ao primeiro plano. A distância entre o primeiro plano e o segundo plano é determinada em função do trajeto desejado do dispositivo.

[0020] As abas 15, 16 compreendem cada uma delas por outro lado uma superfície inclinada 18 entre a superfície plana 17 e o corpo anular 13, 14. Para evitar uma concentração de tensão, foram por outro lado previstas zonas de transição 19 e 20 entre o corpo anular 13, 14 e a zona inclinada 18 por um lado, e a zona inclinada 19 e a superfície plana por outro lado. Vantajosamente, essas zonas de transição são arredondadas. Por outro lado, todas as zonas e superfícies das abas compreendem de preferência várias outras zonas arredondadas que permitem melhorar a distribuição do esforço de tensão.

[0021] Em uma montagem do dispositivo de pré-tensão representado na figura 2, é notado que os elementos interiores e exteriores são posicionados entre o conjunto formado por uma porca 21 e sua arruela de travamento 22 por um lado e um mancai 23 (de esferas no exemplo representado) por outro lado. A superfície inferior dos corpos anulares 13, 14 estão em contato com a superfície superior da arruela de travamento. As superfícies planas 17 das abas estão em contato com a superfície inferior do mancai 23. Um verdadeiro contato de superfície entre as diferentes peças está assim assegurado.

[0022] O elemento interior 11 (figura 3) e o elemento exterior 12 (figura 4) do dispositivo de pré-tensão compreendem cada um deles, no exemplo representado, uma série de 18 abas. De maneira geral, são previstas entre dez e vinte e cinco abas por elemento, e de preferência pelo menos quinze abas.

[0023] Cada aba 15, 16 (figuras 3 e 4) tem uma largura L que é igual ou de preferência ligeiramente inferior ao afastamento D entre duas abas, para assegurar um encaixe entre os elementos interior 11 e exterior 12 por ocasião da montagem. Na prática, foi possível constatar que a diferença entre a distância D e a largura L deve de preferência ser inferior a 10 mm. Mais especialmente, ela deve ter um valor entre 2 mm e 7 mm. O afastamento D é de preferência o mesmo entre cada aba.

[0024] Em uma variante de realização não representada, o número de abas por elemento pode ser inferior a quinze. É também concebível prever que o dispositivo de pré-tensão compreende unicamente o elemento interior 11. Do mesmo modo é possível conceber um dispositivo de pré-tensão constituído pelo elemento exterior 12 unicamente.

[0025] O dispositivo de pré-tensão de acordo com a invenção foi representado montado em uma montagem de um rotor, que pode ser um rotor de hélice não carenada para uma turbomáquina. Ele pode, no entanto, ser utilizado em outras montagens em que uma tensão permanente é necessária. O dispositivo é especialmente vantajoso em conjuntos mecânicos submetidos a grandes níveis de vibração como por exemplo as turbomáquinas.

Claims (9)

1. Dispositivo de pré-tensão (10) que se estende em torno de um eixo (A) entre um primeiro plano substancialmente perpendicular ao eixo (A) e um segundo plano substancialmente paralelo ao primeiro plano e axialmente deslocado em relação a esse último, e onde este dispositivo compreende um primeiro corpo (13) anular que se estende no primeiro plano com uma primeira série de pelo menos três abas (15) que se estendem em uma direção essencialmente radial, cada uma das abas da primeira série compreendendo uma superfície plana (17) que se estende no segundo plano, caracterizado pelo fato de que compreende também um segundo corpo anular (14) que se estende no primeiro plano com uma segunda série de pelo menos três abas (16) que se estendem em uma direção essencialmente radial em um sentido oposto àquele da primeira série, cada uma das abas (16) da segunda série compreendendo uma superfície plana (17) que se estende no segundo plano.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro corpo anular (13) é um corpo anular interior, as abas (15) da primeira série se estendendo para o exterior, o segundo corpo anular (14) sendo um corpo anular exterior disposto para se estender em torno do corpo anular interior, e em que as abas (16) da segunda série se estendem para o interior.

3. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a distância (D) entre duas abas sucessivas de cada uma das séries é essencialmente constante.

4. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que cada uma das abas (15, 16) compreende uma zona inclinada (18) que liga o corpo anular (13, 14) à superfície plana (17).

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que uma primeira zona de transição arredondada (19) é prevista entre o corpo anular e a zona inclinada (18).

6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que uma segunda zona de transição arredondada (20) é prevista entre a zona inclinada (18) e a superfície plana (17).

7. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizadopelo fato de que cada aba (15, 16) tem uma largura L e em que um afastamento D é previsto entre duas abas sucessivas, os valores L e D sendo determinados para que a diferença entre D e L (D - L) esteja situada entre 0 e 10 mm, e de preferência entre 2 mm e 7 mm.

8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizadopelo fato de que o número de abas (15, 16) de cada uma das séries está compreendido entre dez e vinte e cinco e de preferência superior a quinze.

9. Rotor, em particular rotor de hélice não carenada para uma turbomáquina, caracterizadopelo fato de que compreende um dispositivo de pré- tensão como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.

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