BR112012004470B1

BR112012004470B1 - compressor de turbomáquina, e, turbomáquina.

Info

Publication number: BR112012004470B1
Application number: BR112012004470-2A
Authority: BR
Inventors: Michel André Bouru; Laurent Jablonski; Armel Touyeras
Original assignee: Snecma
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2021-01-26
Also published as: EP2473741B1; CA2772054C; US20120201654A1; JP5686809B2; FR2949518B1; WO2011023891A1; RU2561838C2; CN102483070A; CN102483070B; FR2949518A1; CA2772054A1; RU2012112476A; JP2013503292A; EP2473741A1; BR112012004470A2; US9074605B2

Abstract

COMPRESSOR DE TURBOMÁQUINA, E, TURBOMÁQUINA A invenção refere-se a um compressor de turbomáquina, compreendendo um primeiro cárter (28a) formando suporte de injetores, um segundo cárter (28b) disposto em tomo do primeiro cárter formando com este um espaço anular (40), e uma pluralidade de injetores de ar (38) montados cada nos alojamentos. Cada injetor de ar tem pelo menos um canal interno de injeção de ar (48) se abrindo, de um lado, em um jato (26) de escoamento do fluxo gasoso, e do outro lado, no espaço formado entre os cárteres, e em uma extremidade à montante, uma borda à montante (52) tendo uma face interna (52a) vindo em apoio radial contra uma borda à montante (44) do alojamento correspondente do primeiro cárter e uma face externa (52b) vindo em apoio radial contra uma face interna do segundo cárter. Meios de aperto da borda à montante dos injetores de ar entre os cárteres permitem manter os injetores de ar em posição nos alojamentos do primeiro cárter.

Description

COMPRESSOR DE TURBOMÁQUINA, E, TURBOMÁQUINA.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se ao domínio geral dos compressores de turbomáquina. Ela refere-se mais particularmente a um compressor de alta pressão de turbomáquina no qual está prevista uma recirculação de ar visando limitar o fenômeno de bombeamento.

[0002] Um compressor de turbomáquina compreende vários estágios sucessivos de compressão, cada estágio de compressão sendo composto de uma fileira (ou grade) de pás fixas seguido de uma fileira de pás móveis. Um cárter anular cerca as fileiras de pás e delimita no exterior o jato de escoamento do fluxo de ar atravessando o compressor.

[0003] Um tal compressor é submetido ao bombeamento. O bombeamento é um fenômeno que se procura minimizar no seio de uma turbomáquina dado que ele se traduz por oscilações brutais da pressão de ar e da taxa de fluxo de ar, que submetem as pás do compressor a tensões mecânicas consideráveis que podem conduzir à sua fragilização, ou mesmo à sua ruptura. Este fenômeno intervém notadamente na cabeça da pá, no nível da camada limite de ar presente entre a cabeça das pás e o cárter do compressor e traduz-se localmente em bolsas de pressão mais baixa.

[0004] Uma das soluções conhecidas para minimizar este fenômeno é prever uma recirculação de ar no seio do compressor. Para esse efeito, ar é geralmente retirado no jato de escoamento do compressor à direita (ou exatamente à jusante) da cabeça das pás móveis de um estágio do compressor. Este ar retirado transita então em um conduto antes de ser reinjetado mais à montante no jato de escoamento, por exemplo, à montante e em direção da cabeça de pás móveis de outro estágio do compressor. Pode-se, por exemplo, fazer referência aos documentos US 2005/0226717 e US 5.474.417 que descrevem exemplos de realização de tal recirculação de ar.

[0005] A reinjeção do ar retirado no jato de escoamento é feita geralmente por meio de injetores de ar que são montados em alojamentos previstos para esse efeito sobre o cárter circundando as pás. Tipicamente, estes injetores de ar são peças regularmente espaçadas angularmente umas das outras e munidas cada de um canal interno de injeção de ar se abrindo, de um lado no jato de escoamento do compressor, e outro lado para um conduto de alimentação de ar ligado ao circuito de recirculação de ar.

[0006] A manutenção em posição destes injetores de ar sobre o cárter do compressor coloca problemas. Com efeito, as soluções conhecidas consistem quer em montar os injetores de ar no seu alojamento por um ajuste apertado de tipo H7p6, quer imobilizar os injetores de ar no seu alojamento por meio de parafusos. Ora, a montagem dos injetores de ar por um ajuste apertado tem por principal inconveniente a desmontagem destes injetores que é tornada impossível sem causar danos ao cárter. Quanto à manutenção dos injetores por meio de parafusos, colocam-se problemas de aplicação em relação ao tamanho e o número de parafusos necessários (um a dois parafusos por injetor de ar), sem contar o espaço ocupado que seria necessário dispor para inserir um meio de auto-freio sobre o cárter.

OBJETO E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0007] A presente invenção tem, portanto, por objetivo principal remediar tais inconvenientes propondo um compressor no qual a manutenção em posição dos injetores de ar é confiável conservando ao mesmo tempo a possibilidade de poder desmontar o mesmo.

[0008] Este objetivo é atingido graças a um compressor de turbomáquina, compreendendo;

- um primeiro cárter formando suporte de injetores centrado em um eixo longitudinal do compressor e delimitando no exterior um jato de escoamento de um fluxo gasoso atravessando o compressor;
- um segundo cárter centrado no eixo longitudinal do compressor e disposto em torno do primeiro cárter formando com este um espaço anular; e
- uma pluralidade de injetores de ar montados cada em alojamentos de forma correspondente formados em uma extremidade longitudinal à montante do primeiro cárter e regularmente espaçados uns dos outros, cada injetor de ar tendo;
- pelo menos um canal interno de injeção de ar se abrindo radialmente, de um lado no jato de escoamento do fluxo gasoso atravessando o compressor e do outro, no espaço anular formado entre os cárteres, e
- em uma extremidade longitudinal à montante, uma borda à montante tendo uma face interna vindo em apoio radial contra uma borda à montante do alojamento correspondente do primeiro cárter e uma face externa vindo em apoio radial contra uma face interna do segundo cárter;
- meios de aperto da borda à montante dos injetores de ar entre os cárteres a fim de manter os injetores de ar em posição nos alojamentos do primeiro cárter.

[0009] A invenção apresenta a vantagem de prever uma manutenção em posição do conjunto dos injetores de ar no seu alojamento respectivo por um simples aperto mecânico dos injetores entre os dois cárteres. Em ausência de ajustes apertados na montagem, é assim possível poder substituir os injetores de ar sem causar danos aos cárteres. Resulta daí uma manutenção simplificada.

[0010] Com vantagem, o primeiro cárter compreende protuberâncias formadas entre os alojamentos e cuja face externa está, por um lado, em projeção em relação à face externa do primeiro cárter e, por outro lado, em recesso em relação à face externa das bordas à montante dos injetores de ar, os meios de aperto compreendendo pelo menos um parafuso de fixação que atravessa radialmente o segundo cárter e que é aparafusado sobre uma das protuberâncias do primeiro cárter.

[0011] Cada injetor de ar pode compreender, por outro lado, em uma extremidade longitudinal à jusante, uma borda à jusante tendo uma face interna vindo em apoio radial contra uma borda à jusante do alojamento correspondente do primeiro cárter. Neste caso, de maneira vantajosa, cada injetor de ar compreende igualmente bordas laterais ligando a borda à montante à borda à jusante, estes bordas laterais tendo cada uma face interna vindo em apoio radial contra uma borda lateral do alojamento correspondente do primeiro cárter. A presença destas bordas laterais permite evitar qualquer forma de introdução parasita do ar destinado à injeção por outra via que a definida pelos canais internos de injeção de ar.

[0012] A invenção tem igualmente por objeto uma turbomáquina compreendendo um compressor tal como foi definido previamente, este último podendo constituir um compressor de alta pressão da turbomáquina.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0013] Outras características e vantagens da presente invenção irão aparecer da descrição feita abaixo, em referência aos desenhos em anexo que ilustram um exemplo de realização desprovido de qualquer caráter limitativo. Nas figuras:

- a figura 1 é um corte longitudinal mostrando de maneira esquemática e no seu ambiente um compressor de alta pressão da turbomáquina de acordo com a invenção;
- a figura 2 é uma vista parcial, em perspectiva e explodida do compressor de acordo com a invenção;
- figuras 3 e 4 são vistas em corte do compressor montado da figura 2, respectivamente ao longo de III-III e IV-IV; e
- a figura 5 é uma vista parcial, em perspectiva e explodida de um compressor de acordo com outro modo de realização da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODOS DE REALIZAÇÃO

[0014] A figura 1 representa parcialmente uma turbomáquina 10 de eixo longitudinal 12. De à montante à jusante (no sentido de escoamento dos fluxos gasosos atravessando a mesma), a turbomáquina compreende um ventilador 14, um compressor de baixa pressão 16, um compressor de alta pressão 18, uma câmara de combustão 20 e uma turbina (não representada).

[0015] Cada compressor, e em particular o compressor de alta pressão 18, comporta vários estágios de compressão, cada estágio sendo composto de uma fileira (ou grade) de pás fixas 22, seguido por uma fileira de pás móveis 24. Estas fileiras de pás 22, 24 são dispostas em um jato 26 de escoamento do fluxo de ar atravessando o compressor, este jato sendo delimitado radialmente no exterior por uma cobertura anular 28.

[0016] A fim de minimizar o fenômeno de bombeamento no compressor de alta pressão 18, está previsto retirar, no jato 26, uma fração do ar atravessando o compressor para reinjetar o mesmo mais à montante no jato.

[0017] Para esse efeito, a cobertura 28 circundando as fileiras de pás 22, 24 do compressor comporta uma ou várias aberturas 30 que se abrem no jato 26 (à direita ou exatamente à jusante da cabeça de pás móveis de um estágio do compressor) e se abrindo em um conduto anular de difusão 32 centrado sobre o eixo longitudinal 12 e circundando a cobertura.

[0018] Este conduto de difusão 32 é ligado por intermédio de um ou vários tubos 34 a um conduto anular de amostragem 36 igualmente centralizado sobre o eixo longitudinal 12. O conduto de difusão 32 se abre à montante no jato 26, por exemplo, em direção da cabeça de pás móveis de outro estágio do compressor, por intermédio de uma pluralidade de injetores de ar 38 descritos a seguir em ligação com as figuras 2 a 5.

[0019] Como representado nas figuras 2 a 4, a cobertura 28 circundando as fileiras de pás do compressor compõe-se de um primeiro cárter 28a formando suporte de injetores e de um segundo cárter 28b disposto em torno do primeiro cárter. O primeiro cárter 28a é setorizado, ou seja, que ele se compõe de uma pluralidade de segmentos anulares de cárter colocados extremidade-a-extremidade.

[0020] Estes dois cárteres 28a, 28b são centralizados sobre o eixo longitudinal 12 da turbomáquina e são espaçados radialmente um do outro para dispor entre os mesmos um espaço anular 40 que se abre no conduto de difusão 32.

[0021] No nível de sua extremidade à montante (em relação ao sentido de escoamento do fluxo gasoso atravessando o compressor), o primeiro cárter 28a comporta uma pluralidade de alojamentos 42 regularmente espaçados uns dos outros, cada alojamento 42 tendo uma borda à montante 44 e uma borda à jusante 46. Nestes alojamentos são montados os injetores de ar 38.

[0022] Cada injetor de ar 38 compreende pelo menos um canal interno de injeção de ar 48 se abrindo radialmente, de um lado no jato 26 de escoamento do fluxo gasoso atravessando o compressor e do outro, no espaço anular 40 formado entre os cárteres 28a, 28b. Este canal de injeção de ar é, portanto, alimentado em ar pelo conduto de difusão 32.

[0023] Além disso, cada injetor de ar 38 compreende ao nível de sua extremidade longitudinal à jusante uma borda (ou aerofólio) à jusante 50 do qual a face interna 50a vem em apoio contra a borda à jusante 46 do alojamento correspondente do primeiro cárter.

[0024] Cada injetor de ar 38 compreende igualmente em sua extremidade longitudinal à montante uma borda (ou aerofólio) à montante 52 tendo uma face interna 52a vindo em apoio radial contra a borda à montante 44 do alojamento correspondente do primeiro cárter e uma face externa 52b vindo em apoio radial contra uma face interna do segundo cárter 28b.

[0025] Estas bordas 50, 52 permitem notadamente participar no posicionamento radial dos injetores 38 sobre o primeiro cárter 28a e constituem obstáculos à passagem parasita do ar por um trajeto diferente do previsto pelos canais internos de injeção de ar 48.

[0026] De acordo com a invenção, os injetores de ar 38 são mantidos em posição nos seus alojamentos 42 respectivos do primeiro cárter 28a por meios de aperto de sua borda à montante 52.

[0027] Para esse efeito, como representado na figura 2, o primeiro cárter 28a compreende protuberâncias 54 que são formadas na extremidade à montante entre os alojamentos 42 dos injetores de ar. Estas protuberâncias apresentam uma face externa que está, por um lado, em projeção radialmente em relação à face externa do primeiro cárter, e por outro lado, em recesso radialmente em relação à face externa 52b das bordas à montante 52 dos injetores de ar.

[0028] Em outros termos, a face externa 52b das bordas à montante 52 dos injetores de ar está em projeção radialmente em relação às protuberâncias 54 do primeiro cárter quando os injetores de ar são montados em seus alojamentos (esta diferença de nível é esquematizada pela dimensão h na figura 3). Além disso, pelo menos uma destas protuberâncias apresenta uma perfuração rosqueada 56.

[0029] Como representado na figura 4, um parafuso de fixação 58 que atravessa radialmente o segundo cárter 28b de um lado ao outro é aparafusado nesta perfuração 56. Este parafuso permite fixar o segundo cárter 28b sobre o primeiro cárter 28a. Ele permite igualmente aos cárteres 28a, 28b exercer um esforço de aperto radial da borda à montante 52 de cada injetor de ar 38 montado nos alojamentos 42 do primeiro cárter. Com efeito, como a borda à montante 52 dos injetores de ar 38 está em projeção radialmente em relação às protuberâncias 54, compreende-se facilmente que o aperto do parafuso de fixação 58 vai provocar um esforço de aperto destas bordas à montante entre a face interna do segundo cárter 28b e a borda à montante 44 respectiva dos alojamentos do primeiro cárter 28a. Assim, o conjunto dos injetores de ar 38 do compressor é mantido em posição entre os dois cárteres 28a, 28b.

[0030] Nota-se que o número de parafusos de fixação 58 pode variar. De preferência, estas são regularmente divididas sobre toda a circunferência do compressor. Por outro lado, parafusos de fixação complementar 58 ' podem igualmente ser aparafusados através do segundo cárter 28b ao nível da extremidade à jusante do mesmo (ver a figura 4).

[0031] Em ligação com a figura 5, descreve-se agora outro modo de realização do compressor de acordo com a invenção.

[0032] Em relação ao modo de realização previamente descrito, os injetores de ar 38' do compressor 10' parcialmente representado na figura 5 têm a particularidade de comportar bordas (ou aerofólios) laterais 60 que ligam a borda à jusante 50 à borda à montante 52 dos injetores. Estas bordas laterais apresentam cada um uma face interna vindo em apoio radial contra uma borda lateral 62 do alojamento 42' correspondente do primeiro cárter 28a.

[0033] A presença destas bordas laterais além das bordas à montante 52 e à jusante 50 permite evitar qualquer forma de introdução parasita do ar destinado à injeção por outra via que a definida pelos canais internos de injeção de ar 48 dos injetores de ar 38'.

Claims

Compressor (10, 10') de turbomáquina, caracterizado pelo fato de compreender:
- - um primeiro cárter (28a) formando um suporte de injetores centrado sobre um eixo longitudinal (12) do compressor e delimitando no exterior um jato (26) de escoamento de um fluxo gasoso atravessando o compressor;
- - um segundo cárter (28b) centrado sobre o eixo longitudinal do compressor e disposto em torno do primeiro cárter formando com este um espaço anular (40); e
- - uma pluralidade de injetores de ar (38, 38') montados cada em alojamentos (42, 42’) de forma correspondente formados em uma extremidade longitudinal à montante do primeiro cárter e regularmente espaçados uns dos outros, cada injetor de ar tendo:
- - pelo menos um canal interno de injeção de ar (48) se abrindo radialmente, em um lado no jato de escoamento do fluxo gasoso atravessando o compressor e do outro lado no espaço anular formado entre os cárteres, e
- - em uma extremidade longitudinal à montante, uma borda à montante (52) tendo uma face interna (52a) vindo em apoio radial contra uma borda à montante (44) do alojamento correspondente do primeiro cárter e uma face externa (52b) vindo em apoio radial contra uma face interna do segundo cárter;
- - meios de aperto da borda à montante dos injetores de ar entre os cárteres a fim de manter os injetores de ar em posição nos alojamentos do primeiro cárter.
Compressor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro cárter (28a) compreende protuberâncias (54) formadas entre os alojamentos (42, 42') e cuja face externa está, por um lado em projeção em relação à face externa do primeiro cárter, e por outro lado em recesso em relação a face externa (52b) das bordas à montante (52) dos injetores de ar (38, 38’), os meios de aperto compreendendo pelo menos um parafuso de fixação (58) que atravessa radialmente o segundo cárter (28b) e que é aparafusado sobre uma das protuberâncias do primeiro cárter.
Compressor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que cada injetor de ar (38, 38') compreende, por outro lado, em uma extremidade longitudinal à jusante, uma borda à jusante (50) tendo uma face interna (50a) vindo em apoio radial contra uma borda à jusante (46) do alojamento (42, 42’) correspondente do primeiro cárter.
Compressor de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que cada injetor de ar (38’) compreende, por outro lado, bordas laterais (60) ligando a borda à montante (52) à borda à jusante (50), estas bordas laterais tendo cada uma face interna vindo em apoio radial contra uma borda lateral (62) do alojamento (42') correspondente do primeiro cárter.
Compressor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de comportar, por outro lado, um conduto anular de difusão (32) centrado sobre o eixo longitudinal (12) do compressor, disposto em torno do segundo cárter (28b) e no qual se abre o espaço anular (40) formado entre os cárteres.
Compressor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de constituir um compressor de alta pressão.
Turbomáquina, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos um compressor (10, 10’) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.