BR112012007354B1

BR112012007354B1 - Rotor de um compressor de turbomáquina, compressor de turbomáquina, e, turbomáquina

Info

Publication number: BR112012007354B1
Application number: BR112012007354-0A
Authority: BR
Inventors: Eric Jacques Boston; Alexandre Franck Arnaud Chartoire; Vasiliki Iliopoulou; Ingrid Lepot; Thierry Jean-Jacques Obrecht
Original assignee: Snecma; Cenaero
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2021-10-05
Also published as: EP2483565B1; RU2556151C2; US9200638B2; CN102549271A; FR2950942B1; JP2013506783A; EP2483565A2; BR112012007354A2; WO2011039352A2; JP5777627B2; FR2950942A1; WO2011039352A3; CA2776207C; US20120201692A1; CA2776207A1; CN102549271B; RU2012116096A

Abstract

rotor de um compressor de turbomáquina, compressor de turbomáquina, e, turbomáquina rotor de um compressor de turbomáquina, compreendendo um disco de pás de rotor provido em sua extremidade radicalmente externa de uma parede (10) formado a extremidade interna de um canal anular de escoamento de um fluxo primário de gás e formada de uma pluralidade de setores angulares (12), dos quais cada um é delimitado entre dias pás (14, 16) do disco consecutivas ao longo de uma direção circunferencial (17) e comportada uma parte abaulada (22) convexa ao longo da direção axial (25) e ao longo da direção circunferencial (17) bem como, a montante da referida parte abaulada (22), uma parte oca (24) côncava ao longo da direção axial (25) e ao longo da direção circunferencial (17) e apresentando uma base (28) sensivelmente pontual.

Description

DOMÍNIO TÉCNICO

[0001] A presente invenção refere-se aos compressores das turbomáquinas, em particular para aeronaves, e refere-se mais particularmente a uma parede de extremidade interna de uma corrente de escoamento de um fluxo primário de gases ao nível de um rotor em tal compressor.

ESTADO DA TÉCNICA ANTERIOR

[0002] Um compressor de turbomáquina compreende em geral vários estágios de compressão sucessivos, formados cada um de um rotor compreendendo um disco de pás giratório, e de um estator compreendendo uma fileira anular de pás estáticas destinadas a retificar e guiar o fluxo de gases escoando compressor.

[0003] Um problema coloca-se no caso dos compressores nos quais o escoamento dos gases é supersônico em relação a uma parte radialmente externa de certas pás, notadamente as do rotor do primeiro estágio do compressor, ou seja, do seu estágio de compressão o mais a montante possível, a extensão radial da parte das pás funcionando em regime supersônico dependente da velocidade de deslocamento destas pás.

[0004] Os choques supersônicos que resultam prejudicam os desempenhos energéticos dos compressores, e, portanto, aos das turbomáquinas equipadas com destes compressores.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0005] A invenção tem notadamente por objetivo proporcionar uma solução simples, econômica e eficaz a este problema.

[0006] Ela propõe para esse efeito um rotor de um compressor de turbomáquina, compreendendo um disco de rotor que porta pás que apresentam cada uma superfície de extradorso e uma superfície de intradorso, o disco sendo provido em sua extremidade radialmente externa de uma parede formando a extremidade interna de um canal anular de escoamento de um fluxo primário de gases na turbomáquina, esta parede sendo formada de uma pluralidade de setores angulares, dos quais cada um é delimitado entre a superfície de extradorso de uma primeira pá e a superfície de intradorso de uma segunda pá diretamente consecutiva da referida primeira pá ao longo de uma direção circunferencial, cada um dos referidos setores comportando uma parte abaulada convexa ao longo da direção axial e ao longo da direção circunferencial que apresenta um topo situado radialmente ao exterior em relação a uma superfície fictícia de revolução em torno do eixo do referido disco de rotor e passando por quatro pontos definidos pela intersecção da referida parede com respectivamente, a borda de ataque de cada uma das referidas primeira e segunda pás, e a borda de fuga de cada uma das referidas pás, o referido topo sendo afastado circunferencialmente da superfície de extradorso da referida primeira pá de uma distância compreendida entre 30% e 70% da distância circunferencial entre as referidas superfícies de extradorso e de intradorso das referidas pás medida no nível do referido topo, a referida parede comportando por outro lado, a montante da referida parte abaulada, uma parte oca côncava ao longo da direção axial.

[0007] De acordo com a invenção, a referida parte oca é igualmente côncava ao longo da direção circunferencial e apresenta uma base sensivelmente pontual.

[0008] A superfície fictícia acima citada forma uma superfície de referência a partir da qual a parte abaulada da parede de extremidade interna pode ser definida.

[0009] A conformação de cada setor da parede de extremidade interna permite reduzir a intensidade do choque supersônico devido ao escoamento gasoso ao longo das pás portadas pelo disco de rotor, e de um modo global sobre toda a extensão radial de uma parte radialmente externa destas pás onde se produz tal choque.

[0010] A convexidade da parte abaulada de cada setor da referida parede, ao mesmo tempo ao longo da direção axial e ao longo da direção circunferencial, permite notadamente limitar os riscos de desprendimento do fluxo gasoso ao longo das superfícies das pás delimitando o referido setor, de modo a reduzir os desempenhos do rotor. Com efeito, a parte abaulada induz, a jusante de seu topo, uma desaceleração do fluxo gasoso se escoando entre as duas pás acima citadas. A convexidade da parte abaulada permite localizar esta desaceleração à distância das superfícies das pás, e, portanto, limitar, ou mesmo evitar, as consequências nefastas de tal desaceleração quando ela afeta o fluxo gasoso ao longo destas superfícies.

[0011] A parte oca de cada setor da referida parede permite aumentar a extensão radial do canal anular a montante da parte abaulada, e acentuar a inclinação formada a montante do topo desta parte abaulada sobre a parede de extremidade interna, o que contribui para a redução da intensidade do choque supersônico, notadamente permitindo uma redução do número Mach máximo ao longo da superfície de extradorso delimitando o referido setor da parede de extremidade interna, e isto sobre toda a extensão radial da superfície de extradorso acima citada.

[0012] De um modo geral, a invenção permite assim melhorar os desempenhos energéticos globais de um rotor de compressor de turbomáquina.

[0013] A concavidade da referida parte oca de cada setor da parede de extremidade interna ao longo da direção circunferencial permite limitar consideravelmente o aumento, não desejável, da taxa de fluxo gasoso admitido pelo estágio de rotor, devido ao aumento da extensão radial do canal anular provocado pela parte oca.

[0014] Para esse efeito, a base da parte oca de cada setor da parede de extremidade interna preferivelmente é afastada circunferencialmente da superfície de extradorso da referida primeira pá de uma distância compreendida entre 30% e 70% da distância circunferencial entre as referidas superfícies de extradorso e de intradorso das pás acima citadas, medida ao nível da base.

[0015] Por outro lado, a base da parte oca de cada setor da parede de extremidade interna preferivelmente está situada radialmente no interior em relação à superfície fictícia acima citada.

[0016] A parede de extremidade interna é conformada com vantagem de modo que para cada um dos referidos setores desta parede, a parte abaulada e a parte oca do referido setor tenham em comum pelo menos um ponto de junção localizada sobre a superfície fictícia acima citada.

[0017] Esta característica permite afastar a presença de relevos grandes entre a base da parte oca e o topo da parte abaulada de cada setor da parede de extremidade interna. É com efeito preferível que cada setor desta parede apresente uma inclinação progressiva e contínua entre a base da sua parte oca e o topo da sua parte abaulada, a fim de evitar qualquer descontinuidade da corrente de escoamento do fluxo primário.

[0018] No modo de realização preferido da invenção, o topo da parte abaulada de cada setor da parede de extremidade interna é afastado axialmente da borda a jusante da referida parede de uma distância compreendida entre 20% e 40% da distância axial entre a borda a montante e a borda a jusante desta parede.

[0019] De maneira análoga, a base da parte oca de cada setor da parede de extremidade interna é com vantagem afastada axialmente da borda a montante da referida parede de uma distância compreendida entre 20% e 40% da distância axial entre a borda a montante e a borda a jusante desta parede.

[0020] Estas características preferenciais permitem limitar as deformações da parede de extremidade interna, devido à presença da parte abaulada e da parte oca, na proximidade das bordas a montante e a jusante desta parede de extremidade interna, de modo a limitar o melhor possível as perturbações do escoamento gasoso na proximidade destas bordas a montante e a jusante, destinada a reduzir os desempenhos do rotor.

[0021] Por outro lado, o topo da parte abaulada e a base da parte oca de cada setor da parede de extremidade interna são preferivelmente afastados radialmente da superfície fictícia acima citada de uma distância compreendida entre 1% e 5% da extensão radial das pás portadas pelo disco.

[0022] Esta característica permite otimizar ainda os desempenhos do rotor.

[0023] A invenção refere-se igualmente a um compressor de turbomáquina, compreendendo um rotor do tipo descrito acima, bem como uma turbomáquina equipada com tal compressor.

[0024] No caso de um compressor compreendendo vários estágios de compressão, é particularmente vantajoso que o rotor do primeiro destes estágios, quando estes últimos são contados desde a montante, ou seja, do tipo descrito acima, na medida em que é em geral neste estágio a montante que os choques supersônicos são os que mais prejudicam os desempenhos do compressor.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0025] A invenção será melhor compreendida e outros detalhes, vantagens e características da mesma aparecerão na leitura da descrição seguinte feita a título de exemplo não limitativo e em referência aos desenhos anexo, em que: - a figura 1 é uma vista esquemática parcial de um setor angular de uma parede de extremidade interna de um estágio de rotor de acordo com a invenção, em projeção ortogonal sobre um plano A-A (figura 2) passando eixo do rotor e paralelo a uma reta ligando dois pontos definidos pela intersecção da referida parede com respectivamente a borda de ataque das duas pás delimitando o referido setor angular; - a figura 2 é uma vista esquemática parcial do setor angular de parede de extremidade interna da figura 1, em corte ao longo de um plano B-B que passa pela base de uma parte oca do referido setor e pelo topo de uma parte abaulada deste setor, e que é perpendicular ao plano A-A acima citado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UM MODO DE REALIZAÇÃO PREFERIDO

[0026] A figura 1 ilustra uma parede de extremidade interna 10 de um rotor de compressor de acordo com a invenção, por exemplo, em um turborreator de avião, vista em projeção ortogonal no plano A-A.

[0027] Esta parede de extremidade interna 10 é formada na periferia radialmente externa de um disco de pás giratório deste rotor e delimita interiormente um canal anular de escoamento de um fluxo de gases no nível deste disco de rotor, este canal sendo chamado correntemente corrente primária.

[0028] A parede de extremidade interna 10 pode ser formada por plataformas que equipam as pás portadas pelo disco acima citado e que são dispostas extremidade a extremidade circunferencialmente, ou esta parede pode ser realizada integralmente com o disco onde este disco de pás é do tipo monobloco, de modo bem conhecido.

[0029] A parede de extremidade interna 10 apresenta uma forma globalmente troncônica de seção se aumentando de à montante para a jusante.

[0030] As pás portadas pelo disco delimitam na parede de extremidade interna 10 uma pluralidade de setores angulares, como o setor 12 visível na figura 1, que é delimitado por duas pás 14 e 16 do disco acima citado consecutivas ao longo da direção circunferencial simbolizada pela seta 17 na figura 1. Mais precisamente, o setor 12 é delimitado pela superfície de extradorso 18 da pá 14 e pela superfície de intradorso 20 da pá 16.

[0031] Na figura 1, a parede de extremidade interna 10 é representada em projeção ortogonal em um plano passando pelo eixo do rotor e paralelo à reta ligando por um lado a intersecção da parede 10 com a borda a montante, ou borda de ataque, da pá 14 e, por outro lado, a intersecção da parede 10 com a borda a montante, ou borda de ataque, da pá 16.

[0032] De acordo com a invenção, cada setor 12 da parede de extremidade interna 10 comporta uma parte abaulada 22, bem como uma parte oca 24 formada a montante da parte abaulada 22, estas duas partes abaulado 22 e oca 24 sendo arbitrariamente simbolizadas na figura 1 por duas elipses cuja definição aparecerá mais claramente a seguir.

[0033] A parte abaulada 22 é convexa ao longo da direção axial, simbolizada pela seta 25, e ao longo da direção circunferencial 17, de modo que ela apresenta um topo sensivelmente pontual 26.

[0034] De modo análogo, a parte oca 24 é côncava ao longo da direção axial e ao longo da direção circunferencial de modo que ela apresente uma base sensivelmente pontual 28.

[0035] O topo 26 da parte abaulada 22 é afastado circunferencialmente da superfície de extradorso 18 da pá 14, de uma distância compreendida entre 30% e 70% da distância circunferencial entre esta superfície de extradorso 18 e a superfície de intradorso 20 da pá 16, medida axialmente no nível do topo 26. O afastamento circunferencial entre o topo 26 e a superfície de extradorso 18 é simbolizado pela seta 30 sobre a figura 1 em projeção no plano A-A, enquanto que a distância circunferencial entre as superfícies de extradorso 18 e de intradorso 20 no nível do topo 26 é simbolizada pela seta 32 sobre esta figura 1. Nota-se, contudo que as distâncias circunferenciais são distâncias angulares que diferem das distâncias observáveis em projeção no plano A-A.

[0036] De maneira análoga, a base 28 da parte oca 24 é afastada circunferencialmente da superfície de extradorso 18 da pá 14, de uma distância compreendida entre 30% e 70% da distância circunferencial entre esta superfície de extradorso 18 e a superfície de intradorso 20 da pá 16, medida axialmente no nível da base 28. O afastamento circunferencial entre a base 28 e a superfície de extradorso 18 é simbolizado pela seta 34 sobre a figura 1, enquanto a distância circunferencial entre as superfícies de extradorso 18 e de intradorso 20 no nível da base 28 é simbolizada pela seta 36 nesta figura 1.

[0037] Isto permite limitar a influência das partes abaulada 22 e oca 24 sobre o escoamento do ar ao longo das superfícies 18 e 20 das pás 14 e 16, na proximidade da parede de extremidade interna 10.

[0038] O topo 26 da parte abaulada 22 é afastado axialmente da borda a jusante 38 da parede de extremidade interna 10 de uma distância d1 compreendida entre 20% e 40% da distância axial D entre a borda a montante 40 e a borda a jusante 38 desta parede 10.

[0039] De modo análogo, a base 28 da parte oca 24 é afastada axialmente da borda a montante 40 da parede de extremidade interna 10 de uma distância d2 compreendida entre 20% e 40% da distância axial entre a borda a montante 40 e a borda a jusante 38 da parede 10.

[0040] Desta maneira, a borda a montante 40 e a borda a jusante 38 da parede de extremidade interna 10 apresentam uma forma sensivelmente circular, destinada a melhorar os desempenhos do rotor.

[0041] As partes abaulada 22 e oca 24 podem ser definidas mais precisamente em relação a uma superfície fictícia 42 de revolução em torno do eixo do disco do rotor, e mais precisamente de forma troncônica no modo de realização representado nas figuras 1 e 2. Esta superfície fictícia 42 pode ser definida por quatro pontos correspondendo à intersecção da parede 10 com respectivamente, por um lado, bordas a montante 44 e 46 ou bordas de ataque respectivas das duas pás consecutivas 14 e 16 que delimitam o setor 12 da parede de extremidade interna 10, e por outro lado as bordas a jusante 48 e 50 ou bordas de fuga destas pás.

[0042] A superfície fictícia 42 é ilustrada na figura 2, que mostra igualmente a parede de extremidade interna 10, em corte no plano B-B visível na figura 1.

[0043] Na figura 2, a seta 52 ilustra afastamento radial do topo 26 da parte abaulada 22 em relação à superfície fictícia 42. Este afastamento é compreendido entre 1% e 5% da extensão radial das pás 14 e 16. De maneira análoga, a seta 54 ilustra o afastamento radial da base 28 da parte oca 24 em relação à superfície fictícia 42, afastamento igualmente compreendido entre 1% e 5% da extensão radial das pás. Naturalmente, os afastamentos radiais 52 e 54 do topo 26 e da base 28 podem ter valores diferentes, como na figura 2.

[0044] A elipse simbolizando a parte abaulada 22 na figura 1 materializa os pontos desta parte abaulada cujo afastamento radial em relação à superfície fictícia 42 é igual à metade do afastamento radial 52 do topo 26 desta parte abaulada 22 em relação à superfície fictícia 42. Estes pontos correspondem às intersecções respectivas das linhas interrompidas 56 e 58 com a parede de extremidade interna 10 no plano B-B, na figura 2.

[0045] De modo análogo, a elipse simbolizando a parte oca 24 na figura 1 materializa os pontos desta parte oca cujo afastamento radial em relação à superfície fictícia 42 é igual à metade do afastamento radial 54 da base 28 da parte oca, entre os quais se encontram os pontos de intersecção da parede 10 respectivamente com as linhas interrompidas 60 e 62 da figura 2.

[0046] No modo de realização representado nas figuras 1 e 2, as partes abaulada 22 e oca 24 definidas em relação à superfície fictícia 42 têm um ponto de junção 66 em comum localizado sobre esta superfície fictícia 42. Neste modo de realização, o ponto de junção 66 está, por outro lado, localizado no plano B-B da figura 1.

[0047] A inclinação do setor 12 da parede de extremidade interna 10, definida entre o topo 26 da parte abaulada 22 deste setor 12 e a base 28 da sua parte oca 24, permite aumentar a convergência, de a montante para a jusante (seta 25), do canal anular 68 de escoamento dos gases no nível do disco do rotor, em relação à superfície fictícia 42 que corresponde sensivelmente a uma parede de extremidade interna da arte anterior. Isto permite notadamente melhorar a taxa de compressão deste rotor.

[0048] De um modo geral, a configuração da parede de extremidade interna permite reduzir o impacto do choque supersônico que se produz em uma parte radialmente externa das pás do disco, limitando ao mesmo tempo o melhor possível o aumento da taxa de fluxo admitido no nível deste disco. A título indicativo, o rendimento energético global de um estágio de compressão compreendendo um rotor associado a um estator pode ser melhorado de cerca de 0,2% com um rotor de acordo com a invenção.

Claims

1. Rotor de um compressor de turbomáquina, compreendendo um disco de rotor que porta pás (14, 16) que apresentam cada uma superfície de extradorso (18) e uma superfície de intradorso (20), o disco sendo provido em sua extremidade radialmente externa de uma parede (10) formando a extremidade interna de um canal anular de escoamento de um fluxo primário de gases na turbomáquina, esta parede (10) sendo formada de uma pluralidade de setores angulares (12), dos quais cada um é delimitado entre a superfície de extradorso (18) de uma primeira pá (14) e a superfície de intradorso (20) de uma segunda pá (16) diretamente consecutiva da referida primeira pá (14) ao longo de uma direção circunferencial (17), cada um dos referidos setores (12) comportando uma parte abaulada (22) convexa ao longo da direção axial (25) e ao longo da direção circunferencial (17) que apresenta um topo (26) situado radialmente ao exterior em relação a uma superfície fictícia (42) de revolução em torno do eixo do referido disco de rotor e passando por quatro pontos definidos pela interseção da referida parede (10) com respectivamente, a borda de ataque (44, 46) de cada uma das referidas primeiras e segundas pás (14, 16), e a borda de fuga (48, 50) de cada uma das referidas pás (14, 16), em que a seção transversal da parte abaulada (22) em relação ao eixo do disco de rotor é uma saliência em relação à superfície fictícia (42), o referido topo (26) sendo afastado circunferencialmente da superfície de extradorso (18) da referida primeira pá (14) de uma distância compreendida entre 30% e 70% da distância circunferencial entre as referidas superfícies de extradorso (18) e de intradorso (20) das referidas pás (14, 16) medida no nível do referido topo (26), a referida parede (10) comportando por outro lado, a montante da referida parte abaulada (22), uma parte oca (24) côncava ao longo da direção axial (25), o referido rotor sendo caracterizado pelo fato de que a referida parte oca (24) é igualmente côncava ao longo da direção circunferencial (17) e apresenta uma base (28) sensivelmente pontual, e em que o topo da parte abaulada é sensivelmente pontual.

2. Rotor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a base (28) da referida parte oca (24) de cada setor (12) da referida parede (10) é afastada circunferencialmente da superfície de extradorso (18) da referida primeira pá (14) de uma distância compreendida entre 30% e 70% da distância circunferencial entre as referidas superfícies de extradorso (18) e de intradorso (20) das referidas pás (14, 16) medida no nível da base (28).

3. Rotor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que para cada um dos referidos setores (12) da referida parede (10), a base (28) da referida parte oca (24) está situada radialmente no interior em relação à referida superfície fictícia (42).

4. Rotor de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a referida parede (10) é conformada de modo que para cada um dos referidos setores (12) desta parede, a parte abaulada (22) e a parte oca (24) do referido setor têm em comum pelo menos um ponto (66) de junção localizado sobre a referida superfície fictícia (42).

5. Compressor de turbomáquina caracterizado pelo fato de compreender um rotor como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.

6. Turbomáquina caracterizada pelo fato de compreender um compressor como definido na reivindicação 5.