BR112013025486B1 - Anel de vedação para ser prensado contra um disco de rotor de umestágio de turbina para uma turbomáquina de avião e método para fabricar omesmo - Google Patents

Abstract

"ANEL DE VEDAÇÃO PARA UM ESTÁGIO DE TURBINA DE UMA TURBOMÁQUINA DE AVIÃO, COMPREENDENDO PRENDEDORES ANTIRROTAÇÃO ENTALHADOS". A presente invenção refere-se a um anel de vedação (60) pretendido para ser prensado contra um disco de rotor de um estágio de turbina para turbomáquina de avião, o anel sendo provido com uma pluralidade de prendedores antirrotação (66) que o impedem de girar em relação ao disco de rotor, cada prendedor (66) se estendendo axialmente de um corpo de anel (63) e tendo duas superfícies de extremidades circunferenciais opostas (72), pretendidas, respectivamente, para serem colocadas confrontando duas pás diretamente consecutivas transportadas no disco de rotor. De acordo com a invenção, uma ranhura se abrindo axialmente (70) atravessa radialmente pelo menos um dos prendedores antirrotação (66).

Description

Campo técnico

[0001] A presente invenção refere-se ao campo de turbinas para uma turbomáquina de avião, em particular, para motores turbojato ou turbopropulsor de avião.

[0002] A invenção, em particular, diz respeito ao anel de vedação a jusante de um estágio de turbina, pretendido para contatar, em um modo selado, as pás montadas em um disco de rotor do estágio de turbina. Mais precisamente, a invenção diz respeito aos prendedores antirrotação fornecidos neste anel, e que impedem o último de girar em relação ao disco de rotor.

Técnica Anterior

[0003] O rotor de um estágio de turbina de um avião turbojato compreende um disco, pás montadas no disco na sua periferia, e um anel montado a jusante da unidade de disco/pás de turbina. Em um modo conhecido, o rotor é acionado em rotação por um fluxo de gás fluindo do lado a montante para o lado a jusante através da turbina.

[0004] Para a montagem das pás, o disco é provido com dentes periféricos delimitando entre eles células em que as bases das pás são retidas radialmente.

[0005] Na técnica anterior, é conhecido montar o anel de vedação a jusante contra a face a jusante da unidade de disco/lâminas, a fim de obter a melhor vedação possível.

[0006] O anel, além disso, é provido com uma pluralidade de prendedores antirrotação, por exemplo, três prendedores arranjados em 120°, se estendendo axialmente de um corpo de anel. Estes prendedores impedem o anel de girar em relação ao disco de rotor. Para fazer isto, cada prendedor tem duas superfícies de extremidade circunferenciais opostas, pretendidas respectivamente para serem colocadas confrontando duas pás diretamente consecutivas transportadas no disco de rotor. Estas superfícies, portanto, constituem batentes tangenciais fornecidos para entrar em contato com as pás, e como tal proíbem a rotação relativa entre o anel e a unidade de disco/pás.

[0007] Em operação, os prendedores sofrem tensão tangencial substancial, em particular em uma alta velocidade de rotação. As zonas mais críticas são constituídas pelos raios de conexão entre as superfícies de extremidades circunferenciais, e uma superfície de suporte para prendedores fornecida no corpo de anel. Estes dois raios de conexão efetivamente são de valores muito baixos, por exemplo, próximos a 0,1 mm, e sofrem uma tensão tangencial muito alto, tornando estes raios críticos na vida útil do anel.

[0008] A fim de resolver este problema de tensão impactando a vida útil do anel, é possível aumentar o valor dos raios de conexão mencionados anteriormente. Apesar disso, esta solução não é satisfatória porque ela gera problemas de interferência com a base das duas pás.

[0009] Uma outra solução também considerada consiste em fazer depressões em dois raios de conexão, ao criar entalhes na base das duas superfícies de extremidades circunferenciais, a fim de superar o problema de interferências com as bases de pás. Entretanto, estas depressões reduzem a área de superfície das superfícies de extremidades circunferenciais, e as tornam menos efetivas na sua função de impedir rotação. Além do mais, a usinagem destas depressões é complicada para implementação.

Descrição da Invenção

[00010] A invenção, portanto, tem como propósito superar os problemas mencionados anteriormente pelo menos de forma parcial, em relação às realizações de técnica anterior.

[00011] Para fazer isto, a invenção tem antes de qualquer coisa como objetivo um anel de vedação pretendido para ser prensado contra um disco de rotor de um estágio de turbina para turbomáquina de avião, o dito anel sendo provido com uma pluralidade de prendedores antirrotação que impedem o dito anel de girar em relação ao disco de rotor, cada prendedor se estendendo axialmente de um corpo de anel e tendo duas superfícies de extremidades circunferenciais opostas, pretendidas respectivamente para serem colocadas confrontando duas pás diretamente consecutivas transportadas no disco de rotor. De acordo com a invenção, uma ranhura se abrindo axialmente atravessa radialmente pelo menos um dos ditos prendedores antirrotação.

[00012] A invenção, portanto, é notável em que ela constitui uma solução que é simples, efetiva e fácil de implementar a fim de reduzir a tensão tangencial em pelo menos um dos prendedores antirrotação, e mais preferivelmente em todos estes prendedores. A presença da ranhura atravessando o prendedor antirrotação torna possível de fato dividir o último em duas metades de prendedor, cada uma tendo uma rigidez menor, o que, portanto, dá a elas uma maior capacidade de deformação sob tensão, acompanhada por uma queda na tensão tangencial à qual elas são submetidas. Neste aspecto, tem sido observado que a tensão tangencial máxima, observada nos raios de conexão das superfícies de extremidades tangenciais, pode ser diminuída por pelo menos 20% graças à simples presença da ranhura específica para esta invenção.

[00013] A invenção é particularmente vantajosa em que ela fornece uma solução que não exige modificar o valor dos raios de conexão mencionados anteriormente, estabelecidos a fim de obter uma cooperação satisfatória entre os prendedores e as bases de pás, sem interferências. Esta solução também não gera uma diminuição no comprimento axial das superfícies de extremidades tangenciais, de maneira que as últimas podem cumprir sua função como um batente circunferencial em um modo satisfatório.

[00014] A invenção também é vantajosa em que ela pode ser implementada em anéis existentes, simplesmente ao criar ranhuras nos seus prendedores antirrotação, mais preferivelmente por meio de usinagem.

[00015] É notado que o anel de acordo com a invenção preferivelmente é pretendido para constituir um anel de vedação a jusante para o rotor de um estágio de turbina, mas que possivelmente poderia ser usado como um anel a montante, sem deixar o escopo da invenção.

[00016] Mais preferivelmente, cada uma das duas superfícies de extremidades circunferenciais opostas é conectada a uma superfície de suporte para prendedores, fornecida no corpo de anel, por meio de um primeiro raio de conexão. Além do mais, cada uma das duas partes laterais da ranhura é conectada ao fundo desta ranhura por meio de um segundo raio de conexão, e é feito de uma tal maneira que o segundo raio é rigorosamente maior que o primeiro raio de conexão. Deste modo, o segundo raio de conexão é submetido a uma tensão tangencial que é ainda menor que aquela que é aplicada ao primeiro raio de conexão. Como nenhum elemento circundante não é fornecido normalmente para cooperar diretamente com a ranhura, o segundo raio de conexão, portanto, não está sujeito a problemas de interferências.

[00017] A razão entre os dois raios de conexão mais preferivelmente é maior que oito, e pode ir além de dez.

[00018] A fim de aumentar adicionalmente a efetividade do descarregamento da tensão procurado pela ranhura, mais preferivelmente é feito de uma tal maneira que o fundo da ranhura de cada prendedor fica localizado axialmente no mesmo nível ou nas proximidades da base do dito prendedor.

[00019] Além disso, para um acordo totalmente otimizado em termos da efetividade em descarregar a tensão, massa total e resistência mecânica das metades de prendedor separadas pela ranhura, com preocupação particular para a resistência ao cisalhamento, é fornecido que a razão entre a largura da ranhura e a largura total do dito prendedor antirrotação, de acordo com a direção circunferencial, mais preferivelmente está entre 0,3 e 0,4.

[00020] Mais preferivelmente, a ranhura é centrada no dito prendedor antirrotação. Alternativamente, ela poderia ser deslocada na direção de uma ou da outra das superfícies de extremidades circunferenciais, sem deixar o escopo da invenção.

[00021] Mais preferivelmente, o anel tem três prendedores antirrotação arranjados em 120° um em relação ao outro.

[00022] Finalmente, os ditos prendedores antirrotação mais preferivelmente são arranjados nas proximidades de uma extremidade radial externa do dito corpo de anel, mesmo se existisse um outro arranjo, sem deixar o escopo da invenção.

[00023] A invenção também tem como objetivo um rotor de um estágio de turbina de uma turbomáquina de avião, compreendendo um disco, pás montadas no disco e um anel de vedação a jusante tal como descrito anteriormente, montado a jusante do disco e das pás.

[00024] A invenção tem como objetivo uma turbomáquina para avião, compreendendo pelo menos uma turbina como esta compreendendo pelo menos um rotor de estágio de turbina tal como descrito anteriormente. Finalmente, a invenção também tem como objetivo um método para fabricar um anel de vedação tal como descrito anteriormente, em que a ranhura do dito prendedor antirrotação é executada por meio de usinagem.

[00025] Outras vantagens e características da invenção deverão aparecer na descrição detalhada não restritiva a seguir.

Breve Descrição dos Desenhos

[00026] A invenção deve ser mais bem entendida, e outros detalhes, vantagens e características da última deverão aparecer mediante leitura da descrição a seguir dada a título de um exemplo não restritivo e com referência aos desenhos anexos, em que: - a figura 1 é uma vista de seção transversal axial diagramática parcial de uma turbomáquina de avião compreendendo uma turbina de alta pressão de acordo com uma modalidade preferida desta invenção; - a figura 2 é uma vista parcial em perspectiva do rotor de um estágio da turbina de alta pressão mostrada na figura precedente; - a figura 3 é uma vista de metade de seção transversal axial diagramática parcial do rotor mostrado na figura precedente; - a figura 4 é uma vista em perspectiva de uma das pás de turbina do rotor mostrado nas figuras 2 e 3; - a figura 5 mostra uma vista similar àquela da figura 2, mostrando em um modo mais preciso um dos prendedores antirrotação do anel a jusante; - a figura 6 também mostra uma vista parcial em perspectiva do anel a jusante e de um de seus prendedores antirrotação; e - a figura 7 mostra uma vista de seção transversal do prendedor antirrotação mostrado na figura precedente, feita ao longo da linha A-A desta figura 6; nestas figuras, elementos idênticos ou similares são designados por meio de referências numéricas idênticas. Descrição Detalhada de uma Modalidade Preferida

[00027] Com referência antes de qualquer coisa para a figura 1, uma turbomáquina de avião 1 pode ser vista, do tipo duplo fluxo e duplo corpo.

[00028] O turbojato compreende, sucessivamente de acordo com a direção de impulso mostrada pela seta 2, um compressor de baixa pressão 4, um compressor de alta pressão 6, uma câmara de combustão 8, uma turbina de alta pressão 10 e uma turbina de baixa pressão 12.

[00029] A turbina de alta pressão 10, do tipo estágio único, é apresentada na forma de uma modalidade preferida desta invenção, para a qual detalhes deverão ser fornecidos agora em referência às figuras 2 a 7.

[00030] A turbina compreende um rotor de estágio 20 que fica localizado a jusante de um distribuidor de alta pressão 24, pertencendo ao estágio anterior. A jusante do rotor 20 fica localizada uma parte fixa 22 do turbojato, correspondendo à entrada da turbina de baixa pressão.

[00031] Antes de qualquer coisa, o rotor 20 compreende um disco 26 cuja periferia externa radialmente tem os dentes 28, cada um espaçado circunferencialmente um do outro. As células 30 são definidas entre os dentes do disco. Elas são axiais ou inclinadas e abrem tanto para a face a montante 31 quanto para a face a jusante 33 do disco 26. Convencionalmente, cada célula 30 recebe a base 32 de uma pá 34, a fim de fixá-la radialmente na direção do exterior, via cooperação de forma.

[00032] A base 32 de cada pá 34 fica localizada a uma distância do fundo 36 de sua célula 30 associada, de acordo com a direção radial. Como tal, um espaço livre 38 é formado entre a extremidade da base 32 e o fundo da célula 36.

[00033] A montante, a base 32 possivelmente pode ser estendida radialmente na direção do interior por uma primeira parede 40, a jusante igualmente a base 32 é estendida radialmente na direção do interior por uma segunda parede 42.

[00034] Além disso, cada pá 34 compreende na sua base uma plataforma 46 pretendida em particular para guiar o fluxo do lado a montante para o lado a jusante no turbina, isto é, da entrada para a saída da turbina, de um fluxo de gás primário chegando da câmara de combustão. Esta plataforma 46, arranjada entre a base 32 e o propulsor aerodinâmico 48 da pá, se estende circunferencialmente em um e outro lado deste propulsor 48. Convencionalmente ela fica localizada na extensão de uma plataforma idêntica pertencendo a uma pá diretamente consecutiva, tal como pode ser visto na figura 2.

[00035] O rotor 20 incorpora um anel de vedação a montante 44 transportado pelo disco 26 sobre a face a montante 31 do último. O anel a montante 44 participa em particular na retenção axial das pás nas células, na direção da frente.

[00036] O rotor 20 incorpora adicionalmente um anel de vedação a jusante 60 transportado pelo disco 26 sobre a face a jusante 33 do último. O anel anular 60 tem uma extremidade radial externa na forma de uma borda periférica 61 pretendida para pressionar contra uma aba 62 de suporte a jusante da plataforma 46, a qual se estende sob a plataforma de acordo com um comprimento circunferencial que é maior que aquele do pé que transportou esta aba 62, com este comprimento sendo, entretanto, substancialmente idêntico àquele da plataforma. Os espaços livres 64 são então criados localizados sob as abas 62, delimitados circunferencialmente pela parte superior das bases de pás, e delimitados radialmente entre as abas 62 e a face superior dos dentes de disco 28. Os prendedores 66 se estendendo axialmente a montante de uma face a montante 68 do anel a jusante atravessam axialmente os espaços 64, adotando localmente a forma de uma superfície de suporte para estes prendedores. Mais preferivelmente três prendedores 66 são fornecidos, distribuídos em 120° sobre o corpo de anel do qual eles se projetam, a partir da superfície de suporte 68, orientados substancialmente de acordo com um plano transversal. Estes prendedores 66 tornam possível fornecer uma função antirrotação para o anel a jusante, em relação à unidade de disco/pás. Eles ficam localizados nas proximidades da borda periférica 61 do anel, ao serem arranjados radialmente na direção do interior em relação a esta borda 61 também se estendendo axialmente a montante.

[00037] Uma das particularidades desta invenção consiste no projeto dos prendedores antirrotação 66, dos quais uma modalidade preferida será agora descrita, substancialmente em referência às figuras 5 a 7.

[00038] Cada prendedor 66 tem duas superfícies de extremidades circunferenciais opostas 72, pretendidas respectivamente para serem colocadas confrontando dois pés diretamente consecutivos das pás 34. As duas superfícies 72, confrontando superfícies complementares fornecidas nas bases de pás, são usadas para impedir a rotação relativa entre o anel 60 e a unidade de disco/pás de acordo com o eixo de rotação desta unidade. Uma folga de montagem apesar disso é fornecida entre estas superfícies cooperando duas a duas, e orientada substancialmente paralela às direções axial 90 e circunferencial 92. As superfícies 72, usadas como batentes, também são substancialmente ortogonais à superfície de suporte para prendedores 68, das quais eles se projetam.

[00039] Além disso, uma ranhura 70 atravessa radialmente cada prendedor 66, a qual é aberta, portanto, radialmente para o interior e para o exterior, e que abre axialmente a montante. Neste aspecto, a ranhura 70 tem aqui uma forma preferida com uma seção de uma maneira geral no formato de U, tal como pode ser mais bem visto na figura 7. Outras formas, contudo, poderiam ser adotadas, sem deixar o escopo da invenção.

[00040] A ranhura 70, da qual o fundo 74 é orientado axialmente na direção a montante, delimita assim duas metades de prendedor espaçadas circunferencialmente uma da outra. O fundo 74 fica localizado substancialmente no mesmo nível, de acordo com a direção axial 90, da superfície de suporte 68 para prendedores e, portanto, substancialmente no mesmo nível da base de seu prendedor 66 associado, tal como pode ser visto na figura 7. Neste aspecto, nas figuras 6 e 7, é possível ver que a superfície de suporte para prendedores 68 pode ter, por motivos de fabricação, em particular usinagem dos prendedores no anel executado como uma parte única, os degraus axiais 76 se estendendo a montante, cada um carregando um prendedor 66. Em um caso como este, o fundo de ranhura 74 fica então localizado substancialmente no mesmo nível do degrau 76 da superfície de suporte 68 para prendedores.

[00041] A ranhura 70, preferivelmente centrada no prendedor, portanto, tem uma seção em forma de U da qual as duas partes laterais 78 são ligadas ao fundo 74 respectivamente por meio de dois raios de conexão 80, mais preferivelmente idênticos, por exemplo, a um valor de uma magnitude de 1 mm.

[00042] Estes raios 80 são altos em comparação com os raios de conexão 82 entre as superfícies do batente 72 e a superfície de suporte de prendedores 68. Estes raios, mais preferivelmente também idênticos, têm, por exemplo, um valor de uma magnitude de 0,1 mm, totalmente adaptados para levar o prendedor 66 para tão próximo quanto possível das bases de pás, sem interferências.

[00043] Finalmente, a ranhura 66 tem uma largura circunferencial "I" entre 0,3 e 0,4 vezes a largura total "L" do prendedor de acordo com esta mesma direção circunferencial 92. Mais preferivelmente, a razão entre as larguras "I" e "L" é um terço.

[00044] Certamente, várias modificações podem ser feitas pelos versados na técnica para a invenção que foi justamente descrita, unicamente a título de exemplos não restritivos.

Claims (10)

1. Anel de vedação (60) pretendido para ser prensado contra um disco de rotor (20) de um estágio de turbina (10) para uma turbomáquina de avião, o dito anel sendo provido com uma pluralidade de prendedores antirrotação (66) que impedem o dito anel de girar em relação ao disco de rotor, cada prendedor (66) se estendendo axialmente de um corpo de anel (63) e tendo duas superfícies de extremidades circunferenciais opostas (72), pretendidas respectivamente para serem colocadas confrontando duas pás diretamente consecutivas transportadas no disco de rotor, caracterizado pelo fato de que uma ranhura se abrindo axialmente (70) atravessa radialmente pelo menos um dos ditos prendedores antirrotação (66).

2. Anel de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma das duas superfícies de extremidades circunferenciais opostas (72) é conectada a uma superfície de suporte de prendedores (68), fornecida no corpo de anel (63), por meio de um primeiro raio de conexão (82), em que cada uma das duas partes laterais (78) da ranhura é conectada ao fundo (74) desta ranhura por meio de um segundo raio de conexão (80), e em que o segundo raio de conexão (80) é rigorosamente maior que o primeiro raio de conexão (82).

3. Anel de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fundo (74) da ranhura (70) de cada prendedor (66) fica localizado axialmente no mesmo nível ou nas proximidades da base do dito prendedor.

4. Anel de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a razão entre a largura (l) da ranhura (70) e a largura total (L) do dito prendedor antirrotação (66), de acordo com a direção circunferencial (92), está entre 0,3 e 0,4.

5. Anel de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ranhura (70) fica centrada no dito prendedor antirrotação (66).

6. Anel de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ele tem três prendedores antirrotação (66) arranjados em 120° um em relação ao outro.

7. Anel de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos prendedores antirrotação (66) são arranjados nas proximidades de uma extremidade radial externa (61) do dito corpo de anel (63).

8. Rotor (20) de um estágio de turbina (10) para uma turbomáquina de avião, compreendendo um disco (26), pás (34) montadas no disco e um anel de vedação a jusante (60) como definido na reivindicação 1.

9. Turbomáquina (1) para avião, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos uma turbina (10) compreendendo pelo menos um rotor (20) de um estágio de turbina como definido na reivindicação 8.

10. Método para fabricar um anel de vedação (60) como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ranhura (70) do dito prendedor antirrotação (60) é executada por meio de usinagem.

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