BR112014000097B1 - Dispositivo de árvore de acionamento de uma turbomáquina, turbo-máquina e aeronave - Google Patents

Abstract

dispositivo de árvore de acionamento de uma turbo-máquina. a presente invenção refere-se a um dispositivo de roda com pás atravessado por uma árvore de acionamento (37, 49) radial compreende os braços radiais (112), dos quais um contém a árvore, e pás estacionárias fabricadas separadamente do cárter (114) e da virola (111), depois ligados a elas. uma luva (34) que envolve a árvore (57) atravessa o cárter (114). ela serve para sustentar um mancal de suporte da árvore com precisão de posição e para manter a estanqueidade, formando uma única cavidade com as cavidades de braços radiais (112, 115) que atravessa a árvore. 20167199v1

Description

Descrição

[0001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de árvore de acionamento de uma turbo-máquina.

[0002] Essas árvores se estendem radialmente através das turbo- máquinas e permitem impor o acionamento da máquina, ou o movimento de um outro equipamento central, a partir do exterior. Eles atravessam os veios de escoamento dos gases sendo contidos em braços radiais, que devem impor poucas perturbações ao escoamento e de perdas de rendimento, e também ser estanques, a fim de evitar os escapamentos de lubrificante no escoamento. Um mancal é frequentemente disposto em torno de uma parte intermediária da árvore, a fim de sustentá-la. Reportar-se-á às patentes francesas 2 824 362 e 2 921 423 para descobrir algumas concepções existentes, mas sem relação com a invenção, dessas árvores de acionamento. Uma outra concepção é o assunto do documento BG-A-926 947.

[0003] Os estatores existentes têm frequentemente uma estrutura unitária, compreendendo um cárter dito intermediário, circular, uma virola dita externa, circular e concêntrica ao cárter e envolvendo-o, e pás de correção do escoamento unindo o cárter à virola sendo integrados de uma peça com eles. Braços radiais são dispostos de local em local no circulo das pás, a fim de reforçar a ligação do cárter e da virola e lhes são também solidárias; um desses braços contém a árvore de acionamento. O mancal de suporte da árvore é geralmente montado sobre um suporte autônomo, compreendendo um flange de fixação parafusado em uma placa de extremidade do cárter intermediário.

[0004] A lubrificação de equipamentos adjacentes à árvore, como o mancal, deve ser assegurada, seja pelo interior da árvore por centrifugação e disposição de canais, defletores e vertedouros de lubrificação, seja por uma alimentação externa. A fim de não disseminar o óleo no cárter circular atravessado pela árvore, estojos cilíndricos são acrescentados em torno da árvore, a fim de manter o óleo em um volume que eles contêm. Deve-se, todavia, admitir que esses estojos representam uma complicação da estrutura da máquina, e que eles impõem um aumento da largura do braço radial para alojá- los aí, e, portanto, do binário mestre da seção do braço, o que prejudica o escoamento dos gases. A montagem do mancal sobre um suporte parafusado no cárter introduz também imprecisões de posição que são prejudiciais a um bom alinhamento da árvore. Enfim, a manutenção da estanqueidade entre os arredores lubrificados da árvore e o exterior da roda, e notadamente os veios de escoamento, tornar-se-ia mais difícil, caso os braços radiais não fossem mais de uma peça com a virola externa e o cárter intermediário, mas ligados a eles; essa construção seria, contudo, vantajosa, já que ela é menos complicada de fabricar que a concepção unitária, e permite substituir pás em caso de necessidade.

[0005] A invenção é relativa a um dispositivo de árvore de acionamento de uma turbo-máquina capaz de prevenir esses diferentes inconvenientes e que é notadamente compatível com uma construção da turbo-máquina na qual as pás e os braços radiais são ligados à virola e ao cárter, após terem sido fabricados separadamente.

[0006] Esse braço radial é, em princípio, um perfil corretor situado atrás das pás de sopradora integrado ao cárter intermediário; é comumente denominado "braços-ogv" e integrado mecanicamente ao cárter intermediário.

[0007] Ele permite assegurar três funções já mencionadas ou evocadas: - uma função aerodinâmica de correção; - uma função estrutural de manutenção do cárter intermediário e, portanto, da turbo-máquina; - uma função de integração mecânica que é a constituição mecânica de um alojamento para o mancal intermediário da árvore radial.

[0008] Esse "braço-OGV" é estanque para integrar o mancal intermediário da árvore de transmissão.

[0009] Sob uma forma geral, a invenção se refere a um dispositivo de árvore de acionamento de uma turbo-máquina, compreendendo, além da árvore, um cárter circular, uma virola circular que envolve o cárter, um braço radial oco que liga o cárter à virola e atravessado pela árvore, que se estende também no cárter, um mancal de suporte da árvore montada sobre um suporte fixado no cárter, o braço radial sendo ligado ao cárter sem ser deem uma peça com ele, o braço radial compreendendo uma bossagem provida de uma perfuração, o dispositivo sendo caracterizado pelo fato de compreender uma luva de conexão do braço ao cárter, a bossagem e a luva são ligadas por introdução uma na outra, a árvore se estende através da bossagem e da luva, uma junta estabelece uma estanqueidade, entre a luva e a bossagem, e o mancal é montado na luva.

[00010] A luva que envolve a árvore de acionamento liga ao estojo da concepção conhecida, mas não se estende no braço radial e forma antes de tudo uma peça de conexão entre ele e o cárter, que assegura a estanqueidade em relação ao exterior, enquanto que a conexão, a partir da concepção tradicional, era assegurada por uma continuidade de matéria. A estanqueidade oferecida pela luva equipada com a junta permite renunciar à continuidade entre o braço radial e o cárter; a ausência de uma luva ou de um estojo no braço radial permite reduzir sua largura e favorece o escoamento dos gases em torno do braço; a utilização da luva para montar o mancal constitui, enfim, uma vantagem importante, já que a luva é ajustada contra o cárter com uma boa precisão em um local geralmente adjacente àquele da montagem do mancal e segundo o seu eixo.

[00011] Uma concepção análoga pode vantajosamente ser proposta do outro lado do braço radial: este é também ligado à virola sem ser de uma peça com ela, e o dispositivo compreende uma outra luva de conexão, ligando a virola ao braço, estabelecendo uma estanqueidade, a árvore atravessando essa outra luva.

[00012] O braço radial, da mesma forma que as pás de correção geralmente presentes, pode então ser construído independentemente da virola e ligado a ela, sem perda de estanqueidade. A segunda luva constitui ainda uma peça de conexão curta entre a virola e o braço - ogv, que autorisa uma liberdade de posicionamento entre a virola externa do cárter e o braço ogv, assegurando a estanqueidade da cavidade criada atravessada pela árvore de transmissão.

[00013] A luva (ou as luvas, quando existem todas duas) compreende vantajosamente dois abaulamentos cilíndricos respectivamente encaixados em uma bossagem perfurada do braço e uma bossagem perfurada pertencente seja a um cárter, seja à virola, os abaulamentos estando em prolongamento, juntas de estanqueidade estendendo-se em torno dos abaulamentos. A ligação é, então, particularmente facilitada.

[00014] Em outras concepções, a luva poderá, todavia, ser de uma peça com o cárter.

[00015] A luva se estende vantajosamente através do cárter, de um raio externo a um raio interno deste, e contribui, então, para impedir a disseminação de lubrificantes no interior do cárter. Uma construção simples, permitindo obter isto, existe, quando o cárter compreende duas bossagens perfuradas, em prolongamento, nas quais dois abaulamentos cilíndricos da luva são respectivamente encaixados, juntas de estanqueidade sendo dispostas entre as bossagens e os abaulamentos.

[00016] A invenção será frequentemente aplicada a turbo-máquinas de duplo fluxo, compreendendo dois veios de escoamento concêntricos, o cárter sendo um cárter intermediário que separa esses veios. A luva servirá, então, para ligar, de forma estanque, as cavidades atravessadas pela árvore de acionamento no braço radial submencionado (que atravessa o veio secundário externo) e um outro braço radial que atravessa o veio primário interno.

[00017] A lubrificação pode vantajosamente ser assegurada pelo conduto cavado na árvore, e por perfurações que atravessa a árvore, estendendo-se do conduto ao mancal, a fim de desviar uma parte do óleo de lubrificação em proveito do mancal.

[00018] De acordo com um outro aperfeiçoamento, a árvore pode ser composta de duas partes unidas por caneluras, cuja lubrificação deveria normalmente ser assegurada; ela pode sê-lo por perfurações que atravessam a árvore e estendendo-se do conduto a uma câmara circular, sobre a qual dão as caneluras.

[00019] Outros aspectos da invenção são uma turbo-máquina de aeronave, compreendendo o dispositivo detalhado segundo as características precedentes, e uma aeronave compreendendo essa turbo-máquina.

[00020] A invenção será então descrita em relação às figuras, das quais: - a figura 1 representa uma concepção da técnica anterior; - a figura 2 representa uma vista de uma roda com pás; - a figura 3 representa uma vista geral de uma realização possível da invenção; - as figuras 4, 5, 6, 7 e 8 representam vistas de detalhe dessa realização; - a figura 9 representa uma variante pertencente a uma outra realização; e - a figura 10 ilustra ainda uma outra realização.

[00021] Reportando-se à figura 1, uma árvore 1 de acionamento de uma construção conhecida se estende radialmente através de uma turbo-máquina entre um dispositivo motor 2 e redutor de velocidade, e um pinhão 3 de ataque de uma coroa dentada 4 de uma árvore central 5, situada sobre o eixo da máquina. A turbo-máquina tendo no caso um escoamento com duplo fluxo, a árvore 1 se estende através de um veio primário 6 de raio menor e um veio secundário 7 de raio maior, atravessando ainda um cárter intermediário 8 é que os separa até um bico de confluência. O veio secundário 7 é limitado ao exterior por uma virola externa 9, e o dispositivo motor 2 se estende ao exterior dela.

[00022] Reportando-se também à figura 2, constata-se que o estator da turbo-máquina compreende uma roda com pás 10 onde se acha do exterior para o interior uma parte 11 da virola externa 9, braços radiais 12 e pás de corretor 13 repartidos sobre um círculo através do veio secundário 7, uma parte 14 do cárter intermediário 8, de outros braços radiais 15 e de outras pás de corretor 16 também repartidos sobre um círculo através do veio primário 6 e um revestimento interno 17, delimitando o raio interno do veio primário 6. A roda com pás 10 se estende entre um compressor à baixa pressão 18 e um compressor à alta pressão 19. A estrutura da roda com pás 10 é unitária, todos os seus elementos sendo fabricados em uma única peça por fundição. A árvore 1 se estende através das partes 11, 14 e do revestimento interno 17, assim como em um dos braços radiais 12 e um dos braços radiais 15, atravessando-os ainda de parte em parte. Ele é sustentado por um mancal 20, situado no interior da parte 14 do cárter intermediário 8 e sustentado por um suporte 21 munido de um flange 22 de fixação em uma placa 23 na traseira da parte 14. A árvore 1 é envolvida por um estojo externo 24 que se estende da parte 11 da virola externa 9 ao suporte 21 e por um estojo interno 25 que se estende do suporte 21 no revestimento interno 17 e do qual cada um se estende, portanto, sobretudo no braço radial 12 ou 15. Os estojos 24 e 25 delimitam com o suporte 21 um volume fechado, contendo notadamente o mancal 20, que é assim possível lubrificar sem ocasionar uma dispersão do óleo.

[00023] Essa concepção possui desvantagens já assinaladas e devido à presença dos estojos nos braços radiais e ao gênero de suporte utilizado para o mancal.

[00024] Passa-se a presente a uma descrição de uma realização da invenção por meio das figuras seguintes e inicialmente das figuras 3 e 4.

[00025] A roda com pás 10 unitária é substituída por uma roda com pás de forma similar, mas na qual as pás de corretores e os braços radiais são parafusados com porcas nos elementos aos quais são ligados, a parte do cárter intermediário (agora 114) e a parte de virola (agora 111) sendo daqui para a frente fabricadas separadamente.

[00026] A parte de cárter intermediária 114 é provida de uma bossagem 30 em seu contorno externo, que é colocado diante de um braço radial 112 externo. A bossagem 30 compreende uma perfuração 31 cilíndrica. Uma outra bossagem 32 é disposta diante de um braço radial 115 interno (que atravessa o veio primário 6), que compreende ele também uma perfuração 33, no prolongamento da perfuração 30 precedente. Uma luva 34 é introduzida nas perfurações 31 e 33, suas extremidades sendo abaulamentos cilíndricos apoiando-se sobre as perfurações 31 e 33, providas de juntas 35 tóricas estabelecendo-se a estanqueidade nessas perfurações 31 e 33. A luva 34 é retida por parafusos com porcas 36 encaixados na bossagem 30. As bossagens 30 e 32 são dispostas nas extremidades da parte de cárter intermediário 14, sendo sustentados por nervuras 28 e 29. A bossagem 32 interna desemboca diretamente no braço radial 115 interno, que é de uma peça com a parte de cárter intermediária 114 e com o revestimento interno 117.

[00027] De acordo com uma variante de concepção ilustrada na figura 9, a parte intermediária de cárter, agora 214, é construída de uma peça com uma primeira luva 234, que prolonga as perfurações 31 e 33. Uma segunda luva 235 é, todavia, construída separadamente e encaixada na perfuração 31 externa, e é conformada como a luva 34, no que se refere ao recebimento do mancal 38, a fixação na bossagem 30 por parafusos com porcas 36 e a presença de uma junta de estanqueidade 35 entre seu abaulamento cilíndrico e a perfuração 31.

[00028] As luvas 234 e 235 substituem, portanto, o conjunto da luva 34, com as vantagens que a segunda luva 235, curta e mantida em uma única perfuração 31, é fácil de instalar e não há dispositivo de estanqueidade para a perfuração 33 interna.

[00029] A árvore de acionamento compreende duas partes, das quais uma dentre elas é uma árvore primária 37 que se estende na luva 34, depois para o interior e termina sobre o pinhão de ataque, agora 103. Um mancal 38 (figura 5) é disposto entre a árvore primária 37 e a luva 34 para manter aquela por esta; seu anel interno e seu anel externo são retidos em direção axial por duas porcas 39 e 40 respectivamente parafusadas sobre a árvore primária 37 e na luva 34, estão em batente contra rebordos opostos. Os braços radiais externos, e as pás de corretor do veio externo, fabricados separadamente, são montados sobre o elemento de cárter intermediário 114, por parafusos 41 (um único está representado). Uma ponteira da árvore primária 37 se estende fora da luva 34 e ultrapassa em uma cavidade 42 do braço radial 112 externo. A face interna do braço radial 112 compreende uma perfuração 43 interna perfurada que se encaixa sobre a extremidade externa da luva 34 e que é ele também munido de uma junta 35, para estabelecer a estanqueidade entre eles (figura 6).

[00030] O braço radial 112 compreende (figura 7) uma bossagem 44 externa, oposta à precedente e também provida de uma perfuração 45. Quando o elemento de virola 111 é instalado e unido ao braço radial 112 por parafusos com porcas 113, uma bossagem 46 que ele comporta vem se estender sobre a bossagem 44 externa e uma perfuração 47 da bossagem 46 prolonga a perfuração 45. Uma segunda luva 48 é encaixada nas perfurações 45 e 47 e possui dois abaulamentos cilíndricos munidos também de juntas 35 tóricas para estabelecer a estanqueidade contra essas perfurações. Essa disposição nas duas luvas liga a cavidade 42 do braço radial 112 ao exterior da virola, onde se acha o bloco motor correspondente ao bloco motor 2, e ao volume próximo do eixo da máquina onde se acha o pinhão de ataque 103, sem comprometer a estanqueidade e, notadamente, sem deixar de se comunicar com os veios de escoamento dos gases, a luva 34 ligando a cavidade 42 do braço radial 112 externo àquela do braço radial 115 interno. Uma árvore secundária 49, que compõe a árvore de acionamento com a árvore primária 37 e estendendo-se, a partir do bloco externo 102, atravessa a cavidade 42 e se estende até a luva 34 onde se une à árvore primária 37 por caneluras 50.

[00031] Deve ser observado que a árvore primária 37 e a árvore secundária 49 podem ser inclinadas em direção do eixo da máquina, no caso para trás, indo em direção à periferia da máquina, e que o braço radial 112 é então vantajosamente inclinado de um ângulo análogo, a fim de que a árvore secundária esteja constantemente em uma mesma zona adjacente à borda traseira, mais larga, da cavidade 42 e que não tenha assim obrigação de alargar o braço radial 112 além disso.

[00032] Uma tigela de centragem 54 (figura 3) da árvore secundária 49, de concepção conhecida e de forma cilíndrica cônica, fixado de forma não representada no dispositivo motor 2, é inteiramente incluído neste, enquanto que sua parte inferior penetrava no braço radial (12), segundo a concepção anterior. A adição da luva de estanqueidade 48, que dispensa a tigela de centragem 54 dessa função de estanqueidade entre o braço radial 12 e o dispositivo motor 102, permite retomar os esforços transmitidos pela árvore secundária 49 pelo dispositivo motor 102 sozinho e aliviar assim o braço radial 112, sem que seja necessário reforçá-lo.

[00033] A lubrificação dispositivo pode ser feita da seguinte forma. O óleo original o gajo do bloco motor 102 é injetado em um conduto da árvore secundária 49, que é oco como o eixo primário 37. Chegando à extremidade da árvore secundária 49, o óleo penetra em perfurações 51 estabelecidas através da árvore primária 37 diante do mancal 38 e lubrifica este. Uma outra parte do óleo chega a perfurações 52 na extremidade da árvore secundária 49 e contribui para lubrificar as caneluras 50, atingindo uma câmera 53 circular situada diante delas. O óleo assim consumido chega na cavidade fechada, envolvendo a árvore de acionamento, onde ela não pode juntar o escoamento na máquina, nem se dispersar ao excesso e na qual será possível recuperá-lo.

[00034] Outras soluções são também possíveis para realizar a invenção, que pode, notadamente, ser utilizada em turbo-máquinas de fluxo simples.

[00035] Uma dessas soluções é assim representada por meio da figura 10. As luvas de conexão, que se consideraram até aqui como peças independentes, podem ser, na realidade, solidárias a outros elementos da ligação. É assim que o cárter, agora 314, pode comportar uma luva 334 que lhe é integrada, isto é, de uma peça com ela, e que se estende entre os dois veios do escoamento da mesma forma que a luva 34 da realização da figura 4, por exemplo.

[00036] Uma vantagem dessa concepção é que as juntas de estanqueidade que eram necessárias entre a luva 34 e o cárter 114 podem, no caso, ser omitidas. Esse modo de realização pode, por outro lado, ser idêntico ao precedente. Uma outra variante de realização é, todavia, considerável : o mancal, agora 338, alojado no mesmo local que o mancal 38 da realização precedente, pode ser um mancal liso, ao invés de um rolamento, conforme se representou até o presente. Essa liberdade de escolher o gênero do mancal se encontra, além disso, em todos os modos de realização da invenção.

Claims (12)

1. Dispositivo de árvore de acionamento de uma turbo- máquina, compreendendo, além da árvore (37, 49), um cárter (114, 214) circular, uma virola (111) circular que envolve o cárter, um braço radial (112) oco que liga o cárter à virola e atravessado pela árvore, que se estende também no cárter, um mancal (38) de suporte da árvore montada sobre um suporte fixado no cárter, o braço radial (112) sendo ligado ao cárter (114, 214) sem ser de uma peça com ele, o braço radial compreendendo uma bossagem (30) provida de uma perfuração, o dispositivo sendo caracterizado pelo fato de compreender uma luva (34, 235) de ligação do braço ao cárter, a bossagem e a luva serem ligadas por introdução uma na outra, a árvore se estender através da bossagem e da luva, uma junta (35) estabelecendo uma estanqueidade entre a luva e a bossagem, e o mancal sendo montado na luva.

2. Dispositivo de árvore de acionamento de uma turbo- máquina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a luva ser de uma peça com o cárter.

3. Dispositivo de árvore de acionamento de uma turbo- máquina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a luva ser ligada a uma bossagem do cárter, a bossagem do cárter ser provida de uma perfuração através da qual a árvore se estende, a bossagem do cárter e a luva serem introduzidas uma na outra, e uma junta estabelecer uma estanqueidade entre a luva e a bossagem do cárter.

4. Dispositivo de árvore de acionamento de uma turbo- máquina, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de o braço radial (112) ser também ligado à virola (111) sem ser de uma peça com ela, o braço radial e a virola compreenderem outras bossagens (44, 46) providas de perfurações (45, 47) em prolongamento e o dispositivo compreender uma outra luva de conexão (48), ligando a virola ao braço, sendo encaixada nas perfurações dessas bossagens, outras juntas (35) estabelecendo uma estanqueidade entre a outra luva e cada uma das perfurações dessas outras bossagens, a árvore atravessando essa outra luva.

5. Dispositivo de árvore de acionamento de uma turbo- máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de o mancal ser retido contra rebordos opostos da luva e da árvore por porcas (39, 40) respectivamente parafusadas sobra a árvore e na luva.

6. Dispositivo de árvore de acionamento de uma turbo- máquina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a luva (34) se estender através do cárter (114) de um raio externo a um raio interno, e o cárter compreender uma segunda bossagem (32) perfurada em prolongamento dessa bossagem (30), a luva (34) sendo encaixada através dessas bossagens, uma junta (35) de estanqueidade sendo disposta entre a segunda bossagem e a luva.

7. Dispositivo de árvore de acionamento de uma turbo- máquina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o cárter compreender uma luva de cárter (234) fabricada em uma peça com ele e que prolonga a perfuração (31) da bossagem (30) do cárter e uma perfuração (33) de uma segunda bossagem (32), essa bossagem e essa segunda bossagem sendo de um raio externo e de um raio interno do cárter, e a luva (275) encaixada na luva do cárter (234).

8. Dispositivo de árvore de acionamento de uma turbo- máquina, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de o cárter ser um cárter intermediário que separa dois veios (6, 7) concêntricos de escoamento de gás, o braço radial (112) atravessar um veio secundário externo, e a segunda bossagem (32) se estender até um outro braço radial (115) que atravessa um veio primário interno.

9. Dispositivo de árvore de acionamento de uma turbo- máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de compreender um conduto de lubrificação aberto na árvore, perfurações (51) atravessando a árvore do conduto ao mancal (35) e a árvore ser composta de duas partes (38, 49) unidas por caneluras (50), e perfurações (52) atravessarem a árvore do conduto a uma câmera circular (53) sobre a qual dão as caneluras.

10. Dispositivo de árvore de acionamento de uma turbo- máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de a árvore ser inclinada em direção axial da turbo-máquina e o braço radial (112) ser também inclinado na direção axial, sendo constantemente adjacente a uma borda traseira do braço radial.

11. Turbo-máquina, caracterizada pelo fato de compreender um dispositivo, como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes.

12. Aeronave, caracterizada pelo fato de compreender uma turbo-máquina, como definido na reivindicação 11

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