BR112014011136B1 - roda de pás para uma turbomáquina e turbomáquina - Google Patents

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Abstract

RODA DE PÁS PARA UMA TURBOMÁQUINA A invenção se refere a uma roda de pás para uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, que compreende um disco (50) de rotor que compreende em sua periferia externa nervuras (14) que delimitam alvéolos (18) de montagem axial e de retenção radial de pés de pás. Um spoiler anular (48) compreende um rebordo anular (52) que se estende axialmente para a jusante e radialmente no interior de meios de retenção radial (70) formados salientes axialmente sobre a face a montante do disco (50), e meios de estanqueidade (84) são dispostos radialmente no interior do spoiler anular (48) e das extremidades a montante das plataformas das pás.

Description

[0001] A presente invenção se refere a uma roda de pás para uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião.
[0002] Classicamente, uma roda de pás, por exemplo, de uma turbina de baixa pressão, compreende um disco de rotor do qual a periferia externa compreende nervuras que delimitam alvéolos de montagem axial e de retenção radial de pés de pás. As pás são formadas com plataformas dispostas circunferencialmente lado a lado e que delimitam interiormente um percurso anular de escoamento de fluido.
[0003] As pás compreendem por outro lado spoilers anulares que se estendem substancialmente axialmente para a montante ao nível das plataformas para limitar a passagem de fluido para fora do percurso anular de escoamento.
[0004] As pás feitas de metal são realizadas em uma só peça por fundição, os spoilers sendo formados com as plataformas e os pés das pás.
[0005] A fabricação das pás por fundição permite boas tolerâncias dimensionais, quer dizer pelas que têm dimensões precisas que correspondem substancialmente às especificações. Essas pás têm, no entanto, uma massa grande.
[0006] A fim de corrigir esse inconveniente, foi proposto realizar a totalidade ou parte das pás em material compósito de matriz cerâmica (CMC). As tolerâncias de fabricação das pás feitas de CMC são, entretanto, superiores àquelas das pás metálicas realizadas por fundição. Além disso, a fabricação das pás em CMC é complexa, pois ela recorrer a uma tecedura e necessita que sejam formadas sobre a pá ao nível da plataforma duas camadas de textura das quais uma constitui uma superfície que delimita o percurso de escoamento e o spoiler e das quais a outra serve para a antibáscula da pá e para o recobrimento a jusante.
[0007] Em seu pedido FR1054163, a requerente já propôs realizar o spoiler sob a forma de uma peça adaptada a fim de simplificar a fabricação das pás feitas de CMC. Meios de estanqueidade são dispostos entre o spoiler e as plataformas das pás para evitar os vazamentos ao mesmo tempo em que levam em consideração as tolerâncias de fabricação das pás feitas de CMC.
[0008] Nessa configuração, por ocasião do funcionamento da turbomáquina, o spoiler é centrifugado para o exterior e vem se apoiar nas extremidades a montante das plataformas das pás, o que leva a um aumento dos esforços radiais aplicados às pás.
[0009] A invenção tem notadamente como objetivo trazer uma solução simples, eficaz e econômica para esse problema.
[0010] Com essa finalidade, ela propõe uma roda de pás para uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, que compreende um disco de rotor que compreende em sua periferia externa nervuras que delimitam alvéolos de montagem axial e de retenção radial de pés de pás, as pás compreendendo plataformas dispostas circunferencialmente ponta com ponta para delimitar um percurso anular de escoamento de um fluxo de ar, um spoiler anular que se estende substancialmente axialmente para a montante sendo adaptado sobre uma face a montante do disco para limitar a passagem de ar para fora do percurso anular de escoamento, meios de estanqueidade sendo previstos entre o spoiler anular e as extremidades a montante das plataformas das pás, caracterizada pelo fato de que o spoiler anular compreende um rebordo anular que se estende axialmente para a jusante e radialmente no interior de meios de retenção radial do spoiler anular sobre o disco, esses meios de retenção sendo formados salientes axialmente sobre a face a montante do disco, os meios de estanqueidade sendo dispostos radialmente no interior do spoiler anular e das extremidades a montante das plataformas das pás.
[0011] Os meios de retenção radial do spoiler anular formados sobre o disco evitam em funcionamento que as extremidades a montante das pás sejam submetidas a esforços radiais suplementares devidos à centrifugação do spoiler anular.
[0012] O spoiler pode ter uma forma anular contínua em 360°. Ele pode também se apresentar sob a forma de vários setores distintos dispostos ponta com ponta formando assim um anel, o que permite compensar bem as dilatações diferenciais entre o disco e o spoiler.
[0013] De acordo com uma característica da invenção, os meios de retenção radial são formados nas extremidades a montante e radialmente externas das nervuras do disco.
[0014] De acordo com uma outra característica da invenção, o rebordo anular do spoiler compreende uma parede substancialmente cilíndrica apoiada radialmente para o exterior sobre os meios de retenção radial e ligada em sua extremidade a jusante a uma parede anular radial.
[0015] De acordo com mais uma outra característica da invenção, espigas são formadas salientes axialmente sobre a face a montante do disco, substancialmente na base das nervuras do disco e em frente à extremidade radialmente interna do rebordo anular radial do spoiler.
[0016] Na montagem do spoiler sobre o disco assim como na paralisação da turbomáquina, as espigas asseguram um posicionamento e uma retenção radial do spoiler anular sobre a face a montante do disco. Dessa maneira, os meios de estanqueidade são corretamente posicionados em relação ao spoiler e às extremidades a montante das plataformas.
[0017] Vantajosamente, a parede anular radial do rebordo do spoiler compreende pelo menos um dedo antirrotação que é saliente radialmente para o interior e introduzido circunferencialmente entre duas espigas consecutivas, o que permite garantir um bloqueio em rotação do spoiler anular sobre o disco.
[0018] De acordo com uma característica da invenção, o spoiler anular compreende uma canelura anular aberta para a jusante para o alojamento dos meios de estanqueidade, essa canelura sendo delimitada interiormente pela parede cilíndrica e exteriormente por uma parede anular troncônica de seção que aumenta na direção de a jusante.
[0019] Em uma realização especial da invenção, os meios de estanqueidade compreendem uma junta anular intercalada radialmente entre a parede troncônica e os meios de retenção radial salientes sobre a face a montante do disco, a dita junta sendo própria para se deslocar radialmente para o exterior por efeito centrífugo por ocasião da rotação da roda de pás e para se aplicar contra a parede troncônica e as extremidades a montante das plataformas.
[0020] A junta é móvel radialmente em relação ao spoiler, o que permite por efeito centrífugo que a junta venha corretamente se aplicar contra a parede troncônica e as extremidades a montante das plataformas.
[0021] Preferencialmente, a junta anular tem uma seção substancialmente triangular e compreende uma face troncônica destinada a entrar em contato com a parede troncônica do spoiler e uma face substancialmente radial destinada a vir se apoiar axialmente sobre uma face radial das extremidades a montante das plataformas das pás.
[0022] De acordo com uma outra característica da invenção, o spoiler anular é apertado axialmente sobre o disco de rotor por um flange a montante fixado ao disco de rotor.
[0023] De modo conhecido, a extremidade interna do flange leva rebordos que formam uma junta de labirinto por operação conjunta com um bloco abrasível de um distribuidor fixo disposto a montante.
[0024] No modo de realização preferido da invenção, as pás são realizadas em material compósito de matriz cerâmica (CMC).
[0025] A invenção também se refere a uma turbomáquina tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, que compreende pelo menos uma roda de pás tal como descrita acima, em especial em uma turbina de baixa pressão.
[0026] Outras vantagens e características da invenção aparecerão com a leitura da descrição seguinte feita a título de exemplo não limitativo e em referência aos desenhos anexos nos quais: - a figura 1 é uma vista em perspectiva de uma parte de uma roda de pás de acordo com a técnica anterior; - a figura 2 é uma vista esquemática em corte axial de uma roda de pás de acordo com a invenção; - a figura 3 é uma vista esquemática em perspectiva do spoiler anular de acordo com a invenção; - a figura 4 é uma vista esquemática em perspectiva a partir de a montante do spoiler anular de acordo com a invenção; - a figura 5 é uma vista esquemática em corte axial da zona delimitada em pontilhados na figura 2.
[0027] A figura 1 representa uma roda de pás 10 descrita no documento FR1054163. A roda de pás 10 compreende um disco 12 de rotor do qual a periferia externa compreende nervuras 14 que delimitam alvéolos 16 em cauda de andorinha para a montagem axial e a retenção radial de pés de pás 18 (figuras 3 e 4). As extremidades a jusante das nervuras 14 são providas de ganchos 20 voltados radialmente para o interior. Os topos das nervuras 14 são substancialmente planos.
[0028] O disco 12 de turbina é também provido de um rebordo cilíndrico 22 que se estende axialmente para a jusante em uma zona situada radialmente entre o fundo dos alvéolos 16 e a periferia interna do disco 12. Uma canelura 24 situada radialmente substancialmente em frente aos ganchos 20 é formada nesse rebordo 22. A canelura 24 e os ganchos 20 servem para a fixação de meios de bloqueio axiais (não representados) dos pés 18 das pás.
[0029] As pás 26 compreendem lâminas 28 que se estendem radialmente e plataformas 30 que delimitam interiormente um percurso anular de escoamento de fluido, formadas na base das lâminas 28 e que são ligadas aos pés 18 das pás 26.
[0030] As plataformas 30 compreendem uma parte central 32 oblíqua em relação à direção axial, prolongada por uma parte a montante 34 recurvada radialmente para o interior.
[0031] As plataformas 30 das pás 26 são dispostas lado a lado e meios são previstos para assegurar a estanqueidade entre suas bordas laterais confrontantes circunferenciais.
[0032] A roda de pás 10 compreende um spoiler anular 36 metálico adaptado sobre a face a montante do disco 12 de rotor na periferia externa desse disco 12. Esse spoiler 36 compreende uma parede cilíndrica 38 que se estende substancialmente axialmente para a montante ao nível das extremidades a montante das plataformas 30 e que é destinado a limitar a passagem de fluido para fora do percurso anular de escoamento. Esse spoiler 36 compreende também uma parede anular 40 que se estende substancialmente radialmente, destinada a vir se apoiar contra a face a montante do disco 12 de rotor. Meios de estanqueidade 42 são previstos entre o spoiler 36 e as extremidades a montante das plataformas 30 das pás 26.
[0033] Esses meios de estanqueidade compreendem uma junta tórica 42 montada em uma canelura 44 do spoiler 36 que compreende uma parede troncônica 46 de seção que aumenta para a jusante, de modo a que a junta seja pressionada de a montante para a jusante contra as bordas a montante 34 das plataformas 30.
[0034] Por ocasião do funcionamento da turbomáquina, o spoiler 36 é centrifugado para o exterior e vem se apoiar por intermédio da junta 42 sobre as bordas a montante 34 das plataformas 30, o que aumenta os esforços radiais aplicados às pás 26.
[0035] A invenção traz uma solução para esse problema com o auxílio de um spoiler 48 que é, em funcionamento, apoiado radialmente para o exterior sobre meios de retenção radial formados salientes sobre a face a montante do disco 50.
[0036] No modo de realização representado, o spoiler 48 compreende um rebordo anular 52 que compreende uma parede substancialmente cilíndrica 54 ligada em sua extremidade a jusante a uma parede anular 56 que se estende radialmente para o interior (figuras 2 e 3). A parede anular radial 56 compreende pelo menos um dedo de antirrotação 58 que é saliente radialmente para o interior (figura 4). O spoiler 48 compreende também uma segunda parede cilíndrica 60 que se estende axialmente para a montante entre duas partes anulares fixas 62, 64 de um distribuidor 66 disposto a montante de maneira a limitar a passagem de ar para fora do percurso anular de escoamento (figuras 2 e 5).
[0037] A parede cilíndrica 54 do rebordo anular 52 do spoiler 48 delimita, com uma parede troncônica 68 de seção que aumenta para a jusante, uma canelura anular aberta para a jusante.
[0038] Os meios de retenção radial compreendem abas 70 formadas nas extremidades a montante e radialmente externas das nervuras 14 do disco 50. Essas abas 70 estão em sobre-espessura sobre as nervuras 14 do disco 50 e se estendem salientes axialmente sobre a face a montante do disco 50. Cada nervura 14 do disco 50 compreende uma espiga 72 formada substancialmente na base da nervura e em frente à extremidade radialmente interna da parede anular radial 56 do rebordo anular 52 do spoiler 48.
[0039] Quando o spoiler 48 é introduzido axialmente para a jusante sobre a face a montante do disco 50, o rebordo anular 52 vem se alojar entre as abas 70 e as espigas 72 salientes sobre a face a montante do disco 50, o que realiza um posicionamento do spoiler 48 sobre o disco 50. Em funcionamento, a retenção radial do spoiler 48 é assegurada pelas abas 70 do disco 50 e não mais pelas bordas a montante 74 das plataformas, o que permite reduzir os esforços radiais aplicados às pás. Além disso, o dedo 58 da parede anular radial 56 vem se alojar circunferencialmente entre duas espigas 72 consecutivas do disco 50, o que assegura um bloqueio em rotação do spoiler 48 sobre o disco 50.
[0040] O spoiler 48 é apertado sobre a face a montante do disco 50 de rotor por um flange 76 fixado por aparafusamento sobre um flange radial 78 do disco 50. O flange 76 leva em sua extremidade interna rebordos 80 que formam uma junta de labirinto com um bloco abrasível 82 do distribuidor 66 (figura 2).
[0041] Meios de estanqueidade 84 são intercalados entre as abas 70 das nervuras 14 do disco 50 e a parede troncônica 68 do spoiler 48.
[0042] No modo de realização representado, os meios de estanqueidade compreendem uma junta anular 84 de seção substancialmente triangular da qual uma face troncônica 86 é posicionada substancialmente em frente radialmente à parede troncônica 68 do spoiler 48 e da qual uma outra face radial 88 é posicionada em frente às faces radiais correspondentes das bordas a montante 74 das plataformas.
[0043] Por ocasião do funcionamento da turbomáquina, a junta 84 se desloca ao longo da parede troncônica 68 sob o efeito da força centrífuga, até vir se aplicar contra as bordas a montante 74 das plataformas (figuras 3 e 5).
[0044] A junta 84 é suficientemente deformável para compensar as tolerâncias dimensionais devidas ao processo de fabricação das pás feitas de CMC.
[0045] A junta pode também ser fendida de maneira a facilitar sua expansão sob o efeito da força centrífuga.
[0046] A borda a montante 74 de cada plataforma compreende um dente 90 que se estende substancialmente radialmente para o interior e que é formado em uma parte substancialmente mediana da borda 74 da plataforma. Por ocasião da montagem axial dos pés de pás 18 nos alvéolos 16, os dentes 90 das plataformas são introduzidos cada um deles axialmente entre duas abas 70 consecutivas do disco 50. Cada borda a montante de uma plataforma compreende duas partes laterais 92 de um lado e de outro do dente 90 da plataforma e que são posicionadas radialmente em frente a uma aba 70 do disco 50 com uma folga predeterminada. Essas partes laterais 92 são destinadas a vir se apoiar sobre as abas 70 do disco 50 para limitar o basculamento das pás na direção circunferencial (figura 3).
[0047] Quando o spoiler 48 é setorizado, cada setor de spoiler pode compreender um dedo 58 de antirrotação que opera circunferencialmente com espigas 72 do disco 50.

Claims (11)

1. Roda de pás para uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, que compreende um disco (50) de rotor que compreende em sua periferia externa nervuras (14) que delimitam alvéolos (18) de montagem axial e de retenção radial de pés de pás, as pás compreendendo plataformas dispostas circunferencialmente ponta com ponta para delimitar um percurso anular de escoamento de um fluxo de ar, um spoiler anular (48) que se estende substancialmente axialmente para a montante sendo formado sobre uma face a montante do disco (50) para limitar a passagem de ar fora do percurso anular, meios de estanqueidade (84) sendo previstos entre o spoiler anular (48) e as extremidades a montante das plataformas das pás, caracterizadapelo fato de que o spoiler anular (48) compreende um rebordo anular (52) que se estende axialmente para a jusante e radialmente no interior de meios de retenção radial (70) do spoiler anular (48) sobre o disco (50), esses meios de retenção (70) sendo formados salientes axialmente sobre a face a montante do disco (50), os meios de estanqueidade (84) sendo dispostos radialmente no interior do spoiler anular (48) e das extremidades a montante das plataformas das pás.
2. Roda de pás de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que os meios de retenção radial (70) são formados nas extremidades a montante e radialmente externas das nervuras (14) do disco (50).
3. Roda de pás de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadapelo fato de que o rebordo anular (52) do spoiler (48) compreende uma parede substancialmente cilíndrica (54) apoiada radialmente para o exterior sobre os meios de retenção radial (70) e ligada em sua extremidade a jusante a uma parede anular radial (56).
4. Roda de pás de acordo com a reivindicação 3, caracterizadapelo fato de que espigas (72) são formadas salientes axialmente sobre a face a montante do disco (50), substancialmente na base das nervuras (14) do disco (50) e em frente à extremidade radialmente interna do rebordo anular radial (52) do spoiler (48).
5. Roda de pás de acordo com a reivindicação 4, caracterizadapelo fato de que a parede anular radial (56) do rebordo (52) do spoiler (48) compreende pelo menos um dedo antirrotação (58) que é saliente radialmente para o interior e engatado circunferencialmente entre duas espigas (72) consecutivas.
6. Roda de pás de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizada pelo fato de que o spoiler anular (48) compreende uma canelura anular aberta para a jusante para o alojamento dos meios de estanqueidade, essa canelura sendo delimitada internamente pela parede cilíndrica (54) e externamente por uma parede anular troncônica (68) de seção que aumenta para a jusante.
7. Roda de pás de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que os meios de estanqueidade compreendem uma junta anular (84) intercalada radialmente entre a parede troncônica (68) e os meios de retenção radial (70) salientes sobre a face a montante do disco, a dita junta (84) sendo própria para se deslocar radialmente para o exterior por efeito centrífugo por ocasião da rotação da roda de pás e para se aplicar contra a parede troncônica (68) e as extremidades a montante das plataformas.
8. Roda de pás de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a junta (84) anular tem uma seção substancialmente triangular e compreende uma face troncônica (86) destinada a entrar em contato com a parede troncônica (68) do spoiler (48) e uma face (88) substancialmente radial destinada a se apoiar axialmente sobre uma face radial das extremidades a montante das plataformas das pás.
9. Roda de pás de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o spoiler anular (48) é apertado axialmente sobre o disco (50) de rotor por um flange a montante (46) fixado ao disco de rotor.
10. Roda de pás de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que as pás são realizadas em material compósito de matriz cerâmica.
11. Turbomáquina tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos uma roda de pás conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, em especial em uma turbina de baixa pressão.
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