BR112014013673B1

BR112014013673B1 - Motor de turbina compreendendo câmara de óleo

Info

Publication number: BR112014013673B1
Application number: BR112014013673-4A
Authority: BR
Inventors: Dominik Igel; Delphine Leroux
Original assignee: Snecma
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2021-10-05
Also published as: BR112014013673A2; JP2015505930A; CA2858158A1; CN103975131B; BR112014013673A8; CA2858158C; US20140334913A1; RU2014124339A; US9982551B2; EP2788588B1; RU2607200C2; FR2983908B1; WO2013083917A1; JP6014679B2; CN103975131A; EP2788588A1; FR2983908A1

Abstract

sistema de vedação de uma câmara de óleo de um volume exterior . um sistema para vedar uma câmara de óleo a partir de um volume exterior adjacente e um motor turbo, providos com tal sistema de vedação. de acordo com a invenção, o sistema para vedar a câmara de óleo (1, v1) a partir do volume exterior adjacente (v2), ambos sendo delimitados por um rotor móvel em rotação (5) em torno de um eixo (l-l) e uma parte fixa ou móvel (7) inclui uma primeira vedação (10a) colocada entre o rotor (5) e a parte (7); uma segunda vedação (10b) que é montada entre o rotor (5) e a parte (7) e o qual é deslocado no sentido longitudinal em relação à primeira vedação (10a), de maneira a formar com a primeira câmara uma câmara de vedação (12) delimitada pelo rotor (5), a parte (7) e as duas vedações (10a, 10b); e dispositivos (13) para suprimento de gás (g) para a câmara de vedação (12) tal que o gás (g) possa ser comprimido quando o rotor (5) começar a girar, a câmara se comunicando com a câmara de óleo e/ou com o volume exterior adjacente, através da primeira e da segunda vedações, respectivamente.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um sistema para fornecer uma vedação entre dois volumes sujeitos a pressões diferentes e situados em torno de uma peça rotativa, e também um motor de turbina equipado com tal sistema de vedação.

[0002] Em particular, a presente invenção é particularmente bem adaptada, embora não exclusivamente, a problemas de vedação encontrados em um motor de turbina, em especial um turbomotor para uma aeronave.

[0003] Tal turbomotor, geralmente é composto por, a partir de montante para jusante na direção do fluxo dos gases, um ventilador, um ou mais de um estágio de compressor, por exemplo, um compressor de baixa pressão e um compressor de alta pressão, uma câmara de combustão, um ou mais de um estágio de turbina, por exemplo, uma turbina de alta pressão e uma turbina de baixa pressão e uma tubulação de exaustão de gás. Uma turbina pode corresponder a cada compressor, sendo as duas sendo conectadas por uma parte, formando, assim, por exemplo, um corpo de alta pressão e um corpo de baixa pressão.

[0004] O motor turbojato tem câmaras com rolamento contendo unidades de rolamento e unidades de engrenagem lubrificadas a óleo. O óleo jogado fora por essas peças em rotação forma uma névoa de gotículas em suspensão no volume correspondente à câmara de rolamento (a seguir designadas como câmaras de óleo na medida em que contém uma suspensão de gotículas de óleo).

[0005] As câmaras de óleo podem ser formadas e delimitados por superfícies da estrutura fixa do motor turbojato, mas também por superfícies de elementos rotativos . As câmaras de óleo devem reter o óleo dentro delas e é por este motivo que a junta entre os elementos fixos e os elementos rotativos de uma câmara de óleo é um problema particularmente difícil, pois ela envolve evitar qualquer vazamento de óleo nos volumes anulares externos adjacentes às ditas câmaras de óleo.

[0006] Além disso, de uma maneira conhecida, a vedação de tal câmara de óleocomposta por um ou mais do que um rolamento, dispostos entre o corpo de alta pressão e o corpo de baixa pressão ou uma parte fixa do turbomotor, pode ser produzida utilizando uma vedação tipo labirinto, uma vedação de carbono anular ou qualquer outro tipo de vedação. Um determinado nível de pressão deve ser provido a montante da vedação, a fim de criar um fluxo de gás na direção da câmara, esses gases se opondo ao escorrimento do óleo através daquela vedação. A diferença de pressão é definida de tal forma a ser suficiente quando o turbomotor está em velocidade de marcha lenta, o que exige a remoção do gás em fases a jusante do compressor de baixa pressão ou do compressor de alta pressão.

[0007] No entanto, a remoção de gás em tais fases a jusante, resulta particularmente nas seguintes duas desvantagens:- a alta temperatura dos gases leva ao envelhecimento acelerado do óleo na câmara, o que não pode ser satisfatório; e- a eficiência do turbomotor é sensivelmente reduzida.

[0008] O objetivo da presente invenção é melhorar a vedação entre uma câmara de óleo de um motor de turbina e o volume anular exterior vizinho, sem comprometer a eficiência da turbina do motor, ou sem fazer com que o óleo envelheça prematuramente.

[0009] Com esse objetivo, de acordo com a invenção, o sistema de vedação de uma câmara de óleo de um volume exterior adjacente, que são delimitadas por um rotor móvel em rotação em torno de um eixo e partes fixas ou móveis, dito sistema composto por uma primeira vedação colocada entre dito rotor e dita parte, é distinta pelo fato de ter:- uma segunda vedação que está sendo montada entre o rotor e a peça e a qual é deslocada no sentido longitudinal em relação à primeira vedação, assim como para formar com a primeira vedação uma câmara de vedação delimitada pelo rotor, a parte e as duas vedações;- e dispositivos para suprir a câmara de vedação com gás, de tal forma que o gás possa ser comprimido pela fixação do rotor em rotação, a câmara se comunicando com a câmara de óleo e/ou o volume exterior adjacente através, respectivamente, das primeira e segunda juntas separadas.

[0010] Assim, por força da invenção, a câmara de vedação definida entre a primeira e segunda vedações podem ser fornecidas com gás, o qual, durante a rotação do rotor, é comprimido sob o efeito da força centrífuga aplicada aos mesmos. Assim, a pressão existente na câmara de vedação torna-se maior do que a pressão existente na câmara de óleo e o volume exterior adjacente, respectivamente, o que evita que o óleo na câmara de passe através de uma ou outra das duas vedações, de forma a sair do volume externo para a câmara. Em outras palavras, a vedação da câmara de óleo é fornecida, em primeiro lugar, pela presença de um par de vedações e, em segundo lugar, por pressurização do gás que ainda resta na câmara de vedação, estimulando o fluxo do gás para a câmara de óleo, ao mesmo tempo em que impede que o óleo de entre na câmara de vedação. O efeito combinado do par de vedações e de pressurização do gás, portanto, faz com que seja possível obter uma excelente vedação, mesmo moderada durante a rotação do rotor (que corresponde, por exemplo, à marcha lenta de um motor de turbina) e sem consumo adicional de óleo (perdas de óleo sendo inexistentes, ou quase inexistentes).

[0011] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os dispositivos de suprimento estão providos, pelo menos em parte, no rotor.

[0012] Preferencialmente, os dispositivos de suprimento são compostos pelo menos por um canal que é feito no rotor e que leva à câmara de vedação.

[0013] Além disso, pelo menos uma parte do dito canal pode ser inclinado em relação ao eixo do rotor e/ou pertence a um plano transversal ao eixo do rotor (no qual dita porção pode ser inclinada tangencialmente) de modo que o gás sai da câmara de vedação em uma direção ortogonal ao dito eixo do rotor.

[0014] Vantajosamente, ditos dispositivos de suprimento compreendem uma pluralidade de canais, que são distribuídos regularmente sobre o eixo do rotor e que levam a dita câmara de vedação, para supri-la uniformemente com gás.

[0015] Além disso, a primeira e a segunda juntas, de preferência anulares, podem ser montadas no rotor.

[0016] A presente invenção refere-se também a um motor de turbina, em especial um turbomotor de uma aeronave, compreendendo pelo menos uma câmara de óleo e um volume exterior adjacente que são delimitados por um rotor móvel em rotação em torno de um eixo e uma parte fixa ou móvel. De acordo com a invenção, dito motor de turbina é composto por, pelo menos, um sistema como descrito acima, capaz de fornecer uma vedação entre a câmara de óleo e o volume exterior adjacente.

[0017] Além disso, o gás que alimenta a câmara de vedação do dito sistema é tomado a montante de um estágio da turbina do motor (por exemplo, de uma ventoinha, um compressor de baixa pressão, etc.) ou do exterior do dito motor de turbina.

[0018] Assim, a temperatura do gás injetado na câmara de vedação continua baixa, o que impede qualquer deterioração acelerada do óleo presente na câmara de óleo quando ele está em contato com o gás.

[0019] Além disso, o rotor do motor da turbina preferencialmente corresponde a um corpo associado a uma alta pressão de turbina.

[0020] Além disso, dita parte pode ser:- fixa e corresponde, neste caso, ao estator do motor de turbina. Nesta configuração, a câmara de óleo pode ser composta por, pelo menos, um rolamento definido entre a parte fixa (ou seja, o estator) e o rotor (correspondente ao corpo associado com a turbina a alta-pressão);- ou móvel e, neste caso, corresponde a um corpo associado com uma turbina a baixa pressão. Nesta outra configuração, a câmara de óleo pode ter pelo menos um rolamento de entre-eixo, que é definido entre a parte móvel (ou seja, o corpo associada à turbina a baixa pressão) e o rotor (correspondente ao corpo associada à turbina a alta-pressão).

[0021] O único desenho anexado vai dar um entendimento claro sobre como a invenção pode ser configurada. Neste desenho, numerais de referencia idênticos designam elementos semelhantes.

[0022] A Fig. 1 é um diagrama ilustrativo, em secção transversal axial parcial, de uma câmara de óleo de um turbomotor de uma aeronave, a qual é vedada por um sistema de vedação de acordo com a presente invenção.

[0023] Na Fig. 1, uma câmara de óleo 1 de um turbomotor de uma aeronave 2 de acordo com a invenção foi mostrado no diagrama.

[0024] O turbomotor 2 tem, de uma maneira conhecida, um ventilador, um compressor de baixa pressão, um compressor de alta pressão, uma câmara de combustão, uma turbina de alta pressão 3, uma turbina de baixa pressão e um tubo de escape. O compressor de alta pressão e a turbina de alta pressão 3 são conectados um ao outro por um tambor que se estende em uma direção a montante através de um invólucro e juntos eles formam um corpo de alta pressão 5. O compressor de baixa pressão e a turbina de baixa pressão são ligados por um eixo de baixa pressão 6 e, com isso, eles formam um corpo de baixa pressão 7.

[0025] O motor turbojato 2 tem membros estáticos (ou fixos) e membros rotativos , formando os diferentes elementos funcionais acima, de uma maneira conhecida. Em geral, se estende ao longo de um eixo L-L, que é o eixo de rotação de seus membros de rotação e em particular o eixo do eixo de baixa-pressão 6 e do invólucro. No restante da descrição, os conceitos de longitudinal, radial, interior e exterior são em relação a esse eixo L-L.

[0026] Além disso, o motor turbojato 2 tem câmaras de óleo (ou câmaras de rolamento), incluindo a câmara de óleo à jusante 1 mostrada na Fig. 1, que tem um rolamento 8 equipado com rolos de rolamento 9, a fim de proporcionar a conexão rotativa entre o corpo de alta pressão 5 e o corpo de baixa pressão 7.

[0027] A invenção será agora descrito, como um exemplo ilustrativo, em relação à câmara de óleo 1, mas é evidente que ela se aplica a qualquer outra câmara que contenha ou acomode os membros com uma névoa de óleo para lubrifica-los.

[0028] A câmara de óleo 1 define um volume interior anular V1 através das superfícies dos membros e dos membros rotativos. Isso é, em particular, delimitado, no seu lado interior, por uma parte do corpo de alta-pressão 5 e, do lado externo, por uma porção do corpo de baixa pressão 7 (parcialmente ilustrado) rigidamente conectado ao eixo de baixa pressão 6.

[0029] Além disso, um volume anular V2, colocado fora da câmara 1 do lado a montante da mesma, também é definido por uma porção do corpo de alta pressão 5, na parte interno e a montante, e por uma parte do corpo de baixa pressão 7, no lado à jusante.

[0030] De acordo com a invenção, conforme a Fig . 1 mostra, a fim de vedar o óleo entre os dois volumes anulares V1 e V2, e evitar que o óleo (que permite que os rolamentos sejam lubrificados) entre em contato com as partes quentes, o turbomotor 2, é composto por duas vedações de carbono anulares 10A e 10B, que são ajustadas ao mancal 11 do corpo de alta-pressão 5, a fim de ser colocada entre dito corpo de alta pressão e o corpo de baixa pressão 7. As vedações 10A e 10B são espaçadas longitudinalmente uma da outra por uma distância de separação predefinida.

[0031] É claro que, tal como uma variante, o par de vedações pode ter vedações de labirinto juntas, vedações de escova, ou qualquer outro tipo de vedação a ser instalada entre os dois volumes anulares.

[0032] Assim, o volume anular delimitado pelo mancal 11, o corpo a baixa pressão 7 e o par de vedações 10A e 10B constituem uma câmara de vedação 12.

[0033] Além disso, no exemplo, canais 13 são fornecidos na espessura do mancal 11 e são alimentados por gás que circula, a partir da fonte a partir da qual é tirado, entre a manga e o eixo de baixa pressão 6. Os canais 13 levam para a câmara de vedação 12, a fim de ser capaz de supri-la com gás (o gás sendo simbolizado pela seta G na Fig. 1).

[0034] O tamanho e o número dos canais 13 são ajustados de acordo com a vedação desejada e o tamanho do turbomotor 2.

[0035] Preferencialmente, onde os canais 13 têm uma secção transversal circular, seu diâmetro é incluído na faixa entre 3 mm e 10 mm, para um número de canais 13 incluídos na faixa entre 10 e 40.

[0036] O gás G introduzido através dos canais 13 na câmara de vedação 12 podem, assim, ser tomadas na via de saída do ventilador ou do compressor de baixa pressão do turbomotor 2 ou de fora do turbomotor 2 (o gás tomado é, em último caso , ar ambiente), a temperatura do gás G restringindo o envelhecimento prematuro do óleo.

[0037] Preferencialmente, os canais de abastecimento 13 são distribuídos regularmente, em torno do eixo longitudinal L-L, ao longo da circunferência do mancal 11. Não é necessário dizer que qualquer outra disposição dos canais de abastecimento poderia ser prevista, por exemplo, através de duas circunferências paralelas ao mancal 11.

[0038] No exemplo mostrado na Fig. 1, a parte à jusante dos canais de abastecimento 13, provida no mancal 11, está inclinada em uma direção à jusante relativa ao eixo L-L do turbomotor 2. É claro que poderia ser previsto que a parte à jusante dos ditos canais é ortogonal ao eixo longitudinal L-L.

[0039] Assim, a câmara de vedação 12 pode receber, durante o funcionamento do motor turbo eixo 2, o gás G originário do ventilador (ou do compressor de baixa pressão). A rotação do corpo de alta pressão 6 vai levar à compressão do gás G restante na câmara de vedação 12, sob o efeito da força centrífuga sendo aplicada ao gás G.

[0040] Desta forma, a pressão dentro da câmara 12 torna-se maior do que a pressão no interior da câmara de óleo 1 e no volume exterior V2, assim evitando que o óleo da câmara 1 passe por qualquer uma das duas vedações 10A e 10B a fim de vir para fora no exterior volume V2.

[0041] Em outras palavras, o par de vedações 10A e 10B e a pressão restante na câmara de vedação 12 levam um fluxo de gás G da câmara de vedação em direção à câmara de óleo 1 e ao volume exterior V2, ao mesmo tempo em que impede entrada de óleo na dita câmara 12 e, a fortiori, no volume V2. Tal vedação é garantida, mesmo em baixas velocidades de operação (tais como a marcha lenta), sem consumir maior quantidade de óleo.

Claims

1. Sistema de vedação de uma câmara de óleo (1, V1) a partir de um volume exterior adjacente (V2), que são delimitados por um rotor (5) móvel em rotação em torno de um eixo (L-L) e uma parte fixa ou móvel (7), dito sistema composto por uma primeira vedação (10A) colocada entre o rotor (5) e a parte (7), caracterizado pelo fato de que possui:- uma segunda vedação (10B) a qual é montada entre o rotor (5) e a parte (7) e que é deslocada no sentido longitudinal em relação à primeira vedação (10A), de maneira a formar com a primeira vedação uma câmara de vedação (12) delimitada pelo rotor (5), pela parte (7) e pelas duas vedações (10A e 10B); e- dispositivos (13) para suprir a câmara de vedação (12) com gás (G), de forma que o gás (G) possa ser comprimido por fixação do rotor (5) em rotação , a câmara se comunicando com a câmara de óleo e/ou com o volume exterior adjacente através, respectivamente, das primeira e segundas vedações sozinhas.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de suprimento (13) são providos, pelo menos em parte, no rotor (5).

3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de suprimento incluem pelo menos um canal (13) que é feito no rotor (5) e que leva à câmara de vedação (12).

4. Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte do dito canal (13) é inclinada no sentido longitudinal em relação ao eixo (L-L) do rotor (5) e/ou pertence a um plano transversal ao eixo (L-L) do dito rotor (5).

5. Sistema de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que ditos dispositivos de suprimento compreendem uma pluralidade de canais desse tipo (13), que são distribuídos regularmente sobre o eixo (L-L) do rotor (5) e que levam à dita câmara de vedação (12).

6. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda vedações (10A, 10B), de preferência anulares, são montadas no rotor (5).

7. Motor de turbina, incluindo um turbomotor de aeronave, compreendendo pelo menos uma câmara de óleo (1) e um volume exterior adjacente (V2) delimitado por um rotor (5) móvel em rotação em torno de um eixo (LL) e uma parte fixa ou móvel (7), caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um sistema (10A, 10B, 12, 13) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, capaz de fornecer uma vedação entre a câmara de óleo (1) e o volume exterior adjacente (V2).

8. Motor de turbina, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o gás (G) que alimenta a câmara de vedação (12) é retirado de um estágio a montante do motor de turbina ou do exterior do dito motor de turbina.

9. Motor de turbina, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que dita parte é fixa e corresponde ao estator do motor de turbina (2).

10. Motor de turbina, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que dita parte é móvel e corresponde a um corpo (7) associado à uma turbina de baixa pressão.