BR112014014612B1 - Montagem de palhetas guias de compressor para turbomáquina - Google Patents

Abstract

montagem de palhetas guias de compressor de turbomáquina. montagem setorizada de palhetas guias de compressor de máquinas turbo que compreende setores montados formando duas virolas concêntricas, uma externa e uma interna, entre as quais as palhetas são colocadas com os seus bordos de ataque e de fuga perto da face transversal das virolas e das quais, a virola externa é fornecida externamente com um dispositivo de fixação à uma carcaça externa que aloja ditos setores. vantajosamente, dito dispositivo de fixação é axialmente compensado a partir da face transversal traseira da virola, de forma que esteja localizado, em projeção, em alinhamento com as palhetas entre os bordos de ataque e de fuga das mesmas.

Description

[0001] A presente invenção refere-se às montagens de palhetas guias para compressores, em particular, compressores de alta pressão, projetados para turbomáquinas, tais como turborreatores para aeronaves.

[0002] Em geral, compressores para turborreator são compostos por uma pluralidade de estágios sucessivos, alinhados ao longo do eixo longitudinal do motor e compostos por estágios móveis, alternadamente, formando o rotor do compressor, as montagens da palhetas que aceleram o fluxo de gás desviando, em relação ao dito eixo, e estágios fixos formando o estator, as montagens de palhetas as quais transformam parcialmente a velocidade do fluxo sob pressão e o dito guia flui para o seguinte estágio móvel.

[0003] O estagio ou estágios finais do estator do compressor de alta pressão são montagens de palhetas guias setorizadas, que principalmente, depois de sucessivas montagens dos setores um após o outro em uma carcaça de alojamento externa, formam duas virolas concêntricas, uma externa e uma interna, entre as quais estão organizadas as palhetas da montagem de palhetas, através das quais o fluxo de gás, no estágio do fluxo de gás principal, passa em um motor de turbina de fluxo duplo. A virola externa é fornecida com meios de fixação como as abas de encaixe periféricas (de forma curvada), referido como dianteiro e traseiro de acordo com a direção do fluxo, para conectar a carcaça externa do estator do compressor, enquanto que a virola interna tem dispositivos de estanqueidade em seu exterior conectados com dispositivos de vedação para o referido rotor.

[0004] Em um turborreator, conjuntos de palhetas guias são peças que trabalham estaticamente (forças aerodinâmicas e forças mecânicas, passando através da carcaça externa) bem como dinamicamente (por exemplo, em relação às vibrações significativas durante as fases transitórias de operação do motor) e suas dimensões são definidas, portanto, antecipadamente, usando uma curva de Haig, que pode determinar a sua resistência mecânica e resistência à fadiga.

[0005] Usando esta curva, o estresse dinâmico máximo admissível em um ponto na peça em questão é, portanto, determinado por um determinado estresse estático nesse ponto. Além disso, é conhecido por experiência que o maior estresse dinâmico máximo possível é necessário a fim de ser capaz de tolerar maiores respostas vibratórias no motor.

[0006] No caso de montagens de palhetas guias fixas convencionais, a área de tensão estática máxima e a área de tensão dinâmica são localizadas no mesmo local na montagem de palhetas guias, ou seja, na parte traseira da virola externa cilíndrica formada pelos setores montados. Portanto, a tensão dinâmica admissível é bastante reduzida porque a tensão estática máxima situa-se no mesmo lugar, que limita as possibilidades de funcionamento da montagem de palhetas de guia e sua resistência à fadiga, em particular em velocidades de motor vibratório sustentadas.

[0007] Patente FR 2 945 331 pelo requerente revela uma solução para otimizar a tensão dinâmica, dita solução consiste em perfurar um buraco em forma de ferradura na parede cilíndrica da virola superior entre a aba traseira e o bordo de fuga de pelo menos algumas das palhetas que são soldadas na parede, a fim de fazer a virola mais "flexível" localmente. Isso permite que as tensões estáticas no raio da aba traseira curvada sejam consideravelmente reduzidas de forma a aumentar a tensão dinâmica máxima e empurrar até o limite de fadiga da montagem de palhetas guias em operação dinâmica.

[0008] Apesar de uma solução deste tipo ser permitida quando há espaço suficiente entre o bordo de fuga das palhetas e a aba periférica traseira da virola externa para perfurar o orifício, se esse espaço for insuficiente, a solução não é possível, como exigiria o orifício para também ser perfurado através da aba traseira para poder passar através da parede da virola. Essa solução enfraqueceria demais a montagem de palhetas guias e, portanto, seria inadequada para este tipo de montagem de palhetas guias.

[0009] O objeto da presente invenção é superar esta desvantagem.

[0010] Nesse sentido, a montagem de palhetas guias de compressor setorizada para uma turbomáquina é do tipo composto por setores montados que formam duas virolas concêntricas, uma interna e uma externa, entre as quais as palhetas são organizadas com seus bordos de ataque e de fuga perto das partes transversais frontal e traseira, respectivamente, das virolas, em relação ao fluxo de gás circulante no compressor, a virola externa da qual é fornecido externamente com meios de fixação a uma carcaça externa para alojar ditos setores.

[0011] De acordo com a invenção, tal montagem de palhetas guias é digna de nota pelo fato de que ditos meios de fixação compreendem as características de acordo com a reivindicação 1.

[0012] Portanto, compensando axialmente os meios de fixação perpendiculares às palhetas, o estresse estático, ou seja as forças aerodinâmicas e as tensões da carcaça, não estão mais concentrados e situados na parte traseira ou na parte a jusante da virola externa, mas na região das palhetas e é, portanto, dissociado do estresse dinâmico que ainda está localizado na região da parte traseira da virola externa da montagem das palhetas guias. Ao dissociar esses estresses, que já não são sobrepostos, deslocando-se os meios de fixação da virola em relação à carcaça, parte traseira da virola externa está sujeita a menos carga pois assim é liberada do estresse estático e agora está sujeita apenas à tensão dinâmica. Consequentemente, esta parte traseira pode trabalhar com um estresse dinâmico admissível máximo aumentado e, portanto, a velocidades de motor vibratórias maiores, sem o risco de danos às mesmas. Desta forma, a capacidade vibratória da montagem de palhetas de guia, em outras palavras, sua capacidade de resistir a uma determinada excitação aerodinâmica, é melhorada.

[0013] Dito meios de fixação para a carcaça externa é composto, em relação à direção do fluxo que passa através das palhetas, uma aba periférica frontal situada na face transversal frontal a montante da virola externa dos ditos setores e uma aba periférica traseira deslocada da face transversal a jusante da virola externa, situada projetando-se entre os bordos de ataque e de fuga das palhetas.

[0014] Vantajosamente, dito deslocamento posterior da aba periférica situa-se substancialmente projetando-se para o centro das palhetas, entre os bordos de ataque e de fuga das mesmas. Assim, o estresse estático não é compensado apenas na parte traseira da virola, mas, também é reduzido porque o volume de material, em que as forças que causam o estresse estático transitam entre a aba traseira, a virola e as palhetas, é maior, a espessura das palhetas sendo maior naquele lugar.

[0015] Em outra modalidade, ditos meios de fixação para a carcaça externa compreendem um flange anular fornecido na periferia da virola externa e situado projetando-se entre o bordo de ataque e o bordo de fuga das palhetas. Os resultados em termos de desassociar as tensões são semelhantes aos da modalidade anterior, a parte traseira da virola externa já não está mais sujeita ao estresse estático.

[0016] De preferência, dito flange de fixação situa-se, projetando-se no centro dos bordos de ataque e de fuga das palhetas, produzindo a mesma vantagem como antes em termos de redução do estresse estático, aumentando o volume de material.

[0017] Em particular, dita aba periférica traseira ou dito flange podem se estender continuamente ou descontinuamente sobre todos os setores.

[0018] As figuras do desenho que acompanha mostrarão claramente como a invenção pode ser produzida. Nessas figuras, os números de referência se referem a elementos semelhantes.

[0019] Fig. 1 mostra, em seção longitudinal diagramática, uma porção de um compressor de alta pressão de uma turbomáquina, em uma fase com um estator tendo uma montagem de palhetas guias fixas de acordo com a invenção, seguida por uma fase de rotor.

[0020] Fig. 2 é uma vista em perspectiva parcial da montagem de palhetas guias da Fig. 1, com a aba de encaixe traseira axialmente deslocada.

[0021] Fig. 3 é uma vista de cima da montagem de palheta guia da Fig. 2.

[0022] Fig. 4 é uma vista em perspectiva de outra modalidade da montagem de palhetas guias de acordo com a invenção.

[0023] A porção de compressor 1 mostrada na Fig. 1 é uma porção de um compressor de alta pressão de um turborreator de aeronave com eixo A, e mostra um estágio de estator 2, formando a montagem fixa de palhetas guia 3, a jusante da qual encontra-se numa fase de rotor 4 do dito compressor.

[0024] Convencionalmente, a montagem de palhetas guias do estator 3, é setorizada, em outras palavras, construída de uma pluralidade de setores 5 montados, sucessivamente, um após o outro em uma carcaça externa anular 6 para alojar esses setores em posição por meio de fixação ou encaixe 7 para assim formar a montagem de palhetas guias em sua totalidade.

[0025] Um único setor 5 é ilustrado nas figuras e na descrição abaixo, a referência será feita a este setor, tendo em conta que se aplica a todos os setores, neste caso para a montagem de palhetas guias reais 3 em sua totalidade. Cada setor 5 da montagem de palhetas guias é composta por uma virola externa 8 com uma parede cilíndrica 9 e uma virola interna 10, que também tem uma parede cilíndrica 11, ditas virolas sendo concêntricas em relação ao eixo A e entre cujas palhetas 12 são fornecidos, através dos quais o fluxo de ar primário F passa, vindo a montante a partir do ventilador e é dirigido à jusante para a câmara de combustão. Para auxiliar a ilustração, a distância que separa o eixo A da virola interna 10 da montagem de palhetas guias foi reduzido. Sobre a virola interna, Fig. 1 mostra que, o exterior da mesma é revestido de uma forma conhecida com revestimento de estanqueidade 25 contra a qual uma vedação é aplicada com uma pluralidade de lábios 26 fornecida no estágio do rotor 4.

[0026] As cabeças 13 e pés 14 das palhetas 12 são fixos, por exemplo, por solda, às paredes, 9 e 11 da virola externa 8 e da virola interna 10 respectivamente. As palhetas 12 estendem-se por quase toda a largura das virolas ao longo do eixo A, de forma que o bordo de ataque 15 e o bordo de fuga 16 das palhetas em relação à direção do fluxo F estão situados perto as faces de extremidade transversal 17 e 18, que são respectivamente as faces frontal e traseira (ou a montante e a jusante) das paredes 9, 11 das virolas cilíndricas.

[0027] Além disso, os meios de fixação 7 para a carcaça externa 6 são fornecidos na periferia externa da parede lateral 9 da virola externa 8 e neste exemplo ditos meios consistem de um trilho deslizante e montagem deslizante. Os meios de fixação 7 são, portanto, definidos, nesta primeira modalidade da montagem de palhetas guias, por duas abas curvadas de encaixe, sendo as abas frontais ou a montante 19 e as abas traseiras ou a jusante 20, em relação a direção do fluxo F, para formar um deslizador, e que estão encaixadas, como mostrado esquematicamente na Fig. 1, em carcaça e aberturas de manutenção 21, formando um trilho deslizante, da carcaça externa 6 que circunda os setores 5 da montagem de palhetas guias 1.

[0028] Fig. 1 a 3 mostram que a aba de engate frontal 19 situa-se substancialmente, diretamente acima da face frontal transversal 17 da virola externa 8, considerando que a aba de encaixe traseira 20 situa-se de acordo com a invenção, a uma distância da face posterior transversal 18 da virola, substancialmente, no centro da parede lateral cilíndrica 9 e, portanto, diretamente acima as palhetas 12. Dimensionalmente, dita aba traseira 20 é fornecida de forma a situar-se, se projetando no centro das palhetas 12, onde ditas palhetas são mais espessas, como mostrado na Fig. 3.

[0029] Por esta compensação axial da aba traseira 20 em direção à aba frontal 19 (situada inicialmente na face posterior 20 da virola externa 20, isto é, perto do bordo de fuga 16 das palhetas, mostrado em linhas tracejadas, na ilustração, referência 20' na Fig. 2) substancialmente tão longe como o centro da parede lateral 9 da virola externa, todas as forças aerodinâmicas (fluxo F, passando através da montagem de palhetas de guia) e os estresses mecânicos transmitidos pela carcaça externa 6 passarão pelos setores 5 através do raio de mistura definido pela aba traseira curvada 20 e as cabeças 13 das palhetas, no centro das mesmas, e, portanto, serão absorvidas por um maior volume de material. Consequentemente, o estresse estático máximo produzido por estas forças sobre o estator será menor.

[0030] Portanto, como a parte traseira ou a extremidade 22 da parede lateral 9 da virola externa 8 (porção 22 terminando na face transversal traseira 18) já não está mais sujeita a este estresse estático máximo, e pode absorver um estresse dinâmico máximo admissível, uma vez que este estresse dinâmico admissível máximo ainda está localizado na dita parte traseira disse 22. Consequentemente, por separar os estresses e compensando o estresse estático máximo em relação ao estresse dinâmico máximo, a capacidade vibratória da montagem de palhetas guias 3 e, portanto, da fase do estator 2 é melhorada, em outras palavras, sua capacidade de resistir a uma determinada excitação aerodinâmica.

[0031] Outra modalidade da montagem de palhetas guias setorizada 3 de acordo com a invenção é mostrada na Fig. 4. Nessa vista em perspectiva de um setor 5 da montagem de palhetas guias, podem ser vistas as virolas interna 10 e concêntrica externa 8, respectivamente entre as quais as palhetas 12 são colocadas. Os meios de fixação 7 para a carcaça externa (não ilustrado nesta figura) são fornecidos no exterior da virola externa 8. Estes meios de fixação 7, ao contrário da encarnação anterior, compõem um único flange anular 23 projetando-se radialmente da parede lateral 9 da virola cilíndrico 8, que é fornecida a intervalos regulares na sua periferia com furos 24 para fixar a carcaça de alojamento através da qual passam parafusos ou semelhantes.

[0032] Vantajosamente, o flange 23 é colocado entre as faces transversais a montante 17 e a jusante 18 da parede da virola e, em particular, entre os bordos de ataque 15 e de fuga 16 das palhetas sendo situados projetando-se substancialmente na região da maior espessura das mesmas.

[0033] Uma modalidade deste tipo com um flange central 23 produz resultados semelhantes aos da modalidade anterior com duas abas de encaixe 19, 20. O estresse estático causado pelas forças diferentes situa-se na região do flange central 23 da virola e das porções grossas das palhetas e, portanto, é separado do estresse dinâmico máximo que é produzido na parte traseira 22 (que é, portanto, livre de estresse estático) da parede da virola 8.

[0034] Consequentemente, o estresse dinâmico máximo admissível pode ser aumentado sem prejudicar a integridade da montagem de palhetas guia 3, permitindo níveis mais elevados de vibração no motor.

[0035] Além disso, as abas frontal 19 e traseira 20, e o flange 23, podem ser produzidos de forma contínua ou descontinua na periferia da parede lateral 11 da dita virola externa 8.

Claims (3)

1. Montagem de palhetas guias de compressor setorizada (3) para uma turbomáquina, do tipo compreendendo setores montados (5) que formam duas virolas concêntricas externa (8) e interna (10), entre as quais palhetas (12) são colocadas com seus bordo de ataque (15) perto da face transversal frontal (17) das virolas externa (8) e interna (10) e seu bordo de fuga (16) perto da face transversal traseira (18) das virolas externa (8) e interna (10), cuja virola externa (8) é provida externamente com meios de fixação (7) para uma carcaça externa (6) para alojar ditos setores, caracterizada pelo fato de que ditos meios de fixação (7) são deslocados axialmente da face transversal traseira (18) da virola externa (8) e colocados para absorver as forças estáticas entre a carcaça externa (6) e a montagem de palhetas guias, ditos meios de fixação (7) para a carcaça externa (6) compreendendo, em relação à direção do fluxo que passa pelas palhetas, ou uma aba frontal curvada de encaixe periférica (19) situada na face transversal frontal (17) da virola externa dos ditos setores, e uma aba traseira curvada de encaixe periférica (20) deslocada da face transversal traseira (18) da virola externa e situada projetando-se substancialmente no centro das palhetas entre os bordos de ataque (15) e de fuga (16) das mesmas, ambas as abas curvadas de encaixe periférica (19, 20) sendo projetadas para cooperar com aberturas (21) da carcaça externa (6) para manter a montagem de palhetas guias, ou um flange anular (23) provido na periferia da virola externa (8) e situado projetando-se diretamente sobre as palhetas (12) entre os bordos de ataque e de fuga das mesmas (12), e parafusos de fixação que passam pelos orifícios (24) no flange, para fixação na carcaça externa (6).

2. Montagem de palhetas guias, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que dito flange anular (23) está situado projetando-se no centro dos bordos de ataque (15) e de fuga (16) das palhetas.

3. Montagem de palhetas guias, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que dita aba traseira curvada de encaixe periférica (20) ou dito flange anular (23) se estende continuamente ou descontinuamente por todos os setores (5).

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