BR112014018867B1 - Dispositivo de injeção de ar e de carburante para uma câmara de combustão de uma turbomáquina, e, turbomáquina - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIVO DE INJEÇÃO DE AR E DE CARBURANTE PARA UMA CÂMARA DE COMBUSTÃO DE UMA TURBOMÁQUINA. A invenção se refere a um dispositivo (2) de injeção de ar e de carburante para uma câmara de combustão de uma turbomáquina que compreende um injetor de carburante, pelo menos um primeiro elemento (21) montado sobre o injetor de carburante e pelo menos um segundo elemento (27, 28) montado sobre uma parede de fundo (6) da câmara de combustão (1). O primeiro elemento compreende um rebordo radial (25) móvel em uma canelura radial (26) do segundo elemento (27, 28) que é delimitada por uma bainha (27) e por um anel de fechamento (28) soldado no interior da bainha (27). O anel de fechamento (28) compreende uma parede radial (34) e um rebordo cilíndrico (35) que se estende a partir da periferia radialmente externa da parede radial (34), na direção de uma parede radial (29) da bainha (27), e que se apoia por sua extremidade livre correspondente (39), sobre a parede radial (29) da bainha (27).
Description
[0001] A presente invenção se refere a um dispositivo de injeção de ar e de carburante para uma câmara de combustão de uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião.
[0002] O pedido de patente FR 2 958 015, em nome da Requerente, divulga um dispositivo de injeção de ar e de carburante que compreende um injetor de carburante central, circundado por uma primeira parede anular que forma um primeiro venturi e que delimita exteriormente um primeiro canal de admissão de ar em torno do injetor central. Uma segunda parede anular circunda a primeira parede e forma um venturi situado a jusante do primeiro venturi. Um segundo canal de admissão de ar é delimitado pelas primeira e segunda paredes anulares. Uma tigela circunda finalmente a segunda parede anular e delimita com essa última um canal anular periférico no qual desembocam orifícios de ejeção de carburante de um injetor periférico ou multiponto e meios de admissão de ar.
[0003] A periferia radialmente externa da tigela compreende um rebordo radial montado de modo móvel em uma canelura radial delimitada por uma bainha fixada em uma parede de fundo da câmara de combustão e por um anel de fechamento soldado à bainha.
[0004] O deslocamento radial do rebordo na canelura permite compensar os deslocamentos relativos entre o injetor e o cárter sobre o qual ele é fixado, por um lado, e a câmara de combustão, por outro lado. Tais deslocamentos aparecem em funcionamento em razão das dilatações diferenciais entre os diversos elementos da turbomáquina.
[0005] A bainha compreende uma parede radial e um rebordo cilíndrico que se estende axialmente para a montante a partir da periferia radialmente externa da parede radial. O rebordo compreende uma parte a montante da qual o diâmetro interno corresponde substancialmente ao diâmetro externo do anel de fechamento, e uma parte a jusante de um diâmetro interno inferior, que forma um ressalto que serve para o apoio do anel de fechamento. A dimensão axial da parte a jusante que forma o ressalto define a largura da canelura precitada.
[0006] O anel de fechamento é montado na parte a montante do rebordo. Esse anel compreende uma parede radial da qual a periferia externa compreende um rebordo cilíndrico que se estende axialmente para a jusante. A parede radial do anel de fechamento se apoia sobre o ressalto da bainha.
[0007] As bordas livres a jusante dos rebordos da bainha e do anel de fechamento são fixadas uma à outra por soldagem, mais especialmente por intermédio de quatro cordões de soldadura regularmente distribuídos em toda a circunferência.
[0008] Uma tal estrutura, ainda que apresentando uma duração de vida grande, tem uma massa e um volume relativamente grandes.
[0009] A invenção tem notadamente como objetivo trazer uma solução simples, eficaz e econômica para esse problema.
[0010] Com essa finalidade, ela propõe um dispositivo de injeção de ar e de carburante para uma câmara de combustão de uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, que compreende um injetor de carburante, pelo menos um primeiro elemento montado sobre o injetor de carburante ou ligado a esse último e pelo menos um segundo elemento, destinado a ser montado sobre uma parede de fundo da câmara de combustão, o primeiro elemento compreendendo um rebordo radial montado de modo móvel em uma canelura radial do segundo elemento, a dita canelura sendo delimitada, por um lado, por uma bainha que compreende uma parede radial da qual a periferia externa compreende um rebordo cilíndrico e, por outro lado, por um anel de fechamento montado no interior do rebordo cilíndrico da bainha, a bainha e o anel de fechamento sendo fixados um ao outro, por exemplo, por soldagem, caracterizado pelo fato de que o anel de fechamento compreende uma parede radial e um rebordo cilíndrico que se estende a partir da periferia radialmente externa da parede radial, na direção da parede radial da bainha, e que se apoia por sua extremidade livre correspondente, sobre a parede radial da bainha.
[0011] A invenção propor assim modificar a orientação do rebordo periférico externo do anel de fechamento a fim de que esse último venha se apoiar sobre a parede radial da bainha. Essa última pode nesse caso ser desprovida de ressalto e é possível encurtar o comprimento axial de seu rebordo cilíndrico, de maneira a reduzir a massa e o volume do conjunto ao mesmo tempo em que garante uma duração de vida similar àquela da arte anterior descrita acima. Uma tal estrutura facilita também a circulação do fluxo de ar a ser misturado ao carburante.
[0012] De acordo com uma característica da invenção, o rebordo cilíndrico do anel de fechamento se estende axialmente de um lado e de outro de sua parede radial.
[0013] Quando os rebordos da bainha e do anel de fechamento são soldados um ao outro, os cordões de soldadura se estendem axialmente na zona de interface ou de junção entre esses rebordos. A característica precitada permite notadamente que o anel de fechamento conserve um comprimento de rebordo suficiente para ter uma soldadura robusta, ao mesmo tempo em que tem uma parede radial relativamente fina, a largura da canelura sendo imposta pelo comprimento do rebordo radial do primeiro elemento.
[0014] A extremidade livre do rebordo cilíndrico da bainha pode compreender uma superfície radial que se estende no prolongamento de uma superfície radial do anel de fechamento, pelo menos um cordão de soldadura se estendendo na zona de junção entre a bainha e o anel de fechamento, a partir das superfícies radiais precitadas.
[0015] De preferência, pelo menos um furo de controle do cordão de soldadura atravessa o rebordo cilíndrico da bainha, de modo a desembocar na zona de junção entre a bainha e o anel de fechamento, em frente ao cordão de soldadura.
[0016] Na arte anterior, a qualidade das soldaduras é verificada por controles destrutivos. O furo de controle precitado permite verificar facilmente e de maneira não destrutiva as soldaduras realizadas. De fato, a penetração da soldadura na zona de interface ou de junção entre os rebordos da bainha e do anel de fechamento pode ser constatada e medida diretamente através do furo de controle.
[0017] A distância entre a extremidade livre do rebordo cilíndrico da bainha e o furo de controle é compreendida entre 1 e 2 mm.
[0018] A título de exemplo, a penetração da soldadura na zona de interface ou de junção entre os rebordos da bainha e do anel de fechamento deve ser pelo menos igual a 1,6 mm, para as aplicações visadas pela Requerente.
[0019] Vantajosamente, a bainha e o anel de fechamento são fixados um ao outro por pelo menos quatro cordões de soldadura regularmente distribuídos na circunferência e que se estendem cada um deles circunferencialmente em uma distância compreendida entre 5 e 15 mm, preferencialmente em uma distância compreendida entre 7 e 12 mm.
[0020] De acordo com uma outra característica da invenção, o rebordo cilíndrico do anel de fechamento tem um comprimento compreendido entre 2 e 5 mm.
[0021] O primeiro elemento pode compreender pelo menos uma parede anular que circunda o injetor e que define pelo menos um canal anular de admissão de ar em torno do injetor.
[0022] Em variante, o primeiro elemento pode ser um anel de guia, montado em torno do injetor, como no pedido de patente FR 2 925 146, em nome da Requerente.
[0023] A invenção também se refere a uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, que compreende uma câmara de combustão que compreende pelo menos um dispositivo de injeção de ar e de carburante do tipo precitado.
[0024] A invenção será melhor compreendida e outros detalhes, características e vantagens da invenção aparecerão com a leitura da descrição seguinte feita a título de exemplo não limitativo em referência aos desenhos anexos nos quais: - a figura 1 é uma meia vista em corte axial de uma câmara anular de combustão equipada com dispositivos de injeção de ar e de carburante de acordo com a arte anterior, - as figuras 2 e 3 são vistas em corte longitudinal, de partes do dispositivo de injeção de ar e de carburante da arte anterior, - as figuras 4 e 5 são vistas em corte longitudinal, de partes do dispositivo de injeção de ar e de carburante de acordo com a invenção.
[0025] A figura 1 ilustra uma câmara de combustão anular de turbomáquina 1, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, equipada com dispositivos 2 de injeção de ar e de carburante de acordo com a arte anterior.
[0026] A câmara de combustão 1 é disposta na saída de um difusor 3, ele próprio situado na saída de um compressor (não representado). A câmara 1 compreende uma parede de revolução interna 4 e uma parede de revolução externa 5, ligadas a montante por uma parede anular de fundo de câmara 6 e fixadas a jusante por flanges interno e externo, respectivamente em um anteparo troncônico interno 7 do difusor 3 e em um cárter externo 8 da câmara, a extremidade a montante desse cárter sendo ligada a um anteparo troncônico externo 9 do difusor 3.
[0027] Uma carenagem anular 10 é ficada nas extremidades a montante das paredes 4, 5 da câmara 1 e compreende orifícios de passagem de ar alinhados com aberturas da parede de fundo de câmara 6 nas quais são montados os dispositivos 2 de injeção de uma mistura de ar e de carburante dentro da câmara 1, o ar provindo do difusor 3 e o carburante sendo trazido por injetores 11 e 12 fixados no cárter externo e regularmente distribuídos em torno do eixo da câmara. Cada injetor 11 compreende uma cabeça 13 de injeção de carburante alinhada no eixo A da abertura correspondente.
[0028] Uma parte da vazão de ar fornecida pelo compressor e que sai do difusor 3 alimenta condutos anulares interno 14 e externo 15 de contorno da câmara de combustão 1. A outra parte da vazão de ar penetra dentro do recinto 16 delimitado pela carenagem 10, passa nos dispositivos de injeção 2 e é em seguida misturada com o carburante trazido pelos injetores 11, 12 antes de ser pulverizada dentro da câmara de combustão 1.
[0029] Como está melhor visível na figura 2, cada dispositivo 2 de injeção de ar e de carburante compreende um injetor de carburante central 11 circundado por uma primeira parede anular 17 que forma um primeiro venturi e que delimita exteriormente um primeiro canal de admissão de ar 18 em torno do injetor central 11. Uma segunda parede anular 19 circunda a primeira parede 17 e forma um venturi a jusante do primeiro venturi. Um segundo canal de admissão de ar 20 é delimitado pelas primeira e segunda paredes anulares 17, 19. Uma tigela 21 circunda finalmente a segunda parede anular 19 e delimita com essa última um canal anular periférico 22 no qual desembocam orifícios 23 de ejeção de carburante de um injetor periférico 12 ou multiponto e meios de admissão de ar 24.
[0030] Os canais 18, 20 e os meios de admissão de ar 24 compreendem classicamente aletas destinadas a imprimir ao fluxo de ar que os atravessa (representados por flechas) um movimento de giração que favorece a homogeneização da mistura de ar e de carburante.
[0031] A periferia radialmente externa da tigela 21 compreende um rebordo radial 25 montado de modo móvel em uma canelura radial 26 delimitada por uma bainha 27 fixada na parede de fundo 6 da câmara de combustão 1 e por um anel de fechamento 28 soldado à bainha 27.
[0032] O deslocamento radial do rebordo 25 na canelura 26 permite compensar os deslocamentos relativos entre os injetores 11, 12 e o cárter 8 sobre o qual eles são fixados, por um lado, e a câmara de combustão 1, por outro lado. Tais deslocamentos aparecem em funcionamento em razão das dilatações diferenciais entre os diversos elementos da turbomáquina.
[0033] Como está melhor visível na figura 3, a bainha 27 compreende uma parede radial 29 e um rebordo cilíndrico 30 que se estende axialmente para a montante a partir da periferia radialmente externa da parede radial 29. O rebordo 30 compreende uma parte a montante 31 (figura 3) da qual o diâmetro interno corresponde substancialmente ao diâmetro externo do anel de fechamento 28, e uma parte a jusante 32 de um diâmetro interno inferior, que forma um ressalto 33 que serve para o apoio do anel de fechamento 28. A dimensão axial da parte a jusante 32 que forma o ressalto 33 define a largura da canelura 26 precitada.
[0034] O anel de fechamento 28 é montado no interior da parte a montante 31 do rebordo 30 e compreende uma parede radial 34 da qual a periferia externa compreende um rebordo cilíndrico 35 que se estende axialmente para a montante. A parede radial 34 do anel de fechamento 28 se apoia sobre o ressalto 33 da bainha 27.
[0035] As bordas livres a jusante 36, 37 dos rebordos 31, 35 da bainha 27 e do anel de fechamento 28 são fixados um ao outro por soldagem, mais especialmente por intermédio de cordões de soldadura 38 regularmente distribuídos na circunferência e que são em número de quatro em um exemplo de realização.
[0036] Uma tal estrutura, ainda que apresentando uma duração de vida grande, tem no entanto uma massa e um volume relativamente grandes.
[0037] As figuras 4 e 5 ilustram parcialmente um dispositivo 2 de injeção de ar e de carburante de acordo com a invenção, no qual o rebordo cilíndrico 35 do anel de fechamento 28 se estende axialmente de um lado e de outro da parede radial 34. O rebordo cilíndrico 30 e a parede radial 29 da bainha 27 são por outro lado desprovidos de ressaltos.
[0038] A extremidade a jusante 39 do rebordo cilíndrico 35 do anel de fechamento 28 vem assim diretamente se apoiar sobre a parede radial 29 da bainha 27.
[0039] O comprimento da parte a jusante do rebordo 35, que se estende para além da parede radial 34, é definido em função da largura desejada da canelura 26, ela própria função da espessura do rebordo radial 25 da tigela 21.
[0040] O comprimento total do rebordo 35 do anel de fechamento 28 corresponde à distância entre a parede radial 29 e a extremidade livre 36 do rebordo 30 da bainha 27. Esse comprimento está, por exemplo, compreendido entre 2 e 5 mm.
[0041] Dessa maneira, as extremidades livres 36 e 37 dos rebordos 30 e 35, formam superfícies radiais situadas em frente uma da outra.
[0042] Cordões de soldadura 38 são realizados na zona de junção ou de interface entre os dois rebordos 30, 35, e se estendem para a montante a partir das extremidades livres 36, 37, em uma distância pelo menos igual a 1,6 mm, por exemplo.
[0043] De preferência, quatro cordões de soldadura 38 são assim realizados, os cordões 38 sendo regularmente distribuídos na circunferência e se estendendo cada um deles circunferencialmente em uma distância compreendida entre 5 e 15 mm, preferencialmente em uma distância compreendida entre 7 e 12 mm.
[0044] Furos 40 de controle dos cordões de soldadura 38 atravessam o rebordo cilíndrico 30 da bainha 27 (figura 5), de modo a desembocar na zona de junção entre a bainha 27 e o anel de fechamento 28, em frente a cada cordão de soldadura 38.
[0045] A distância d entre a extremidade livre 36 do rebordo cilíndrico 30 da bainha 27 e o furo 40 é adaptada para a penetração mínima a obter dos cordões de soldadura 38, ou seja 1,6 mm no exemplo descrito acima.
[0046] A supressão do ressalto 33 no dispositivo 2 de acordo com a invenção permite encurtar o comprimento do rebordo 30, a fim de reduzir o volume e a massa do conjunto ao mesmo tempo em que garante uma duração de vida similar àquela da arte anterior descrita acima. Uma tal estrutura facilita também a circulação do fluxo de ar destinado a ser misturado ao carburante.
Claims (8)
1. Dispositivo (2) de injeção de ar e de carburante para uma câmara de combustão (1) de uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, compreendendo um injetor de carburante (11), pelo menos um primeiro elemento (21) montado sobre o injetor de carburante (11) ou ligado a esse último e pelo menos um segundo elemento (27, 28), destinado a ser montado sobre uma parede de fundo (6) da câmara de combustão (1), o primeiro elemento (21) compreendendo um rebordo radial (25) montado de forma móvel em uma canelura radial (26) do segundo elemento (27, 28), a dita canelura (26) sendo delimitada, por um lado, por uma bainha (27) que compreende uma parede radial (29) da qual a periferia externa compreende um rebordo cilíndrico (30) e, por outro lado, por um anel de fechamento (28) montado no interior do rebordo cilíndrico (30) da bainha (27), a bainha (27) e o anel de fechamento (28) sendo fixados um ao outro, por exemplo, por soldagem (38), caracterizado pelo fato de que o anel de fechamento (28) compreende uma parede radial (34) e um rebordo cilíndrico (35) que se estende a partir da periferia radialmente externa da parede radial (34), na direção da parede radial (29) da bainha (27), e que se apoia por sua extremidade livre correspondente (39), sobre a parede radial (29) da bainha (27), e em que a extremidade livre (36) do rebordo cilíndrico (30) da bainha (27) compreende uma superfície radial que se estende no prolongamento de uma superfície radial (37) do anel de fechamento (28), pelo menos um cordão de soldadura (38) se estendendo na zona de junção entre a bainha (27) e o anel de fechamento (28), a partir das superfícies radiais (36, 37) precitadas.
2. Dispositivo (2) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rebordo cilíndrico (35) do anel de fechamento (28) se estende axialmente de um lado e de outro de sua parede radial (34).
3. Dispositivo (2) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos um furo (40) de controle do cordão de soldadura (38) atravessa o rebordo cilíndrico (30) da bainha (27), de modo a desembocar na zona de junção entre a bainha (27) e o anel de fechamento (28), em frente ao cordão de soldadura (38).
4. Dispositivo (2) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a distância (d) entre a extremidade livre (36) do rebordo cilíndrico (30) da bainha (27) e o furo de controle (40) está compreendida entre 1 e 2 mm.
5. Dispositivo (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a bainha (27) e o anel de fechamento (28) são fixados um ao outro por pelo menos quatro cordões de soldadura (38) regularmente distribuídos na circunferência e que se estendem cada um deles circunferencialmente em uma distância compreendida entre 5 e 15 mm, preferencialmente, em uma distância compreendida entre 7 e 12 mm.
6. Dispositivo (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o rebordo cilíndrico (35) do anel de fechamento (28) tem um comprimento compreendido entre 2 e 5 mm.
7. Dispositivo (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o primeiro elemento compreende pelo menos uma parede anular (17, 19, 21) que circunda o injetor (11) e que define pelo menos um canal anular (18, 20, 22) de admissão de ar em torno do injetor (11).
8. Turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, caracterizada pelo fato de que compreende uma câmara de combustão que compreende pelo menos um dispositivo (2) de injeção de ar e de carburante conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.
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