BR112015000676B1 - Pá de turbomáquina, ventoinha da turbomáquina, compressor de alta pressão de uma turbomáquina, compressor de baixa pressão de uma turbomáquina, e, turbomáquina - Google Patents

Abstract

pá de turbomáquina, ventoinha da turbomáquina, compressor de alta pressão de uma turbomáquina, compressor de baixa pressão de uma turbomáquina, e, turbomáquina. a invenção se refere a uma pá de turbomáquina que compreende uma pluralidade de seções de pá empilhadas ao longo de um eixo geométrico radial (zz), cada seção de pá se estendendo ao longo de um eixo geométrico longitudinal (x-x) entre uma borda dianteira e uma borda posterior, e ao longo de um eixo geométrico tangencial (y-y) entre uma superfície dianteira e uma superfície posterior, as ditas seções de pá sendo distribuídas de acordo com as leis de distribuição longitudinal xg e tangencial yg definindo o posicionamento dos respectivos centros de gravidade da mesma em relação aos ditos eixos geométricos longitudinal (x-x) e tangencial (y-y) de acordo com a altura da pá que se estende desde a base da pá até o topo da mesma, caracterizada pelo fato de cada uma das ditas leis de distribuição longitudinal xg e tangencial y g envolve uma mudança de direção da inclinação de entre 90% e 100% da altura da pá .

Description

DOMÍNIO TÉCNICO GERAL

[001 ] Esta invenção se refere ao campo de pás de turbomáquina, e temuma aplicação particular para as pás de metal da ventoinha, do compressor de alta pressão ou do compressor de baixa pressão de uma turbomáquina.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] As pás de uma turbomáquina são submetidas a velocidades derotação substanciais; o desempenho aerodinâmico e mecânico das pás é, por conseguinte, capital em proporcionar um bom funcionamento da turbomáquina.

[003] Várias propostas já foram feitas, a fim de melhorar odesempenho das pás, ao intervir sobre a geometria das mesmas.

[004] O documento FR 2908152 em nome da Requerente emparticular, pode ser mencionado, em que é proposto fazer variar a geometria da pá ao longo da altura da mesma.

[005] Mais precisamente, este documento propõe melhorar odesempenho aerodinâmico de uma pá, conferindo-lhe uma geometria descrita como a combinação de uma parte inferior relativamente baixa e pronunciada com uma deflexão traseira altamente pronunciada nas direções longitudinais e tangenciais.

[006] No entanto, apesar do aumento do desempenho aerodinâmicoobtido graças a uma tal pá, a sua operação é delicada devido ao impacto desta geometria particular, a resistência mecânica das mesmas, e mais precisamente devido ao impacto desta geometria em determinados modos de ressonância da pá.

APRESENTAÇÃO DA INVENÇÃO

[007] Esta invenção tem como objetivo superar esta situação, propondo uma pá que associa alto desempenho aerodinâmico e mecânico.

[008] Para este efeito, a invenção propõe uma pá de turbomáquina quecompreende uma pluralidade de seções de pá empilhadas ao longo de um eixo geométrico radial, com cada seção de pá se estendendo ao longo de um eixo geométrico longitudinal entre uma borda dianteira e uma borda posterior, e ao longo de um eixo geométrico tangencial entre uma superfície de pressão e uma superfície de sucção, com as seções de pá sendo distribuídas de acordo com as leis de distribuição longitudinal Xg e tangencial Yg definindo o posicionamento dos respectivos centros de gravidade da mesma em relação aos ditos eixos geométricos longitudinais e tangenciais de acordo com a altura da pá que se estende a partir da base da pá até o topo da mesma, caracterizada pelo fato de que, em uma seção de topo da pá localizada entre 90 e 100% da altura H da pá- existe uma primeira altura a partir da qual a lei de distribuição longitudinal Xg realiza um retomo para a borda dianteira da pá,- existe uma segunda altura a partir da qual a lei de distribuição tangencial Yg realiza um retomo para a superfície de sucção da pá.

[009] Em alternativa, as ditas primeira e segunda alturas se situamentre 90% e 95% da altura H da pá.

[0010] De acordo com uma forma de realização particular, as ditas primeira e segunda alturas são iguais.

[0011] A dita pá é tipicamente feita de material de metal.

[0012] A invenção também diz respeito a uma ventoinha de turbomáquina, um compressor de baixa pressão ou um compressor de alta pressão que compreende uma pluralidade de pás, como aqui definido acima.

[0013] A invenção se refere ainda a uma turbomáquina que compreende uma pluralidade de pás, como aqui definido acima.

APRESENTAÇÃO DAS FIGURAS

[0014] Outras características e vantagens da invenção devem aparecer inna descrição seguinte, que é puramente para fins de ilustração e não é restrita, e que deve ser lida em relação aos desenhos em anexo, em que:- A Figura 1 é uma vista em seção transversal longitudinal parcial de uma ventoinha de uma turbomáquina de acordo com a técnica anterior.

[0015] - As Figuras 2 e 3 são exemplos de curvas que mostram avariação das leis Xg e Yg, respectivamente, sobre uma parte da altura de uma pá de acordo com a invenção.

[0016] - As Figuras 4 e 5 são exemplos de curvas que mostram avariação das leis Xg e Yg, respectivamente, sobre a altura de uma pá de acordo com a invenção.

[0017] - A Figura 6 é um gráfico que mostra o ganho em rendimentoobtido por uma pá de acordo com a invenção em relação a pás conhecidas. DESCRIÇÃO DETALHADA

[0018] A Figura 1 mostra esquematicamente e parcialmente a ventoinha 2 de uma turbomáquina, tipicamente um turbojato tendo uma utilização em aeronáutica.

[0019] A ventoinha 2 é composta por uma pluralidade de pás 4 espaçadas regularmente em tomo de um disco 6 (vulgarmente dito como um cubo) de um rotor centrado sobre um eixo geométrico longitudinal X-X da ventoinha 2.

[0020] Cada pá 4 geralmente compreende uma lâmina 8, uma base 10 e um topo 12. A base 10 da pá é montada no disco 6 do rotor e está ligada à lâmina 8 por intermédio de uma plataforma 14 que delimita a corrente de gás 16 que passa através da ventoinha 2. O disco 6 do rotor é acionado em rotação em torno do eixo geométrico longitudinal X-X na direção indicada pela seta 18.

[0021] O topo 12 da pá está localizado oposto à face interna 20 de um invólucro fixo da ventoinha, com esta face 20 delimitando também a corrente 16, que está, por conseguinte, entre a plataforma 14 e a face interna 20 do invólucro.

[0022] A lâmina 8 é constituída por uma pluralidade de seções de pá 22 que estão empilhadas ao longo de um eixo geométrico radial Z-Z perpendicular ao eixo geométrico X-X. As seções de pá 22 estão localizadas em distâncias radiais aumentadas a partir do eixo geométrico longitudinal X- X. A pilha resultante forma uma superfície aerodinâmica, que se estende ao longo de um eixo geométrico longitudinal X-X entre uma borda dianteira 24 e uma borda posterior 26 e ao longo de um eixo geométrico tangencial Y-Y da ventoinha entre uma superfície de pressão, oposta a tração, e uma superfície de sucção, no lado da tração (não mostrado nas figuras).

[0023] A pá tem uma altura H, medida a partir da base 10 até o topo 12 da pá de acordo com o eixo geométrico radial Z-Z. E definido que a seção da pá situada em 0% da altura H corresponde ao raio da interseção entre a borda dianteira 24 e a corrente interna do fluxo da corrente de gás, e a seção localizada a 100% da altura H corresponde ao ponto no raio de interseção entre a borda dianteira 24 e a corrente superior do fluxo da corrente de gás.

[0024] O eixo geométrico longitudinal X-X, o eixo geométrico tangencial Y-Y e o eixo geométrico radial Z-Z da ventoinha definida como tal formam um triedro ortonormal direto.

[0025] Esta invenção é aplicada a diferentes tipos de pás móveis de uma turbomáquina; por exemplo, a ventoinha de pás móveis de um compressor de alta pressão, isto é, o compressor a montante da direção do fluxo da corrente, e de um compressor de alta pressão, isto é, o compressor a jusante na direção do fluxo da corrente.

[0026] A Figura 1, que mostra uma vista parcial de uma ventoinha de turbomáquina é puramente para fins de ilustração, e toma possível, em particular, definir os diferentes eixos geométricos da turbomáquina.

[0027] Na verdade, é entendido que a descrição seguinte pode também ser transposta para ventoinhas de uma turbomáquina com exceção das pás da ventoinha, e, em particular, as pás de um compressor de baixa pressão e / ou de um compressor de alta pressão.

[0028] As Figuras 2 e 3 são exemplos de curvas que mostram a variação das leis Xg e Yg, respectivamente, sobre uma parte da altura de uma pá de acordo com a invenção.

[0029] Estas duas curvas mostram a alteração das leis de distribuição longitudinal Xg e tangencial Yg definindo o posicionamento dos respectivos centros de gravidade das seções de pá empilhadas que formam a pá, com respeito aos eixos geométricos longitudinais X-X e tangenciais Y-Y. O eixo das ordenadas indica a razão h / H, onde H é a altura total da pá, tal como definido aqui acima, e h é a altura do centro de gravidade considerado, medido a partir da base 10 da pá.

[0030] Como mostrado nestas curvas, a invenção propõe uma mudança na direção da inclinação destas leis de distribuição Xg e Yg na porção de topo da pá, isto é, no máximo de 10% da pá formando o topo 12.

[0031] Um gancho é assim observado destas duas leis de distribuição localizadas para valores de altura entre 90 e 100% da altura H da pá a partir da base da mesma.

[0032] De modo mais geral, para cada uma das leis de distribuição Xg e Yg, há uma altura de entre 90% e 100% da altura H da pá a partir da qual estas duas leis de distribuição diminuem.

[0033] Estas alturas são tipicamente entre 90% e 95% da altura H da pá.

[0034] O valor da altura entre 90% e 100% da altura H da pá a partir da qual a lei de distribuição Xg diminui e o valor da altura entre 90% e 100% da altura H da pá a partir da qual a lei de distribuição Yg diminui podem ser idênticos ou separados.

[0035] As leis de distribuição longitudinais Xg e tangenciais Yg que definem o posicionamento dos respectivos centros de gravidade das seções de pá empilhadas que formam a pá, com respeito ao eixo geométrico longitudinal X-X e eixo geométrico tangencial YY incluem tipicamente uma única mudança na direção da inclinação aí para valores de altura entre 90 e 100% da altura H da pá a partir da base da mesma.

[0036] A pá de acordo com a invenção, portanto, tem um aerofólio que, entre 90 e 100% da sua altura a partir da base da mesma, avança na direção da borda dianteira 24 e na direção da superfície de sucção, o que corresponde, portanto, a um basculamento em direção para frente e em direção à superfície de sucção da porção de topo da pá.

[0037] As Figuras 3 e 4 mostram, respectivamente, um exemplo da lei distribuição longitudinal Xg e tangencial Yg ao longo de toda a altura da pá.

[0038] Da mesma maneira como nas figuras 2 e 3, é encontrada uma mudança na direção da inclinação destas leis de distribuição Xg e Yg na porção de topo da pá, isto é, no máximo de 10% da pá formando o topo 12 . Esta mudança de direção da inclinação destas leis de distribuição Xg e Yg na porção de topo da pá é independente da variação das leis Xg e Yg sobre o restante da altura da pá.

[0039] A Figura 6 é um gráfico que mostra o ganho em rendimento obtido por uma pá de acordo com a invenção em relação a pás conhecidas.

[0040] O rendimento levado em consideração é estimado entre a montante e a jusante da pá, levado em consideração as pressões e temperaturas a montante e a jusante. Esta figura mostra a mudança ao longo da metade superior da pá, isto é, para alturas variando de H / 2 a H, onde H é a altura total da pá.

[0041] Esta figura mostra três curvas 100, 102 e 104, as quais mostramo rendimento obtido respectivamente com uma pá de acordo com a invenção, com uma pá de acordo com a técnica anterior não tendo inflexão no topo, e uma pá de acordo com a técnica anterior, tendo uma inflexão em sua lei de distribuição longitudinal Xg no topo.

[0042] Tal como pode ser observado neste gráfico, esta invenção toma possível melhorar o rendimento na porção superior da pá. É ainda observado que a modificação do topo de pás resulta em uma modificação do rendimento ao longo de um intervalo de alturas que é claramente mais extenso; modificando a geometria em 10% da pá, o rendimento aerodinâmico da pá é afetado por mais do que 50%.

[0043] Além disso, contrariamente às soluções da técnica anterior, ao modificar tanto a lei de distribuição longitudinal Xg e a lei de distribuição tangencial Yg, esta invenção toma possível aumentar a resistência mecânica da pá.

[0044] Realmente, a ligação em cadeia da lei de distribuição longitudinal Xg toma possível reduzir as restrições estáticas na pá. Além disso, embora esta ligação em cadeia de acordo com Xg resulte em uma substancial diminuição na frequência de um modo específico da pá, aqui o modo 4, esta diminuição é compensada pela ligação em cadeia da lei de distribuição tangencial Yg que resulta em um aumento substancialmente equivalente na frequência deste mesmo modo.

[0045] A influência da ligação em cadeia de acordo com Xg e Yg sobre os outros modos específicos é negligenciável.

[0046] Esta modificação nas leis de distribuição longitudinal Xg e tangencial Yg, portanto, resulta em uma melhora no desempenho mecânico, devido à diminuição das restrições estáticas, sem que o desempenho dinâmico seja afetado.

[0047] A presente invenção tem uma aplicação particular em pás feitas de material de metal, por exemplo, em pás de tamanho reduzido, tipicamente de uma magnitude a partir de 40 a 50 polegadas, ou seja, a partir de 101,60 cm a 127 cm.

Claims (8)

1. Pá de turbomáquina que compreende uma pluralidade de seções de pá empilhadas ao longo de um eixo geométrico radial (Z-Z), com cada seção de pá se estendendo ao longo de um eixo geométrico longitudinal (X-X) entre uma borda dianteira e uma borda posterior, e de acordo com um eixo geométrico tangencial (Y-Y) entre uma superfície de pressão e uma superfície de sucção, com as seções de pá sendo distribuídas de acordo com as leis de distribuição longitudinal Xg e tangencial Yg definindo o posicionamento dos respectivos centros de gravidade da mesma em relação aos ditos eixos geométricos longitudinais (X-X) e tangenciais (Y-Y) de acordo com a altura da pá que se estende a partir da base da pá até o topo da mesma,caracterizada pelo fato de que, em uma seção de topo da pá localizada entre 90 e 100% da altura (H) da pá- existe uma primeira altura (Hx) a partir da qual a lei de distribuição longitudinal Xg realiza um retomo na direção da borda dianteira da pá,- existe uma segunda altura de partida (Hy) a partir da qual a lei de distribuição tangencial Yg realiza um retomo na direção da superfície de sucção da pá.

2. Pá de turbomáquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as ditas primeira e segunda alturas (Hx e Hy) se situam entre 90% e 95% da altura H da pá.

3. Pá de turbomáquina de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que as ditas primeira e segunda alturas (Hx e Hy) são iguais.

4. Pá de turbomáquina de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a dita pá é feita a partir de um material de metal.

5. Ventoinha da turbomáquina, caracterizada pelo fato de que compreende uma pluralidade de pás como definidas em uma das reivindicações 1 a 4.

6. Compressor de alta pressão de uma turbomáquina, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de pás como definidas em uma das reivindicações 1 a 4.

7. Compressor de baixa pressão de uma turbomáquina, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de pás como definidas em uma das reivindicações 1 a 4.

8. Turbomáquina, caracterizada pelo fato de que compreende uma pluralidade de pás como definidas em uma das reivindicações 1 a 4.

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