BR112015028949B1 - Montagem de turbomáquina - Google Patents

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Abstract

MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA E MÉTODO PARA MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA. A presente invenção refere-se a métodos para montar pás de turbomáquina em um rotor de turbomáquina, em particular, pás para uma turbomáquina axial, como uma turbina a gás, um compressor axial ou uma turbina a vapor. A presente invenção também se refere a um rotor de turbomáquina. A montagem de turbomáquina compreende um rotor (1) e um anel de pás (7A, 7B) montado no dito rotor (1), em que cada pá (7A, 7B) compreende uma porção de aerofólio (7F) e uma porção de raiz (7R) inseridas em um sulco de retenção de pá (5) circunferencial do rotor (1); em que o dito sulco de retenção de pá (5) compreende uma porção de sulco ampliada, em que as pás na porção de sulco ampliada são giráveis ao redor de um respectivo eixo geométrico geralmente radial, para assumir uma posição de dimensão tangencial mínima; e em que pelo menos um inserto removível (21) é disposto ao longo da dita porção de sulco ampliada, entre as porções de raiz (7R) das pás (7A, 7B) localizadas na porção de sulco ampliada e uma parede lateral (5E, 5F) do sulco de retenção de pá (5), para forçar e travar as pás (7A,(...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se a métodos para montar pás de turbomáquina em um rotor de turbomáquina, em particular, pás para uma turbomáquina axial, como uma turbina a gás, um compressor axial ou uma turbina a vapor. A presente invenção também se refere a um rotor de turbomáquina.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] Um rotor de tambor de turbomáquina, em geral, compreende um tambor com um sulco de retenção de pá que se desenvolve circunferencialmente ao redor do tambor e que tem um corte transversal geralmente em formato de T. As pás compreendem, cada uma, uma porção de aerofólio e uma porção de raiz que é, em geral, em formato de T e se destina a retenção no sulco de retenção de pá do rotor.
[003] As pás são presas ao rotor introduzindo-se a porção de raiz no sulco de retenção de pá e, depois disso, torcendo-se a pá sobre um eixo geométrico radial para engatar a porção de raiz na camada inferior formada pelo sulco de retenção de pá em formato de T.
[004] O número de pás deve ser suficiente para formar uma disposição de pá anular completa e são forçadas de modo tangencial uma contra a outra para resistir à pressão e vibrações. Diversas soluções foram desenvolvidas para introduzir as pás no sulco em formato de T e, finalmente, forçar as mesmas de modo tangencial uma contra a outra.
[005] Em algumas disposições de rotor de turbina conhecidas, a fim de montar um anel completo de pás ao redor do rotor, a última pá a ser introduzida tem uma porção de raiz que não tem formato em T e que é introduzida em um espaço de inserto que tem, em relação à largura do sulco de retenção de pá em formato de T, uma dimensão maior na direção axial, isto é, em uma direção paralela ao eixo geométrico de rotação do rotor. A última pá é retida travando-se a mesma com duas peças de inserção introduzidas no espaço de inserto, com o auxílio de parafusos radiais. Quando a última pá é introduzida e travada, um anel de pá completo é formado e as pás são forçadas de modo tangencial uma contra a outra. O documento de Patente no U.S. 7.901.187 revela esse tipo de construção.
[006] A Figura 23 ilustra esquematicamente uma porção de um rotor de turbina e pás relevantes, que mostra, em particular, a última pá que foi montada no rotor. O rotor é indicado com o número de referência 100. As pás 102 são montadas ao redor do rotor e retidas em um sulco de retenção de pá de camada inferior, por exemplo, que têm um corte transversal geralmente em formato de T e que se estende circunferencialmente ao redor do rotor. Cada pá, exceto a última, tem uma porção de raiz em formato de T (não mostrado) que se engata ao sulco de camada inferior. As pás 102 são introduzidas no sulco de retenção de pá em correspondência a um espaço de inserto mostrado em 103. A última pá 105 é introduzida no espaço de inserto 103 após a inserção no mesmo de duas peças de inserto opostas 107. As peças de inserto 107 e a última pá 105 são travadas no rotor ou tambor 100 por meio de parafusos 109, 111.
[007] Esse sistema de montagem conhecido tem algumas desvantagens, incluindo uma eficácia reduzida na retenção da última pá 105. A última é radialmente retida em relação às forças centrífugas, que são geradas durante a rotação do rotor, por meio dos parafusos 109, 111. A fim de obter um efeito de retenção radial suficiente, os parafusos devem se engatar profundamente ao rotor. Isso resulta em concentração de tensão, especialmente, em turbomáquinas submetidas a temperaturas operacionais altas, como aquelas que se elevam em turbinas a vapor.
[008] O documento de Patente no U.S. 7.168.919 descreve uma disposição conhecida adicional para montar e travar de modo tangencial as pás em um tambor de rotor. Nessa disposição conhecida, cada pá tem uma raiz com porções elevadas opostas que se estendem na direção axial da raiz. As pás são introduzidas no sulco em formato de T em uma disposição radialmente escalonada, de modo que as respectivas porções elevadas sejam inicialmente escalonadas de modo radial. Finalmente, as pás são dispostas radialmente para fora de modo que as porções elevadas de todas as pás estejam em alinhamento radial eliminando, desse modo, o intervalo entre as pás adjacentes e forçando as pás uma contra a outra na direção tangencial. A usinagem das pás é muito complexa e nos processos de montagem é muito difícil controlar e ajustar a interferência tangencial final.
[009] Em outras disposições conhecidas, calços são introduzidos de modo forçado entre raízes de pás adjacentes, para gerar interferência tangencial entre as pás e forçar as mesmas uma contra a outra na direção tangencial. Os calços são travados por meio de parafusos. Além disso, essa disposição provou-se não satisfatória visto que a mesma exige usinagem crítica na montagem. Além disso, os calços devem ser espessos para serem introduzidos de modo forçado e para hospedar os parafusos de retenção. Isso exige pás de passo de raiz desigual de modo que a fileira de pá não possa ser otimizada do ponto de vista de resistência à tensão.
[010] Há, portanto, uma necessidade por um sistema mais eficaz de montagem das pás em um rotor de turbomáquina e, especialmente, uma maneira mais eficaz de inserir a última pá e fechar o anel de pá completo.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[011] De acordo com a presente invenção, as pás de rotação de um único estágio de turbomáquina são montadas no rotor por meio de porções de raiz que se engatam em um sulco ou canal de retenção de pá de camada inferior, que se estende circunferencialmente ao redor do eixo geométrico de rotor. O sulco de retenção de pá e as porções de raiz de pá são conformados de modo a engatar radialmente cada pá ao rotor. O sulco de retenção de pá é dotado de uma camada inferior, por exemplo, uma porção da corte transversal do mesmo é em formato de T para formar uma conexão de cauda de andorinha, em que uma parte conformada em cauda de andorinha ou conformada em T de modo similar da porção de raiz de cada pá engata. O sulco de retenção de pá tem uma porção ampliada. As pás introduzidas ao longo da dita porção de sulco ampliada podem ser sobretorcidas em relação a sua posição angular montada final, de modo a assumir temporariamente uma posição de dimensão tangencial mínima que gera uma lacuna livre. A última pá é introduzida na lacuna e torcida para se engatar na camada inferior formada pelo sulco de retenção de pá. Os insertos tangenciais são finalmente introduzidos na porção de sulco ampliada para forçar as pás sobretorcidas de volta para a posição angular final girando-se cada pá ao redor do respectivo eixo geométrico radial da mesma. Ao torcer de volta as pás na posição angular final, a dimensão tangencial da mesma é aumentada e as folgas entre as pás adjacentes são eliminadas. Um anel de pás completo é obtido. As pás são radialmente retidas no sulco de retenção de pá de uma maneira eficaz, sem a necessidade por uma conformação complexa das porções de raiz de pá e sem fazer uso de meios de preensão de pá-rotor críticos que envolvem parafusos radiais e membros de trava similares.
[012] De acordo com algumas realizações, uma montagem de turbomáquina é, portanto, fornecida compreendendo um rotor e um anel de pás montado no dito rotor, em que cada pá compreende uma porção de aerofólio e uma porção de raiz inseridas em um sulco de retenção de pá de camada inferior do rotor. O sulco de retenção de pá se estende circunferencialmente ao redor do eixo geométrico de rotação do rotor na periferia externa de um núcleo de rotor ou tambor de rotor. O sulco de retenção de pá compreende uma porção de sulco ampliada, que se estende ao longo de uma fração do desenvolvimento circunferencial do sulco, por exemplo, de cerca de 20° a cerca de 100°, preferencialmente de cerca de 30° a cerca de 60°. A porção de sulco ampliada tem uma parte do corte transversal da mesma que tem uma dimensão na direção axial (isto é, paralela ao eixo geométrico de rotação do rotor) que é maior que a porção remanescente do sulco. As pás na porção de sulco ampliada são giratórias ao redor de um eixo geométrico geralmente radial, para assumir uma posição de dimensão tangencial mínima. Uma pluralidade de insertos removíveis é disposta ao longo da porção de sulco ampliada, entre as porções de raiz de pá e um lado do sulco, para forçar e travar as pás em uma posição montada final. Na dita posição, as pás podem estar em uma condição de interferência mútua.
[013] Um sulco de retenção de pá de camada inferior no contexto da presente invenção deve ser entendido como um sulco que tem um formato em corte transversal adequado para engatar radialmente as porções de raiz das pás, por exemplo, um corte transversal conformado em cauda de andorinha e em formato de T.
[014] Em algumas realizações, cada pá pode ser dotada de uma porção de invólucro externa. Uma vez montadas na posição final, as porções de invólucro de pás adjacentes estão em contato recíproco de modo a formar um invólucro anular contínuo que envolve as pás que formam o anel de pé ao redor do eixo geométrico de rotor.
[015] De acordo com um aspecto adicional, a presente invenção se refere a um método para montar uma montagem de turbomáquina conforme descrito acima, que compreende as etapas de: inserir e torcer um primeiro conjunto de pás em engate de suas raízes no sulco de retenção de pá; inserir um segundo conjunto de pás na porção ampliada do dito sulco de retenção de pá e sobretorcer o dito segundo conjunto de pás ao redor de respectivos eixos geométricos radiais do mesmo, de modo que as pás do dito segundo conjunto de pás assumam uma posição angular de dimensão tangencial reduzida criando, desse modo, uma lacuna livre no dito sulco de retenção de pá; introduzir uma última pá na dita lacuna livre e sobretorcer a dita última pá ao redor de um respectivo eixo geométrico radial; introduzir de modo sequencial os insertos removíveis na dita porção de sulco ampliada, entre as raízes do dito segundo conjunto de pás e uma superfície lateral oposta da dita porção de sulco ampliada torcendo de modo sequencial, desse modo, as pás do segundo conjunto de pás em uma posição angular final.
[016] De acordo com ainda um aspecto adicional, a presente invenção se refere a um método de desmontar uma montagem de turbomáquina conforme descrito acima, que compreende as etapas de: remover os insertos removíveis da porção de sulco ampliada; sobretorcer as pás na porção de sulco ampliada criando, desse modo, uma lacuna; torcer uma das pás dispostas ao longo da porção de sulco ampliada desengatando, desse modo, a porção de raiz da mesma do sulco de retenção de pá e remover radialmente a pá torcida; remover as pás remanescentes do sulco de retenção de pá. Os recursos e as realizações são revelados abaixo no presente documento e são apresentados adicionalmente nas reivindicações anexas, as quais formam uma parte integral da presente descrição. A breve descrição acima apresenta recursos das diversas realizações da presente invenção a fim de que a descrição detalhada a seguir possa ser mais bem entendida e a fim de que as presentes contribuições à técnica possam ser mais bem apreciadas. Há, certamente, outros recursos da invenção que serão descritos doravante e que serão apresentados nas reivindicações anexas. Nesse aspecto, antes de explicar diversas realizações da invenção em detalhes, entende-se que as diversas realizações da invenção não se limitam em sua aplicação aos detalhes da construção e aos ajustes dos componentes apresentados na descrição a seguir ou ilustrados nos desenhos. A invenção tem a capacidade de outras realizações e de ser praticada e realizada de diversas maneiras. Além disso, entende-se que a fraseologia e a terminologia empregadas no presente documento são para propósitos de descrição e não devem ser interpretadas como limitadoras.
[017] Dessa forma, os técnicos no assunto apreciarão a concepção, mediante a qual a invenção é baseada, a qual pode ser utilizada prontamente como base para projetar outras estruturas, métodos, e/ou sistemas para realizar os diversos propósitos da presente invenção. É importante, portanto, que as reivindicações sejam interpretadas, conforme incluem tais construções equivalentes conforme as mesmas não se afastam do escopo da presente invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[018] Uma apreciação mais completa das realizações da invenção e muitas das vantagens atendidas das mesmas serão obtidas prontamente conforme as mesmas se tornam mais bem entendidas em relação à descrição detalhada a seguir quando considerada em conjunto com os desenhos anexos, nos quais: a Figura1 ilustra uma vista lateral de uma das pás de um primeiro conjunto de pás de acordo com a presente invenção; as Figuras 2 e 3 ilustram vistas da pá da Figura 1 de acordo com as linhas II-II e III-III, respectivamente; a Figura 4 ilustra uma vista, similar à Figura 1, de uma das pás de um segundo conjunto de pás de acordo com a presente invenção; as Figuras 5 e 6 ilustram vistas da pá da Figura 4 de acordo com as linhas IV-IV e V-V, respectivamente; a Figura 7 ilustra uma porção de um tambor de rotor; a Figura8 ilustra um detalhe de uma porção periférica do tambor de rotor da Figura 7; a Figura 9 ilustra uma vista diferente de um detalhe de uma porção periférica do tambor de rotor da Figura 8; as Figuras 10 e 11 ilustram duas seções de acordo com as linhas X-X e XI-XI da Figura 7 do sulco de retenção de pá do tambor de rotor; as Figuras 12 e 13 ilustram duas etapas do processo de montagem de uma pá do primeiro conjunto de pás; a Figura 14 ilustra uma vista em perspectiva de um tambor de rotor porção com um anel de pá parcialmente montado; as Figuras 15 e 16 ilustram vistas em perspectiva do tambor de rotor com tudo, menos a última pá montada ao redor do tambor de rotor; a Figura 17 ilustra a etapa final de inserção da última pá; a Figura 18 ilustra uma vista em perspectiva do tambor de rotor com todas as pás e parte dos insertos montados no mesmo; as Figuras 19 e 20 ilustram vistas em perspectiva do rotor com o anel de pá na posição montada final; a Figura 21 ilustra uma seção de acordo com um plano radial de uma das pás do segundo conjunto na condição montada e travada; a Figura22 ilustra uma vista em perspectiva de um dos insertos usados para travar as pás em sua posição angular final; e a Figura 23 ilustra um sistema para montar as pás em um rotor de acordo com a técnica atual.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[019] A descrição detalhada a seguir das realizações se refere aos desenhos anexos. Os mesmos numerais de referência em desenhos diferentes identificam os mesmos elementos ou elementos similares. Adicionalmente, os desenhos não são necessariamente representados em escala. Além disso, a descrição detalhada a seguir não limita a invenção. Em vez disso, o escopo da invenção é definido pelas reivindicações anexas.
[020] A referência por todo o relatório descritivo a “uma (1) realização” ou a “uma realização” ou a “algumas realizações” significa que o recurso, a estrutura ou a característica particular descrita em conjunto com uma realização estão incluído em pelo menos uma invenção do relatório descritivo. Dessa forma, a ocorrência da frase “em uma (1) invenção” ou “em uma realização” ou “em algumas realizações” em diversos lugares por todo o relatório descritivo não se refere necessariamente à(s) mesma(s) realização(realizações). Adicionalmente, os atributos, estruturas ou características particulares podem ser combinados de qualquer maneira adequada em uma ou mais realizações.
[021] Na descrição a seguir e desenhos, será feita referência a um único disco de um rotor de turbina, ao redor do qual um anel de pás é montado. Deve ser entendido que uma pluralidade de tais discos ou um tambor com uma pluralidade de anéis de pás podem ser fornecidos dependendo do número de estágios da turbomáquina. Em geral, uma turbomáquina irá, de fato, incluir uma pluralidade de estágios, em que cada estágio compreende um anel de pás de rotação montado no rotor e um anel de pás fixas montadas em uma porção fixa da máquina. As pás de alguns ou todos dentre os estágios podem ser montadas no rotor conforme descrito abaixo no presente documento.
[022] Além disso, será feita referência especificamente a uma turbina e, em particular, a uma turbina a vapor, a título de exemplificação. No entanto, deve ser entendido que a mesma técnica de montagem pode ser usada para montar as pás em tipos diferentes de turbomáquinas, por exemplo, em compressores ou turbinas a gás axiais.
[023] Nos desenhos, um rotor 1 é composto por um tambor central 3 ao redor do qual uma pluralidade de pás 7A, 7B estão dispostas em uma configuração de anel. Nos desenhos, apenas uma “faixa” do rotor 1 é mostrada, que corresponde a um dos estágios de turbina. Deve ser entendido que, de fato, o rotor realmente tem uma extensão axial que depende do número de estágios e que para cada estágio, um anel de pás é montado no tambor de rotor ao longo de um sulco de retenção de pá correspondente.
[024] As Figuras 1 a 3 e 4 a 6 ilustram em detalhes o formato das pás 7A e 7B, respectivamente. A estrutura das pás será descrita em maiores detalhes posteriormente.
[025] O rotor 1 tem um eixo geométrico de rotação X-X e para cada estágio da turbomáquina, um sulco de retenção de pá de camada inferior 5 se desenvolve circunferencialmente ao redor do rotor 1. O sulco de retenção de pá 5 é conformado para reter as pás 7A, 7B montadas no mesmo por meio de uma corte transversal conformado em T ou cauda de andorinha do sulco de retenção de pá 5 e uma porção de raiz conformada de modo correspondente das pás 7A, 7B. Em geral, o formato em corte transversal do sulco de retenção de pá 5 e o formato correspondente das porções de raiz de pá são para que as pás possam ser presas ao rotor engatando-se as porções de raiz das pás em uma camada inferior formada pelo sulco de retenção de pá 5.
[026] Em algumas realizações (consulte Figuras 7 a 11), o sulco de retenção de pá 5 compreende uma fenda de entrada ou fenda de plataforma 5A, uma porção de gargalo intermediária 5B e uma porção de fundo 5C. A fenda de entrada 5A tem uma dimensão D1 na direção axial, isto é, na direção paralela ao eixo geométrico de rotação X-X do rotor 1. A porção intermediária 5B do sulco de retenção de pá 5 tem uma largura D2, menor que D1 e a porção de fundo ou interna 5C tem uma largura D3. A largura D3 pode ser idêntica à D1, conforme mostrado na Figura10 ou diferente, por exemplo, maior que D1. O corte transversal do sulco de retenção de pá 5 forma, desse modo, uma camada inferior 5D para retenção radial das pás 7A, 7B. A fenda de entrada 5A é unida por duas paredes ou superfícies laterais anulares, preferencialmente planas 5E, 5F. Em algumas realizações, as paredes laterais 5E, 5F são, em geral, paralelas umas às outras e podem ser ortogonais ao eixo geométrico de rotor X-X. Em outras realizações, as paredes laterais 5E, 5F podem não ser paralelas.
[027] O corte transversal do sulco de retenção de pá 5 mostrado na Figura 10 é constante ao longo da extensão circunferencial completa do sulco de retenção de pá 5 que corresponde a um ângulo α (consulte, por exemplo, as Figuras 7, 13). Ao longo da porção remanescente da extensão circunferencial do mesmo, o sulco de retenção de pá 5 tem um formato em corte transversal ligeiramente diferente, conforme mostrado na Figura 11. Ao longo da dita porção remanescente, que corresponde a um ângulo β (consulte as Figuras 7, 13, por exemplo), e que se estende de uma primeira extremidade 5X para uma segunda extremidade 5Y, o sulco de retenção de pá 5 tem um corte transversal ampliado. O ângulo β pode estar na faixa, por exemplo, de cerca de 20° e 100°, preferencialmente entre cerca de 25° e 80° e, mais preferencialmente, entre cerca de 30 e 60°, por exemplo. Essa porção do sulco de retenção de pá 5 será chamada no presente documento de “porção de sulco ampliada”.
[028] O corte transversal da porção de sulco ampliada correspondente substancialmente ao corte transversal do sulco de retenção de pá 5 ao longo da porção que corresponde ao ângulo α, exceto por um formato diferente da fenda de entrada ou fenda de plataforma 5A. Ao longo da porção de sulco ampliada, a fenda de entrada 5A é formada entre a parede lateral 5E e uma parede lateral inclinada oposta 5F’. Essa última parede é inclinada e converte radialmente para fora em direção à parede lateral oposta 5E. Em algumas realizações a parede lateral inclinada 5F’ pode ser substancialmente cônica, o eixo geométrico da superfície cônica da mesma é coincidente com o eixo geométrico de rotação X-X do rotor 1. A parede lateral 5F’ também pode ter um formato diferente daquele mostrado nos desenhos. Em geral, a parede lateral 5F’ é conformada de modo a formar uma camada inferior para os propósitos que se tornarão evidentes a partir da descrição a seguir.
[029] A largura da fenda de entrada 5A ao longo da porção de sulco ampliada é, desse modo, variável a partir de uma dimensão mínima D5 para uma dimensão máxima D4. D5 é maior que D1. Em outras realizações, a largura da fenda de entrada 5A ao longo da porção de sulco ampliada pode variar em etapas, aumentando em uma direção radialmente para dentro, de modo a formar uma camada inferior.
[030] Por razões se tornarão mais evidentes a partir da descrição a seguir, cada anel de pás montado em um dos sulcos de retenção de pá 5 do rotor 1 compreende dois tipos de pás, que formam um primeiro conjunto de pás 7A e um segundo conjunto de pás 7B, que diferem ligeiramente um dos outros. As Figuras 1 a 3 ilustram uma pá 7A em isolamento. Cada pá 7A compreende uma porção intermediária de aerofólio 7F, uma porção de invólucro externa radialmente opcional 7S e uma porção de raiz radialmente interna 7R. Entre a porção de raiz 7R e a porção de aerofólio 7F, a pá 7A é dotada de uma plataforma 11. A porção de raiz 7R tem, em geral, duas superfícies planas 13 que, quando a pá 7A é montada no rotor 1, se estendem radialmente e, em geral, inclinadas, por exemplo, até cerca de 30° ou 40° ao eixo geométrico de rotor X-X. A porção de raiz 7R de cada pá 7A compreende adicionalmente duas denteações laterais 15, que definem um corte em formato de T inferior ou seção de camada inferior da porção de raiz 7R da pá. A seção em formato de T, rotulada 17, pode ser engatada na seção de camada inferior 5C do sulco de retenção de pá 5, em que cada pá 7A é travada no sulco de retenção de pá 5 conforme será descrito posteriormente.
[031] A plataforma 11 se estende de maneira lateral acima das denteações 15 que formam duas saliências opostas 19. Quando a pá 7A está em sua posição montada final no rotor 1, as saliências 19 agem em conjunto com as paredes laterais 5E, 5F definindo a fenda de entrada 5A do sulco de retenção de pá 5.
[032] As Figuras 4 a 6 ilustram uma pá 7B do segundo conjunto de pás, em isolamento. Os mesmos números de referência designam as mesmas partes ou correspondentes conforme já descrito em conexão com a pá 7A. A diferença principal entre as pás 7A do primeiro conjunto ou tipo e as pás 7B do segundo conjunto ou tipo é o formato de uma das duas saliências 19. Conforme pode ser melhor apreciado comparando-se as Figuras 1 e 4, uma das saliências 19 (um lado direito nos desenhos) de pá 7B tem uma superfície inclinada 19X. A largura total da pá 7B no nível das saliências 19 é, desse modo, menor que a largura da pá 7A. Em algumas realizações, ambas as saliências 19 das pás 7B podem ser chanfradas em uma extremidade, conforme mostrado em 19C (Figuras 5, 6).
[033] Cada anel de pás de um estágio de turbomáquina é formado por um grande número de pás 7A e um pequeno número de pás 7B. As pás 7A são dispostas ao redor da maior porção do sulco de retenção de pá 5, ao longo do ângulo α, enquanto as pás 7B do segundo conjunto de pás estão localizadas na porção de sulco ampliada que se estende do ponto 5X para o ponto 5Y ao longo do ângulo β do rotor.
[034] O procedimento para montar cada pá 7A da primeira pluralidade ou conjunto de pás no sulco de retenção de pá 5 será descrito agora com referência feita às Figuras 7, 12, 13 e 14. A distância entre as duas superfícies 13 que delimitam a porção de raiz 7R da pá 7 é ligeiramente menor que a dimensão axial D2 da seção intermediária 5B do sulco de retenção de pá 5, de modo que cada pá 7 possa ser introduzida no sulco de retenção de pá 5, orientando-se a porção de raiz 7R com as duas superfícies planas 13 aproximadamente ortogonais ao eixo geométrico de rotação X-X do rotor. Na Figura 7, uma primeira pá 7A é mostrada na posição inicial. A raiz 7R da pá 7A é introduzida no sulco de retenção de pá 5. Uma vez que a raiz de pá 7R foi introduzida no sulco de retenção de pá 5, a pá 7A é torcida ou girada ao redor de um eixo geométrico radial Y-Y da mesma. Na posição torcida final, as superfícies 15X das denteações são substancialmente ortogonais ao eixo geométrico de rotação X-X do rotor 1. Ao torcer a pá 7A, a seção em formato de T 17 da porção de raiz 7R da pá 7A engata a porção de fundo 5C do sulco de retenção de pá ampliado 5, de modo que a pá 7A esteja radialmente engatada no sulco de retenção de pá ampliado 5. Na posição torcida final, uma das saliências 19 da plataforma 11 está em contiguidade em relação à superfície lateral 5E da fenda de entrada 5A do sulco de retenção de pá ampliado 5. A pá 7A é, então, disposta de modo tangencial no sulco de retenção de pá não ampliado para alcançar sua posição final na fileira de pá e com ambas as saliências 19 que engatam as superfícies 5E e 5F.
[035] Esse procedimento é repetido para um número pás 7A suficiente para preencher todo o sulco de retenção de pá 5 exceto a porção de sulco ampliada, isto é, até que um anel de pá parcial que se estende ao longo de um ângulo α seja formado, conforme mostrado na Figura 14. Desse modo, as pás 7A montadas são travadas em sua posição angular e não giram ao redor de seus respectivos eixos geométricos radiais Y-Y conforme as saliências 19 estão em contiguidade em relação às superfícies laterais 5E, 5F do sulco de retenção de pá 5.
[036] A raiz de pá 7R pode ser chanfrada ou arredondada de modo adequado de uma maneira conhecida para os técnicos no assunto, para reduzir a dimensão D2 do sulco de retenção de pá 5 e para aumentar o número de pás 7A que formam cada anel de pá, isto é, para aumentar o ângulo α.
[037] Uma vez que diversas pás 7A suficientes para preencher o sulco de retenção de pá 5 ao longo do ângulo α foram montadas no rotor 1, as pás 7B do segundo conjunto de pás são montadas ao longo da porção remanescente de sulco ampliada de maneira bem similar.
[038] Conforme mencionado acima, a fenda de entrada 5A do sulco de retenção de pá 5 ao longo da porção de sulco ampliada é maior que a fenda de entrada 5A das porções maiores remanescentes do sulco de retenção de pá 5, de modo que as pás 7B do segundo conjunto de pás possam ser sobretorcidas uma vez introduzidas com sua porção de raiz 7R no sulco de retenção de pá 5, conforme mostrado nas Figuras 15 e 16. Sobretorcidos significa que uma vez que a porção de raiz 7R de uma pá 7B foi introduzida na porção de sulco ampliada, a pá 7B é girada sobre seu eixo geométrico radial Y- Y por um ângulo maior que o ângulo exigido para alcançar a posição final da pá. A sobretorção é tornado possível pela dimensão axial ampliada D4, D5 da fenda de entrada 5A ao longo da porção de sulco ampliada e pela dimensão reduzida de uma das saliências 19 das pás 7B do dito segundo conjunto de pás 7B. O chanfro 19C das saliências 19 de pás 7B (Figuras 4 a 6) aumenta a entidade do movimento de sobretorção.
[039] Na posição de sobretorção (Figuras 15, 16, 17) cada pá 7B assume uma dimensão tangencial, isto é, uma dimensão na direção fT, que é menor que a dimensão tangencial das pás 7 na posição angular final (Figuras 19, 20). Isso significa que as pás 7B assumem uma posição de passo mínimo, menor que o passo entre as pás do primeiro conjunto de pás 7A montadas ao longo da porção de sulco de retenção de pá que corresponde ao ângulo a. Desse modo, conforme mostrado nas Figuras 15, 16 e 17, uma vez que determinado número de pás 7B foi introduzido na porção de sulco ampliada e sobretorcida, as mesmas deixam uma lacuna livre G entre a primeira pá 7A (rotulada 7A1 nas Figuras 15, 16 17) do primeiro conjunto de pás 7A e a última pá do segundo conjunto de pás 7B, rotulada 7B1.
[040] Na lacuna livre G que é, desse modo, formada, uma última pá 7BX pode ser introduzida e torcida de modo a engatar a porção de raiz 7R da mesma no sulco de retenção de pá 5. Consulte Figura 17. A dimensão tangencial de lacuna G é maior que a largura da seção em formato de T da porção de raiz 7R, de modo que a última pá 7BX possa ser introduzida na lacuna com as superfícies 15A das denteações 15, paralelas ao eixo geométrico de rotação X-X do rotor 1 e, de modo subsequente, torcidas ao redor de seu próprio eixo geométrico radial Y-Y para assumir a posição final, com as superfícies 15A ortogonais ao eixo geométrico de rotação X-X.
[041] A fim de fechar a lacuna tangencial G e eliminar qualquer intervalo entre as pás 7A, 7B e travar as pás desse modo montadas na porção de sulco ampliada sem sua posição angular correta final, em que cada pá 7B disposta ao longo da porção de sulco ampliada, isto é, ao longo da porção de sulco corresponde ao ângulo β, deve ser torcida novamente da posição de sobretorção angular (Figuras 15 a 17) para a posição angular final (Figuras 18 a 20).
[042] Para mover cada pá sobretorcida 7B, 7B1, 7BX novamente para a posição angular final, insertos tangenciais 21 são introduzidos em um assento 20 formado ao longo da porção de sulco ampliada entre a parede lateral ou superfície lateral 5F’ e a superfície inclinada 19X da saliência 19 voltada para a parede lateral 5F’. A Figura 21 mostra um corte transversal da porção de sulco ampliada com uma porção de raiz de pá 7R e um inserto 21 inserido entre a raiz de pá 7R e a superfície 5F’.
[043] Na realização ilustrada nos desenhos, diversos insertos 21 idênticos ao número de pás 7B, 7B1, 7BX dispostos ao longo da porção de sulco ampliada são introduzidos no assento 20. Isso, no entanto, não é obrigatório. Um número diferente de insertos 21 pode ser usado. Em algumas realizações, mais insertos 21 que pás 7B ao longo do ângulo β podem ser usados. De modo recíproco, um número de insertos 21 menor que o número das pás 7B do segundo conjunto pode ser fornecido no assento 20. Em algumas realizações, um único inserto 21 pode ser introduzido no assento tangencial formado entre as pás 7B e a superfície lateral 5F’ do sulco de retenção de pá 5.
[044] O formato em corte transversal e dimensão de cada inserto 21 e do assento 20 são para que os insertos 21se engatem no assento 20 que empurra as respectivas pás 7B na posição angular final que gira as mesmas ao redor de seus eixos geométricos radiais Y-Y. Cada inserto 21 pode ser dotado de superfícies laterais inclinadas opostas 21A e 21B, conforme mostrado na Figura 22. As superfícies 21A e 21B convergem radialmente para fora, de modo que cada inserto 21 tenha um corte transversal geralmente em formato de cunha. A inclinação das superfícies laterais inclinadas 21A e 21B pode ser idêntica ou similar à inclinação da parede lateral 5F’ e da superfície 19X das saliências 19 de pás 7B localizadas ao longo da porção de sulco ampliada do sulco de retenção de pá 5. Ao introduzir de modo sequencial os insertos 21 no assento 20, as pás 7B ao longo da porção de sulco ampliada são giradas ou torcidas sobre seu respectivo eixo geométrico radial Y-Y na posição final e travadas na dita posição pela interferência entre os insertos 21 e as paredes laterais 5F’, 19X do assento 20. Tal interferência aumenta desde que mais insertos sejam introduzidos e mais pás 7B sejam forçadas em sua posição angular final. Na Figura18, os primeiros três insertos 21 foram introduzidos no assento tangencial 20. Nas Figuras 19, 20, o número total de insertos 21 foi introduzido no assento 20 e todas as pás 7B são travadas em sua posição angular final sobre os respectivos eixos geométricos radiais.
[045] O corte transversal em formato de cunha dos insertos 21 e o formato inclinado correspondente das superfícies ou paredes 19X e 5F’ geram um efeito de retenção radial, impedindo os insertos 21 de se moverem na direção oposta ao assento 20 sob o efeito da força centrífuga durante a operação da turbomáquina. Conforme notado acima, a parede 5F’ pode ser conformada de modo diferente, desde que a mesma forme uma camada inferior para reter radialmente os insertos 21.
[046] Em algumas realizações, em uma extremidade (5Y, no exemplo), as superfícies-guia alargadas de porção de sulco ampliada podem ser fornecidas para facilitar a inserção tangencial dos insertos 21 entre a superfície lateral ou parede inclinada 5F’ e as superfícies inclinadas 19X das saliências 19. As Figuras 8 e 9 mostram esquematicamente um formato possível das superfícies-guia alargadas fornecidas na extremidade de entrada 5Y da porção de sulco ampliada, na qual os insertos 21 são introduzidos. Em algumas realizações, uma superfície-guia de fundo 27 e uma superfície alargada lateral 29 podem ser fornecidas, definindo uma superfície-guia e deslizante para os insertos 21.
[047] Em algumas realizações, o último inserto introduzido 21, localizado na extremidade de entrada da porção de sulco ampliada (posição 5Y) pode ser preso ao rotor 1. Por exemplo, o dito último inserto 21 (rotulado 21X nas Figuras 19 e 20) pode ser soldado, caldeado, aparafusado, colado ou preso de qualquer outra maneira adequada ao tambor de rotor 3. A preensão do último inserto 21X ao tambor de rotor 3 é particularmente simples, visto que durante a operação da turbomáquina os insertos 21 são submetidos a forças centrífugas fortes que agem na direção radial e impedidos pelo corte transversal em formato de cunha dos insertos 21 e do assento 20, em que os últimos são introduzidos, enquanto substancialmente nenhuma força ou apenas forças negligenciáveis são aplicadas na direção tangencial. Os meios de preensão fornecidos para prender os últimos insertos 21 de modo tangencial ao rotor 1 são, portanto, fornecidos apenas por uma questão de segurança adicional.
[048] Na realização até o momento, os insertos 21 são introduzidos no assento 20 com um movimento substancialmente tangencial, com o auxílio da guia alargada e superfícies deslizantes 27, 29. Em algumas realizações, não mostradas, a inserção pode ser através de uma fenda radial usinada no tambor de rotor 3 e que alcança uma profundidade substancialmente correspondente ao fundo do assento 20. Uma vez que o inserto 21 foi introduzido radialmente na fenda, o mesmo pode ser transferido com um movimento tangencial no assento 20.
[049] A rotação das pás 7B dispostas ao longo da porção de sulco ampliada entre o ponto 5X e o ponto 5Y, na posição angular final (Figuras 19, 20), aumenta a dimensão tangencial de cada pá. O número de pás e o formato das mesmas são escolhidos para que, na posição montada final, um anel completo de pás seja formado, em que cada pá é forçada na direção tangencial em relação às pás limítrofes que removem qualquer intervalo entre as pás. As plataformas 11 das pás sequencialmente expostas 7A, 7B irão entrar em contato entre si formando um colar anular contínuo que envolve o sulco de retenção de pá 5. As porções de invólucro 7S das pás, se fornecidas, entrarão em contato entre si ao longo de respectivas saliências laterais. Algum grau de interferência entre as porções de invólucro mutualmente em contiguidade 7S pode ser gerado, que pode estar em contiguidade de modo torcido com a porção de aerofólio 7F, se assim exigido.
[050] Os insertos 21, desse modo, travam todo o anel de pás 7A, 7B na posição final. A torção de volta das pás 7A, 7B ao longo da porção de sulco ampliada (ângulo β) da posição de sobretorção para a posição montada final, ocasionada pela introdução dos insertos 21, remove o intervalo entre as pás.
[051] A desmontagem das pás, por exemplo, para propósitos de manutenção ou reparo, é obtida por uma sequência reversa de operações. Primeiro, o último inserto introduzido 21X é removido. Se um membro de preensão, como um parafuso, for fornecido, que trava de modo tangencial o inserto 21 ao tambor de rotor 3, o dito membro de preensão é removido. Posteriormente, os insertos 21X, 21 são removidos de modo sequencial do assento 20 deslizando-se os mesmos de modo tangencial para fora do assento 20 ao longo do sulco de retenção de pá 5. As pás 7BX, 7B1, 7B dispostas ao longo da porção de sulco ampliada entre o ponto 5X e o ponto 5Y são sobretorcidos em sua posição de dimensão tangencial mínima criando, desse modo, uma lacuna livre G, em que a pá 7BX pode ser torcida sobre o eixo geométrico radial Y-Y da mesma por aproximadamente 90° até que as superfícies 13 da raiz de pá 7R sejam posicionadas aproximadamente ortogonais ao eixo geométrico de rotação X-X do rotor 1. Uma vez que essa posição angular foi alcançada, a parte em formato de T da porção de raiz 7R de pá 7BX pode ser desengatada da camada inferior 5D formada na porção de fundo 5C do sulco de retenção de pá 5. A pá 7BX pode, desse modo, ser radialmente removida. As pás remanescentes 7B, 7A podem, agora, ser giradas individualmente em aproximadamente 90° e extraídas radialmente do sulco de retenção de pá 5 desengatando-se a respectiva seção em formato de T de cada pá da camada inferior 5D.
[052] A remoção dos insertos 21 pode ser facilitada fornecendo- se um entalhe ou similares em cada inserto 21X, 21. Na Figura 22, um entalhe 21N é fornecido em uma extremidade do inserto 21. Uma ferramenta, como uma chave de fenda, pode engatar o entalhe 21N para empurrar o inserto 21 para fora do assento 20.
[053] Embora as realizações da matéria descritas no presente documento tenham sido mostradas nos desenhos e completamente descritas acima com particularidade e em detalhes em conexão com diversas realizações, será evidente para os técnicos no assunto que muitas modificações, mudanças e omissões são possíveis sem que haja materialmente o desvio do escopo dos ensinamentos, dos princípios e dos conceitos inovadores apresentados no presente documento, e as vantagens da matéria mencionadas nas reivindicações anexas. Consequentemente, o escopo adequado das inovações deveria ser determinado apenas com propósitos interpretativos mais amplos das reivindicações anexas, de forma que abranja todas as tais modificações, mudanças e omissões. Além disso, a ordem ou a sequência de quaisquer etapas de processo ou de método pode ser variada ou ressequenciada, de acordo com as realizações alternativas.

Claims (21)

1. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, caracterizada por compreender: um rotor (1) e um anel de pás (7A, 7B) montado no rotor (1), em que cada pá (7A, 7B) compreende uma porção de aerofólio (7F) e uma porção de raiz (7R) inseridas em um sulco de retenção de pá (5) circunferencial do rotor (1); em que o sulco de retenção de pá (5) compreende uma porção de sulco ampliada, em que as pás (7A, 7B) na porção de sulco ampliada são giráveis ao redor de um respectivo eixo geométrico radial, para assumir uma posição de dimensão tangencial mínima; e em que pelo menos um inserto removível (21) é disposto ao longo da porção de sulco ampliada, entre as porções de raiz (7R) das pás (7A, 7B) localizadas na porção de sulco ampliada e uma parede lateral (5E, 5F) do sulco de retenção de pá (5), para forçar e travar as pás (7A, 7B) em uma disposição montada final; e em que as pás (7A, 7B) são divididas em um primeiro conjunto de pás (7A) e um segundo conjunto de pás (7B), em que o segundo conjunto de pás (7B) está disposto ao longo da porção de sulco ampliada e o primeiro conjunto de pás (7A) está disposto ao longo do remanescente do sulco de retenção de pá (5); e em que uma saliência (19) das pás (7A, 7B) do segundo conjunto de pás (7B) tem uma extensão axial menor que as saliências (19) do primeiro conjunto de pás (7A) e uma superfície inclinada que coatua com o pelo menos um inserto removível (21).
2. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo o pelo menos um inserto removível (21) ser alojado em um assento (20) que se estende de modo tangencial formado entre as porções de raiz (7R) das pás (7A, 7B) e a parede lateral (5E, 5F) da porção de sulco ampliada, em que o assento (20) e o pelo menos um inserto (21) têm um corte transversal configurado e disposto para reter radialmente o inserto (21) no assento (20).
3. TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender uma pluralidade dos insertos (21) dispostos de modo tangencial ao longo da porção de sulco ampliada.
4. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo sulco de retenção de pá (5) ter uma fenda de entrada (5A) e uma porção de fundo (5C) que forma uma camada inferior (5D) de retenção de pá (5); e por, ao longo da porção de sulco ampliada, a fenda de entrada (5A) ter uma dimensão (D1) axial maior que na parte remanescente do sulco de retenção de pá (5).
5. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por, ao longo da porção de sulco ampliada, a fenda de entrada (5A) formar uma camada inferior, que retem radialmente o pelo menos um inserto (21).
6. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por cada pá (7A, 7B) compreender uma plataforma de pá (11) entre a respectiva porção de aerofólio (7F) e a porção de raiz (7R); e pelo o pelo menos um inserto removível (21) ser engatado de modo forçado entre uma parede lateral (5E, 5F) do sulco (5) e a plataforma (11) das respectivas pás (7A, 7B) ao longo da porção de sulco ampliada.
7. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela porção de sulco ampliada e pelas porções de raiz (7R) das pás (7A, 7B) dispostas nas mesmas formarem camadas inferiores opostas que retêm radialmente o pelo menos um inserto (21) entre as mesmas.
8. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo o pelo menos um inserto (21) ser dotado de superfícies laterais (21A, 21B) que convergem radialmente para fora inclinadas, as quais coatuam com as porções de raiz de pá (7R) e a porção de sulco ampliada para reter radialmente o inserto (21) na porção de sulco ampliada.
9. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela porção de sulco ampliada ter uma extremidade de entrada (5Y) através da qual o pelo menos um inserto (21) é introduzido na porção de sulco ampliada ou removido da mesma.
10. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo o pelo menos um inserto (21) ser travado tangencialmente ao rotor (1), impedindo seu deslocamento em relação ao rotor (1).
11. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender um número de insertos (21) removíveis correspondendo ao número de pás (7A, 7B) na porção de sulco ampliada.
12. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, caracterizada por compreender: um rotor (1) e um anel de pás (7A, 7B) montado no rotor (1), em que cada pá (7A, 7B) compreende uma porção de aerofólio (7F) e uma porção de raiz (7R) inseridas em um sulco de retenção de pá (5) circunferencial do rotor (1); em que o sulco de retenção de pá (5) compreende uma porção de sulco ampliada, em que as pás (7A, 7B) na porção de sulco ampliada são giráveis ao redor de um respectivo eixo geométrico radial, para assumir uma posição de dimensão tangencial mínima; e em que pelo menos um inserto removível (21) é disposto ao longo da porção de sulco ampliada, entre as porções de raiz (7R) das pás (7A, 7B) localizadas na porção de sulco ampliada e uma parede lateral (5E, 5F) do sulco de retenção de pá (5), para forçar e travar as pás (7A, 7B) em uma disposição montada final; e em que a porção de sulco ampliada tem uma extremidade de entrada (5Y) através da qual o pelo menos um inserto (21) é introduzido na porção de sulco ampliada ou removido da mesma; e em que a extremidade de entrada (5Y) tem uma superfície-guia alargada para introduzir o pelo menos um inserto (21) na porção de sulco ampliada e para remover o pelo menos um inserto (21) da porção de sulco ampliada.
13. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por cada porção de raiz (7R) das pás (7A, 7B) compreender saliências opostas que se estendem axialmente coatuam com as paredes laterais (5E, 5F) opostas que se estendem tangencialmente do sulco, para reter cada pá (7A, 7B) em uma posição angula fixa em relação a um eixo que se estende radialmente à pá (7A, 7B); e, por, ao longo da porção de sulco ampliada, o pelo menos um inserto (21) ser disposto entre uma dentre as saliências opostas que se estendem axialmente das pás (7A, 7B) disposta ao longo da porção de sulco ampliada e uma parede lateral (5E, 5F) oposta que se estende tangencialmente do sulco (5), o pelo menos um inserto (21) sendo engatado de modo forçado entre a saliência que se estende axialmente e a parede lateral do sulco (5), assim retendo as pás (7A, 7B) em uma posição angular final.
14. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelas saliências opostas que se estendem axialmente das pás (7A, 7B) contatam o pelo menos um inserto (21) para formar uma camada inferior e a parede lateral (5E, 5F) da porção de sulco ampliada faceando as saliências opostas para formar uma camada inferior oposta, a camada inferior retendo radialmente o pelo menos um inserto (21) na porção de sulco ampliada.
15. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pela extremidade de entrada (5Y) ter uma superfície de fundo (27) e uma superfície lateral (29) que formam uma abertura de entrada alargada, que se estende tangencialmente e radialmente a partir de uma superfície externa do rotor (1) na porção de sulco ampliada.
16. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por compreender uma pluralidade de insertos (21) disposta tangencialmente ao longo da porção de sulco ampliada.
17. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por cada pá (7A, 7B) compreender uma plataforma de pá (11) entre a respectiva porção de aerofólio (7F) e a porção de raiz (7R); e pelo o pelo menos um inserto removível (21) ser engatado de modo forçado entre uma parede lateral (5E, 5F) do sulco (5) e a plataforma (11) das respectivas pás (7A, 7B) ao longo da porção de sulco ampliada.
18. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pela porção de sulco ampliada e pelas porções de raiz (7R) das pás (7A, 7B) serem nas mesmas formarem camadas inferiores opostas que retêm radialmente o pelo menos um inserto (21) entre as mesmas.
19. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo o pelo menos um inserto (21) ser dotado de superfícies laterais (21A, 21B) que convergem radialmente para fora inclinadas, as quais coatuam com as porções de raiz de pá (7R) e a porção de sulco ampliada para reter radialmente o inserto (21) na porção de sulco ampliada.
20. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo o pelo menos um inserto (21) ser travado tangencialmente ao rotor (1), impedindo seu deslocamento em relação ao rotor (1).
21. MONTAGEM DE TURBOMÁQUINA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por compreender um número de insertos (21) removíveis correspondendo ao número de pás (7A, 7B) na porção de sulco ampliada.
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