BR112015031029B1 - Munhão para turbina de alta pressão e motor turbojato - Google Patents

Abstract

MUNHÃO PARA TURBINA DE ALTA PRESSÃO E MOTOR TURBOJATO Trata-se de um munhão (23) para uma turbina de alta pressão (11), a estar disposto entre uma haste de uma turbina de baixa pressão (9) e uma superfície interna (34) de uma montagem de vedação (26) da turbina de baixa pressão (8), em que o munhão (23) é caracterizado por incluir uma extensão de lança-mento de queda (32) disposta de modo a se estender oposta a uma porção alargada (33) da superfície interna (34) da montagem de vedação (26), de modo que, quando o munhão (23) for girado ao redor da haste da turbina de baixa pressão (9), o óleo (H2), que tende a penetrar entre o munhão (23) e a montagem de vedação (26), seja arremessado através do efeito centrífugo da extensão de lançamento de queda (32) em direção à porção alargada (33) da superfície interna (34) da montagem de vedação (26).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a um munhão para turbina de alta pressão e um motor turbojato que inclui tal munhão.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os motores turbojato de corpo duplo compreendem dois corpos giratórios: um corpo de baixa pressão e um corpo de alta pressão, cujas rotações são independentes. Cada corpo inclui um compressor e uma turbina que aciona o compressor. Para esse propósito, cada corpo também inclui uma haste que conecta a turbina ao compressor para acionar o compressor na rotação.

[003] A haste de turbina de baixa pressão conecta o compressor de baixa pressão à turbina de baixa pressão. A haste de compressor de alta pressão conecta o compressor de alta pressão à turbina de alta pressão,

[004] Em tal motor turbojato, a haste de compressor de alta pressão se estende concentricamente ao redor da haste de turbina de baixa pressão.

[005] Além disso, a haste de compressor de alta pressão compreende um munhão de extremidade disposto no nível da extremidade de recepção da haste (extremidade conectada à turbina de alta pressão). A função do munhão de extremidade é suportar o rolamento no 4 disposto entre a haste de compressor de alta pressão e a haste de turbina de baixa pressão.

[006] A lubrificação do rolamento é assegurada circulando-se óleo através do rolamento. Devido ao efeito centrífugo produzido através da rotação da haste de compressor de alta pressão, o óleo circula através do rolamento e é evacuado a jusante do motor turbojato a fim de ser reciclado.

[007] Quando tal motor turbojato está em operação, o surgimento de fumos é percebido.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] Um objetivo da invenção é reduzir os fumos produzidos quando o motor turbojato é iniciado.

[009] As investigações conduzidas pelos inventores revelaram que a produção de fumos se deve a um acúmulo de óleo em algumas áreas quentes do motor turbojato, esse acúmulo de óleo é originado a partir do refluxo do óleo a montante do motor turbojato, que ocorre particularmente quando o motor turbojato gira a uma baixa velocidade.

[010] Esse problema é solucionado no escopo da presente invenção por meio de um munhão para uma turbina de alta pressão, destinado a estar disposto entre uma haste de turbina de baixa pressão e uma superfície interna de um suporte de vedação de uma turbina de baixa pressão, em que o munhão é caracterizado por compreender uma extensão de lançamento de queda disposta para se estender voltada para uma porção alargada da superfície interna do suporte de vedação, de modo que, quando o munhão for acionado em rotação ao redor da haste de turbina de baixa pressão, o óleo que tende a penetrar entre o munhão e o suporte de vedação seja projetado através do efeito centrífugo da extensão de lançamento de queda para a porção alargada da superfície interna do suporte de vedação.

[011] A extensão de lançamento de queda projeta o óleo que circula ao longo do munhão em direção à porção alargada da superfície interna do suporte de vedação, antes que o óleo possa penetrar entre o munhão e o suporte de vedação. Essa disposição, portanto, limita qualquer ressurgência do óleo a montante do motor turbojato.

[012] O munhão pode ter, adicionalmente, as seguintes características:- o munhão compreende uma reentrância disposta na superfície externa do munhão, a reentrância interrompe a penetração de óleo entre omunhão e o suporte de vedação e gera o desprendimento do óleo em direção à superfície interna do suporte de vedação através do efeito centrífugo,- a reentrância é uma ranhura anular disposta na superfície externa do munhão,- a extensão de lançamento de queda tem uma superfície externa inclinada em relação a um eixo geométrico de rotação do munhão, que tende a guiar o óleo em direção à reentrância através d efeito centrífugo quando o munhão é acionado em rotação,- o munhão compreende diversos flanges radiais adequados para formar um labirinto de vedação entre o munhão e o suporte de vedação.

[013] A invenção também se refere a um motor turbojato que compreende um compressor de baixa pressão, um compressor de alta pressão, uma turbina de alta pressão e uma turbina de baixa pressão, em que o motor turbojato compreende, adicionalmente:- uma haste de turbina de baixa pressão que conecta o compressor de baixa pressão à turbina de baixa pressão,- uma haste de compressor de alta pressão que se estende ao redor da haste de turbina de baixa pressão e que conecta o compressor de alta pressão à turbina de alta pressão,em que a turbina de baixa pressão compreende um suporte de vedação que tem uma superfície interna que tem uma porção alargada e a haste de compressor de alta pressão compreende um munhão tal como definido anteriormente, colocado entre a haste de turbina de baixa pressão e a superfície interna do suporte de vedação da turbina de baixa pressão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[014] Outras características e vantagens surgirão a partir da seguinte descrição que é puramente ilustrativa e não limitadora e deve ser considerada em relação às Figuras anexas, em que:- a Figura 1 ilustra esquematicamente, em corte longitudinal, um motor turbojato de corpo duplo,- a Figura 2 ilustra esquematicamente a circulação de óleo para lubrificar o rolamento no 4 em um motor turbojato que compreende um munhão convencional,- as Figuras 3 e 4 ilustram esquematicamente a circulação de óleo para lubrificar o rolamento no 4 em um motor turbojato que compreende um munhão conforme uma realização da invenção.

DESCRIÇÃO DE UMA REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO

[015] Na Figura 1, o motor turbojato ilustrado 1 compreende um invólucro 2, uma ventoinha 3, um corpo de baixa pressão 4, um corpo de alta pressão 5 e uma câmara de combustão 6.

[016] O corpo de baixa pressão 4 compreende um compressor de baixa pressão 7, uma turbina de baixa pressão 8 e uma haste de turbina de baixa pressão 9 que conecta o compressor de baixa pressão 7 à turbina de baixa pressão 8. A haste de turbina de baixa pressão 9 se estende de acordo com um eixo geométrico longitudinal X do motor turbojato 1. A turbina de baixa pressão 8 pode acionar o compressor de baixa pressão 9 em rotação através da haste de turbina de baixa pressão 9. Todo o corpo de baixa pressão 4, em seguida, é acionado em rotação em relação ao invólucro 2 ao redor do eixo geométrico X.

[017] O corpo de alta pressão 5 compreende um compressor de alta pressão 10, uma turbina de alta pressão 11 e uma haste de compressor de alta pressão 12 que conecta o compressor de alta pressão 10 à turbina de alta pressão 11. A haste de compressor de alta pressão 12 se estende ao redor da haste de turbina de baixa pressão 9 concentricamente em relação à mesma (ou seja, centralizada no eixo geométrico X). A turbina de alta pressão 11 pode acionar o compressor de alta pressão 12 em rotação através da haste decompressor de alta pressão 12. Todo o corpo de alta pressão 5, em seguida, é acionado em rotação em relação ao invólucro 2 ao redor do eixo geométrico X.

[018] Durante a operação, os corpos de baixa pressão 4 e de alta pressão 5 são acionados em rotação em relação ao invólucro 2 independentemente um do outro. Dessa forma, a haste de turbina 9 e a haste de compressor 12 são acionadas em rotação independentemente uma da outra ao redor do eixo geométrico longitudinal X do motor turbojato 1.

[019] Quando o motor turbojato 1 está em operação, o ar 13 é aspirado pela ventoinha 3 e é dividido em fluxo de ar primário 14 e fluxo de ar secundário 15, que circulam de montante para jusante do motor turbojato 1.

[020] O fluxo de ar primário 14 flui através do motor turbojato 1 de montante para jusante, passando sucessivamente através do compressor de baixa pressão 7, o compressor de alta pressão 10, a câmara de combustão 6, onde o mesmo é misturado com combustível para ser queimado, a turbina de alta pressão 11 e a turbina de baixa pressão 8. A passagem do fluxo de ar primário 14 através da turbina de alta pressão 11 e da turbina de baixa pressão 8 gera a rotação das turbines 11 e 8 o que, por sua vez, aciona o compressor de alta pressão 10 e o compressor de baixa pressão 7, assim como a ventoinha 3, em rotação através da haste de turbina 9 e da haste de compressor 12.

[021] As hastes 9 e 12 são suportadas e guiadas em rotação através de rolamentos 16, 17, 18 e 19 que são alojados em câmaras derolamento pressurizadas.

[022] Portanto, o primeiro rolamento 16 e o segundo rolamento 17 (respectivamente chamados de “rolamentos no 1” e “rolamento no 2”) estão interpostos entre um suporte de disco 20 do compressor de baixa pressão e o invólucro 2 do motor turbojato.

[023] O terceiro rolamento 18 (chamado de “rolamento no 3”) estádisposto em uma primeira extremidade 21 da haste de compressor de alta pressão 12, em que a primeira extremidade 21 está conectada à turbina de alta pressão 10. O terceiro rolamento 18 está interposto entre a haste de compressor de alta pressão 12 e o invólucro 2.

[024] O quarto rolamento 19 (chamado de “rolamento no 4”) está disposto em uma segunda extremidade 22 da haste de compressor de alta pressão 12, em que a segunda extremidade 22 está conectada ao compressor de alta pressão 11. O quarto rolamento 19 está interposto entre a haste de compressor de alta pressão 12 e a haste de turbina de baixa pressão 9.

[025] Na Figura 2, a haste de compressor de alta pressão 12 compreende um munhão de extremidade convencional 23 no nível de sua segunda extremidade 22. O rolamento 19 está interposto entre a haste de turbina de baixa pressão 9 e o munhão 23 da haste de compressor de alta pressão 12.

[026] O munhão 23 é fixado ao disco 39 da turbina de alta pressão 10 por meio de um flange aparafusado 40. Em outras palavras, o munhão 23 está preso, durante a rotação, à haste de compressor de alta pressão 12 por meio do flange 40.

[027] Além disso, o anel externo 28 do rolamento 19 é fixado ao munhão por meio de uma arruela 29 (chamada de “arruela de rolamento n o 4”), um pino 30 e um anel de trava 31 retido em uma ranhura anular 37 do munhão 23.

[028] O conjunto de munhão 23 + disco 39 + anel externo 28 + arruela 29 apresenta uma superfície interna 24 que se estende voltada para a haste de turbina de baixa pressão 9.

[029] A superfície interna 24 é alargada a jusante do motor turbojato 1 de modo a guiar o óleo H1 que circula ao longo de sua superfície interna 24 a jusante do motor turbojato através do efeito centrífugo quando ahaste de compressor de alta pressão 12 é acionada em rotação. O óleo H1 para lubrificar o rolamento 19, em seguida, é evacuado em direção à câmara de rolamento para ser reciclado.

[030] Além disso, o munhão 23 tem uma superfície externa 25 que se estende voltada para uma superfície interna 34 do suporte de vedação 26 da turbina de baixa pressão 8.

[031] A superfície externa 25 do munhão 23 compreende diversos flanges radiais 27 que formam um labirinto de vedação entre o munhão 23 e o suporte de vedação 26 da turbina de baixa pressão 8.

[032] Além disso, o ar é injetado entre a superfície externa 25 do munhão e a superfície interna 34 do suporte de vedação para manter a câmara de rolamento do rolamento 19 sob pressão.

[033] O suporte de vedação 26 da turbina de baixa pressão 8 também tem uma superfície interna 34 que tem uma porção alargada 33 a jusante do motor turbojato 1 de modo a guiar o óleo H1 que circula ao longo de sua superfície interna 34 a jusante do motor turbojato através do efeito centrífugo.

[034] Conforme ilustrado na Figura 2, foi observado que, quando a haste de alta pressão 12 é acionada em rotação ao redor do eixo geométrico X, o óleo H2 pode penetrar entre o munhão 23 e o suporte de vedação 26 elevando-se ao longo do suporte de vedação 26 a jusante do motor turbojato 1. O óleo H2 pode infiltrar, em seguida, partes quentes do motor turbojato 1 e gerar o surgimento de fumos indesejáveis. Esse fenômeno foi observado, em particular, quando o motor turbojato 1 opera a uma baixa velocidade e o efeito centrífugo é inadequado para neutralizar a penetração do óleo H2 entre o munhão 23 e o suporte de vedação 26.

[035] Nas Figuras 3 e 4, a haste de compressor de alta pressão 12 compreende um munhão de extremidade 23 de acordo com uma realizaçãoda invenção.

[036] O rolamento 19 está interposto entre a haste de turbina de baixa pressão 9 e o munhão 23 da haste de compressor de alta pressão 12.

[037] O munhão 23 mostrado nas Figuras 3 e 4 é diferente do munhão 23 da Figura 2 no sentido de que o mesmo compreende uma extensão de lançamento de queda 32 que se estende voltada para a porção alargada 33 da superfície interna 34 do suporte de vedação 26.

[038] A extensão de lançamento de queda 32 se estende além da ranhura anular 37 disposta no munhão 23 para receber o anel de trava 31.

[039] Dessa forma, quando o munhão 23 é acionado em rotação ao redor da haste de turbina de baixa pressão 9, o óleo H2 que tende a penetrar entre a superfície externa 25 do munhão 23 e a superfície interna 34 do suporte de vedação 26 é projetado através do efeito centrífugo a partir da extensão de lançamento de queda 32 em direção à porção alargada 33 da superfície interna 34 do suporte de vedação 26.

[040] O óleo H2, em seguida, é guiado, através do efeito centrífugo, ao longo da superfície interna 33 do suporte de vedação a jusante do motor turbojato 1 para ser reciclado.

[041] Além disso, o munhão 23 compreende uma reentrância 38 disposta na superfície externa 25 do munhão, em que a reentrância 38 é produzida sob a forma de uma ranhura anular.

[042] A ranhura anular 38 interrompe a penetração do óleo H2 entre a superfície externa 25 do munhão 23 e a superfície interna 34 do suporte de vedação 26 gerando o desprendimento do óleo em direção à porção alargada 33 da superfície interna 34 do suporte de vedação 26 através do efeito centrífugo.

[043] Além disso, a extensão de lançamento de queda 32 tem uma superfície externa 35 inclinada em relação ao eixo geométrico de rotaçãoX da haste de compressor de alta pressão 12. A inclinação da superfície externa 35 é de modo que a superfície externa 35 tenda a guiar o óleo H2 em direção à reentrância 38 através do efeito centrífugo quando o munhão 23 é acionado em rotação.

[044] Por fim, o munhão 23 compreende diversos flanges radiais 27 que formam um labirinto de vedação entre a superfície externa 25 do munhão 23 e a superfície interna 34 do suporte de vedação 26.

Claims (4)

1. MUNHÃO (23) PARA TURBINA DE ALTA PRESSÃO (11),destinado a estar disposto entre uma haste de turbina de baixa pressão (9) e uma superfície interna (34) de um suporte de vedação (26) de uma turbina de baixa pressão (8), em que o munhão (23) é caracterizado por compreender uma extensão de lançamento de queda (32) disposto para se estender voltada para uma porção alargada (33) da superfície interna (34) do suporte de vedação (26), de modo que, quando o munhão (23) for acionado em rotação ao redor da haste de turbina de baixa pressão (9), um óleo (H2) que tende a penetrar entre o munhão (23) e o suporte de vedação (26) seja projetado, através do efeito centrífugo, a partir da extensão de lançamento de queda (32) em direção à porção alargada (33) da superfície interna (34) do suporte de vedação (26), em que o munhão compreende, adicionalmente, uma reentrância (38) disposta na superfície externa (25) do munhão (23), em que a reentrância (38) interrompe a penetração do óleo (H2) entre o munhão (23) e o suporte de vedação (26) e gera o desprendimento do óleo (H2) em direção à superfície interna (34) do suporte de vedação (26) através do efeito centrífugo, em que a extensão de lançamento de queda (32) tem uma superfície externa (35) inclinada em relação a um eixo geométrico de rotação (X) do munhão (23), que tende a guiar o óleo (H2) em direção à reentrância (38), através do efeito centrífugo, quando o munhão (23) é acionado em rotação.

2. MUNHÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopela reentrância (38) ser uma ranhura anular disposta na superfície externa (25) do munhão (23).

3. MUNHÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações1 a 2, caracterizado por compreender diversos flanges radiais (27) adequados para formar um labirinto de vedação entre o munhão (23) e o suporte de vedação (26).

4. MOTOR TURBOJATO (1) que compreende um compressorde baixa pressão (7), um compressor de alta pressão (10), uma turbina de alta pressão (11) e uma turbina de baixa pressão (8), caracterizado pelo o motor turbojato (1) compreender adicionalmente:- uma haste de turbina de baixa pressão (9) que conecta o compressor de baixa pressão (7) à turbina de baixa pressão (8),- uma haste de compressor de alta pressão (12) que se estende ao redor da haste de turbina de baixa pressão (9) e conecta o compressor de alta pressão (10) à turbina de alta pressão (11),em que a turbina de baixa pressão (8) compreende um suporte de vedação (26) que apresenta uma superfície interna (34) que tem uma porção alargada (33) e a turbina de alta pressão (11) compreende um munhão (23), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, disposto entre a haste de turbina de baixa pressão (9) e a superfície interna (34) do suporte de vedação (26) da turbina de baixa pressão (9).

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