BR112015031415B1 - Caixa de acessórios de turbomáquina equipada com um separador de ar/óleo - Google Patents

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Abstract

caixa de acessórios de turbomáquina equipada com um separador de ar/óleo. caixa de acessórios (10) para uma turbomáquina, essa caixa sendo dotada de um separador de ar/óleo (12) e compreendendo um cárter (24) no qual são montados pinhões engrenados uns com os outros e dos quais um (18) é solidário de uma haste (22) coaxial de acionamento de pelo menos uma membrana filtrante (35) do separador, caracterizada pelo fato de que essa membrana filtrante é montada diretamente sobre um anteparo do pinhão (18), no interior do cárter.

Description

DOMÍNIO TÉCNICO
[0001] A presente invenção se refere a uma caixa de acessórios para uma turbomáquina, essa caixa de acessórios também chamada de AGB (acrônimo de ACCESSORY GEAR BOX) sendo dotada de um equipamento e em especial de um separador de ar/óleo.
ESTADO DA ARTE
[0002] A pesquisa contínua do desempenho de um motor aeronáutico induz a integrar a caixa de acessórios em um ambiente cada vez mais restrito. O volume global de uma caixa de acessórios participa para o desempenho global do motor. Torna-se portanto necessário reduzir o volume da caixa de acessórios e de seus equipamentos.
[0003] Uma caixa de acessórios para uma turbomáquina é destinada a transmitir uma potência mecânica originária da turbomáquina a equipamentos tais como uma bomba, um separador de ar/óleo, um gerador de eletricidade, etc. A caixa de acessórios compreende pinhões engrenados uns com os outros e dos quais pelo menos alguns são solidários de hastes coaxiais destinadas a acionar em rotação partes móveis ou rotores dos equipamentos.
[0004] Na técnica atual, a haste precitada de cada pinhão da caixa atravessa um orifício do cárter da caixa de acessórios e aciona em rotação a parte giratória do equipamento, no exterior da caixa de acessórios.
[0005] No caso em que o equipamento é um separador de ar/óleo, uma mistura de ar e de óleo é introduzida dentro do separador que é destinado a colocar em rotação a mistura a fim de separar o óleo do ar por efeito centrífugo. O ar separado do óleo é em seguida destinado a passar através de uma membrana filtrante que é colocada em rotação pela haste do pinhão e que retém as últimas gotículas de óleo contidas dentro do ar, o ar filtrado sendo em seguida encaminhado para uma saída de ar do separador. A haste do pinhão, que opera junto com o equipamento, é guiada em rotação por mancais exclusivamente montados dentro da caixa de acessórios.
[0006] No entanto, essa tecnologia não é satisfatória pois a caixa e o equipamento são volumosos demais, o que torna difícil a integração dos mesmos dentro da turbomáquina.
[0007] A invenção permite trazer uma solução simples, eficaz e econômica a esse problema.
EXPOSIÇÃO DA INVENÇÃO
[0008] A invenção propõe uma caixa de acessórios para uma turbomáquina, essa caixa sendo dotada de um separador de ar/óleo e compreendendo um cárter no qual são montados pinhões engrenados uns com os outros e dos quais um é solidário de uma haste coaxial de acionamento de pelo menos uma membrana filtrante do separador, caracterizada pelo fato de que essa membrana filtrante é montada diretamente sobre um anteparo do pinhão, no interior do cárter.
[0009] De acordo com a invenção, uma parte do equipamento (separador de ar/óleo) é alojada dentro do cárter da caixa de acessórios, quer dizer é integrada à caixa de acessórios. Isso é realizado pelo fato de que a parte giratória (membrana filtrante) do equipamento é pelo menos em parte alojada dentro desse cárter. Dito de outro modo, por oposição à técnica anterior na qual a parte giratória era situada no exterior da caixa de acessórios, a parte giratória é aqui alojada no interior da caixa. Isso permite simplificar o equipamento, por exemplo suprimindo para isso a árvore de acionamento da parte giratória do equipamento da técnica anterior, assim como seus mancais de guia (no caso de um separador de ar/óleo, a parte giratória pode já ser sustentada por mancais de transmissão), e se traduz por um ganho de massa e uma redução significativa do volume axial da caixa e do equipamento (o eixo considerado sendo aqui o eixo de rotação da haste de pinhão e da parte giratória do equipamento).
[0010] De acordo com a invenção, o equipamento é um separador de ar/óleo e sua parte giratória compreende uma membrana filtrante montada diretamente sobre um anteparo do pinhão, no interior do cárter. A parte giratória do equipamento pode assim ser guiada em rotação pelos mancais de guia do pinhão, o que permite melhorar a confiabilidade do conjunto. A membrana pode ser aplicada e fixada sobre o pinhão.
[0011] O pinhão pode compreender uma denteadura ligada à haste do pinhão por dois braços, por exemplo radiais, que formam o anteparo precitado e que definem entre si aberturas de passagem de ar que circula dentro do separador.
[0012] A membrana pode ser montada axialmente a montante do anteparo e ser destinada a ser atravessada por uma mistura de ar e de óleo e a reter o óleo dessa mistura.
[0013] O separador pode compreender um cárter que circunda pelo menos uma parte da haste do pinhão e que define uma cavidade interna substancialmente cilíndrica, e uma ou várias entradas de uma mistura de ar e de óleo substancialmente tangenciais dentro da cavidade.
[0014] O cárter pode compreender em sua superfície interna pelo menos uma aleta helicoidal de colocação em rotação da mistura de ar e de óleo introduzida dentro da cavidade para a separação por efeito centrífugo de pelo menos uma parte do óleo do ar da mistura.
[0015] A haste pode ser substancialmente tubular e compreender em sua parede tubular orifícios radiais de passagem de ar depois de filtração pela membrana.
[0016] Um mancal de guia da haste do pinhão é de preferência montado entre a haste e um rebordo cilíndrico de um suporte do separador, tal como um suporte de rolamento.
[0017] A presente invenção se refere também a uma turbomáquina, tal como um turborreator, um turbopropulsor ou um turbomotor de avião ou de helicóptero, caracterizada pelo fato de que ela compreende uma caixa tal como descrita acima. DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0018] 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 e em referência aos desenhos anexos nos quais: • a figura 1 é uma vista bastante esquemática de uma caixa de acessórios de turbomáquina, na qual são montados dois equipamentos;• a figura 2 é uma vista bastante esquemática parcial em corte axial de uma caixa de acessórios equipada com um separador de ar/óleo, e representa a técnica anterior à invenção;• a figura 3 é uma vista bastante esquemática parcial em corte axial de uma caixa de acessórios equipada com um separador de ar/óleo, e representa a invenção; e• as figuras 4 a 7 são vistas esquemáticas parciais em perspectiva, e algumas em corte axial, de uma caixa de acessórios e de um separador de ar/óleo, de acordo com um modo de realização da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0019] É primeiro feito referência à figura 1 que representa de maneira bastante esquemática uma caixa de acessórios 10 para uma turbomáquina, tal como um turborreator, um turbopropulsor ou um turbomotor de avião ou de helicóptero, essa caixa 10 sendo equipada com acessórios ou com equipamentos 12 que são em número de dois no exemplo representado.
[0020] A caixa de acessórios 10 é destinada a transmitir uma potência mecânica originária da turbomáquina por intermédio de uma árvore radial que sai dessa última, e a transmiti-la aos equipamentos que são bombas, separadores ar/óleo, geradores de eletricidade, etc. A transmissão é efetuada por uma cadeia cinemática composta por pinhões 14, 16, 18, 20 sucessivos, que são em número de quatro no exemplo representado.
[0021] Os pinhões 16 e 20 compreendem cada uma deles uma haste 22 coaxial, que é formada de uma só peça com o pinhão correspondente, e que atravessa um orifício do cárter 24 da caixa de acessórios. A parte de extremidade da haste 22 de um pinhão, situada no exterior da caixa 10, permite acionar em rotação a parte giratória do equipamento 12 correspondente.
[0022] A figura 2 é uma vista bastante esquemática em escala ampliada da haste 22 de um pinhão 18 de um equipamento 12, que é aqui um separador de ar/óleo 30.
[0023] A haste 22 do pinhão é centrada e guiada em rotação por mancais 32 que são montados dentro do cárter 24 da caixa de acessórios 10. O equipamento compreende um conduto 26 fixo coaxial ao pinhão 18.
[0024] O separador de ar/óleo 30 compreende um cárter cilíndrico 34 que leva o conduto 26 e circunda a membrana 35, e no interior do qual é introduzida de maneira tangencial uma mistura de ar e de óleo (flecha 36), essa mistura é destinada a ser colocada em rotação dentro do cárter 34 a fim de separar por efeito centrífugo o óleo do ar da mistura, o ar empobrecido em óleo sendo em seguida destinado a atravessar a membrana 35 para que essa última retenha as gotículas de óleo restantes dentro desse ar. O óleo recuperado é evacuado (flecha 38) e o ar separado do óleo é encaminhado via o conduto 26 até a saída de ar do separador (flecha 40).
[0025] A tecnologia representada na figura 2, que representa a técnica anterior, tem o inconveniente de ser volumosa axialmente (eixo A). A invenção, esquematicamente representada na figura 3, permite corrigir esse problema graças à integração de uma parte do equipamento 12, a saber o separador 30 no exemplo precitado, dentro do cárter 24 da caixa de acessórios.
[0026] Isso é tornado possível pelo alojamento da parte giratória do equipamento dentro do cárter 24 da caixa. Além disso, o exemplo de realização descrito no que se segue permite a utilização de constituintes do pinhão no funcionamento do equipamento, notadamente a fixação da membrana filtrante diretamente sobre o anteparo do pinhão e a evacuação do ar diretamente na haste tubular do pinhão.
[0027] Na figura 3, a membrana filtrante 35 do separador 30 é de fato alojada dentro do cárter 24 e fixada sobre o pinhão 18. Uma parte do cárter 34 do separador é alojada no interior do volume do cárter 24 da caixa de acessórios 10 e serve por outro lado como suporte a um primeiro mancal 32a de guia da haste 22, um outro mancal 32b de guia da haste sendo levado pelo cárter 24 da caixa de acessórios 10.
[0028] É feito agora referência às figuras 4 a 7 que representam um exemplo mais concreto de realização da invenção, e nas quais os elementos já descritos no que precede são designados pelas mesmas referências.
[0029] O cárter 24 da caixa de acessórios 10 tem em seção uma forma substancialmente retangular, esse cárter compreendendo em uma de suas paredes uma abertura 42 de contorno substancialmente circular de montagem do separador de ar/óleo 30.
[0030] O separador 30 compreende um primeiro cárter 34a substancialmente cilíndrico que atravessa a abertura 42 do cárter 24 e compreende um flange anular 44 radialmente externo (em relação ao eixo A) de fixação do separador 30 sobre o cárter 24, esse flange 44 sendo aplicado e fixado por meios do tipo parafuso-porca (não representados) sobre a borda periférica da abertura 42.
[0031] O cárter 34a se estende em torno de uma parte da haste 22 do pinhão 18 e define em torno dessa última uma cavidade anular 46 de circulação de uma mistura de ar e de óleo. O cárter 34a compreende em sua superfície cilíndrica interna pelo menos uma aleta helicoidal interna 48 de colocação em rotação dessa mistura em torno da haste 22.
[0032] O separador 30 compreende em sua extremidade situada no exterior do cárter 24 um primeiro conduto 50 de introdução da mistura ar/óleo (flecha 36), esse conduto 50 sendo solidário do primeiro cárter 34a e sua passagem radialmente interna desembocando no interior da cavidade 46 do cárter 34a. O eixo longitudinal do conduto 50 é orientado tangencialmente em relação a uma circunferência centrada no eixo a de modo a facilitar a colocação em rotação da mistura dentro da cavidade, a mistura ar/óleo sendo destinada a girar em torno do eixo A e a se deslocar ao longo desse eixo a partir do exterior para o interior da caixa 10 (da direita para a esquerda na figura 4).
[0033] O separador 30 compreende também um segundo conduto 61 de evacuação do óleo separado do ar por efeito centrífugo (flecha 38), esse óleo se depositando sobre a superfície interna do cárter 34a e escoando em seguida na passagem interna do conduto 61 que tem também uma orientação tangencial em relação a uma circunferência centrada no eixo A. O segundo conduto 61 é solidário do cárter 34a e é aqui alojado no interior do cárter 24 da caixa 10 (figura 5).
[0034] O cárter 34a compreende em sua extremidade situada no exterior da caixa 10 um rebordo cilíndrico 52 de montagem de um suporte de rolamento 34b do separador. Esse suporte 34b define uma saída de ar do separador 30 depois de filtração da mistura precitada (flecha 40). Esse suporte 34b tem uma forma anular e compreende uma parede troncônica da qual as extremidades são ligadas respectivamente a rebordos cilíndricos 54, 56, o rebordo 54 situado no lado oposto à caixa 10 sendo montado no rebordo 52 do cárter 34a e fixado a esse último, e o outro rebordo 56 que circunda a parte de extremidade da haste 22 se estendendo no exterior do cárter 24 da caixa 10.
[0035] Uma junta anular de estanqueidade 58 é montada entre os rebordos 52, 54 e o rebordo 54 é ligada em uma extremidade a um flange anular externo 60 de fixação por meios do tipo parafuso-porca (não representados) sobre o cárter 34a.
[0036] O mancal de guia 32a é montado entre o rebordo 56 do suporte 34b e a parte de extremidade precitada da haste 22. O outro mancal 32b de guia da haste 22 é montado na extremidade oposta da haste, e é fixado sobre o cárter 24 da caixa 10.
[0037] O cárter 34 a e o suporte 34b são fixos e formam o estator do separador 30. A extremidade do cárter 34 a, oposta ao conduto 50 e ao suporte 34b, circunda um disco 62 de sustentação da membrana filtrante 35. Esse disco sendo montado e fixado sobre o anteparo do pinhão e formando, com a membrana filtrante 35, o pinhão 18 e sua haste 22, o rotor do separador 30. A membrana 35 compreende por exemplo um bloco de matéria alveolar tal como uma espuma.
[0038] O disco 62 compreende um cubo fixado no anteparo do pinhão, uma coroa anular 64 que circunda o cubo, e braços radiais 66 de ligação do cubo à coroa. Os braços 66 definem entre si aberturas axiais de passagem do ar que circula dentro da cavidade 46 e que foi empobrecido em óleo por efeito centrífugo (flecha 68), como explicado no que precede.
[0039] Em funcionamento, o disco 62 gira no interior do cárter 34a, esse último deslizando sobre a periferia externa da coroa 64 do disco 62. Uma estanqueidade dinâmica (que compreende por exemplo caneluras ou ranhuras) pode ser prevista entre o cárter 34a e a coroa 64 e/ou entre a haste 22 e o suporte de rolamento 34b.
[0040] O disco 62 é montado a montante do pinhão 18 (em relação à direção de escoamento do ar - flecha 68) e é fixado a esse último por parafusos 70 que atravessam orifícios axiais da coroa 64 do disco e do pinhão 18.
[0041] O pinhão 18 é formado de uma só peça com a haste 22 e compreende uma denteadura externa 72 que é ligada à haste por um anteparo formado por braços radiais 74 que definem entre si aberturas axiais de passagem de ar precitado (flecha 68). Os braços 66, 74 do disco e do pinhão são substancialmente alinhados axialmente. A denteadura 72 do pinhão 18 é destinada a ser engrenada com uma denteadura de um outro pinhão da caixa de acessórios 10.
[0042] O separador compreende por outro lado uma tampa 34c móvel, quer dizer que faz parte de seu rotor. Essa tampa 34c é montada no cárter 24 da caixa e tem uma forma anular que se estende em torno da haste 22. Ela tem uma forma substancialmente troncônica e é montada a jusante da membrana 35 e do pinhão 18, sua extremidade a montante de maior diâmetro sendo fixada na periferia externa do pinhão 18 e sua extremidade a jusante de menor diâmetro sendo fixada na haste 22. No exemplo representado, os parafusos 70 de fixação do disco 62 atravessam o pinhão e são aparafusados em orifícios rosqueados da tampa 34c.
[0043] Essa tampa 34c define um recinto anular em torno da haste 22 e a jusante da membrana 35 e do pinhão 18, esse recinto sendo alimentado com o ar separado do óleo, quer dizer o ar filtrado que sai da membrana 35 que é destinada a reter as gotículas de óleo contidas dentro do ar que a atravessa.
[0044] A tampa 34c circunda uma parte da haste 22 que é tubular e que compreende orifícios radiais 76 transpassantes de passagem do ar filtrado radialmente no interior da haste (flecha 78). O ar que penetra dentro da haste 22 é destinado a escoar no interior da haste de a jusante para a montante (da esquerda para a direita na figura 4) até a extremidade a montante aberta da haste de modo a que esse ar seja evacuado pela saída do separador 30 definida pelo suporte 34b (flecha 40).

Claims (9)

1. Caixa de acessórios (10) para uma turbomáquina, dita caixa sendo dotada de um separador de ar/óleo (12) e compreendendo um cárter (24) no qual são montados pinhões (14-20) engrenados uns com os outros e dos quais um pinhão (18) é solidário de uma haste (22) coaxial de acionamento de pelo menos uma membrana filtrante (35) do separador, caracterizada pelo fato de que a dita membrana filtrante é montada diretamente sobre um anteparo do pinhão (18), no interior do cárter.
2. Caixa de acessórios (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a membrana (35) é aplicada e fixada sobre o pinhão (18).
3. Caixa de acessórios (10) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o pinhão (18) compreende uma denteadura (72) ligada à haste (22) por braços (66) que formam o dito anteparo e que definem entre si aberturas de passagem de ar que circula dentro do separador (12).
4. Caixa de acessórios (10) de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a membrana (35) é montada axialmente a montante do pinhão (18) e é destinada a ser atravessada por uma mistura de ar e de óleo e a reter o óleo dessa mistura.
5. Caixa de acessórios (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o separador (12) compreende um cárter (34a) que circunda pelo menos uma parte da haste (22) do pinhão (18) e que define uma cavidade interna (46) substancialmente cilíndrica, e uma ou várias entradas de uma mistura de ar e de óleo substancialmente tangenciais dentro da cavidade.
6. Caixa de acessórios (10) de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o cárter (34a) compreende em sua superfície interna pelo menos uma aleta helicoidal (48) de colocação em rotação da mistura de ar e de óleo introduzida dentro da cavidade (46) para a separação por efeito centrífugo de pelo menos uma parte do óleo do ar da mistura.
7. Caixa de acessórios (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que a haste (22) do pinhão (18) é substancialmente tubular e compreende em sua parede tubular orifícios radiais (76) de passagem de ar depois de filtração pela membrana (35).
8. Caixa de acessórios (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que um mancal (32a) de guia da haste (22) do pinhão (18) é montado entre a haste e um rebordo cilíndrico (56) de um suporte (34a) do separador (12).
9. Turbomáquina, tal como um turborreator, um turbopropulsor ou um turbomotor de avião ou de helicóptero, caracterizada pelo fato de que compreende uma caixa de acessórios (10) do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.
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