BR112016002429B1

BR112016002429B1 - Pá de rotor de motor de turbina, compressor de motor de turbina, e, motor de turbina

Info

Publication number: BR112016002429B1
Application number: BR112016002429-0A
Authority: BR
Inventors: Damien Joseph Cellier; Alicia Lise Julia Dufresne; Philippe Pierre Marcel Marie Pelletrau; Vincent Paul Gabriel Perrot; Laurent Christophe Francis Villaines
Original assignee: Snecma
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2022-01-18
Also published as: EP3030749B1; RU2016107872A3; WO2015019009A3; RU2016107872A; CA2920335C; JP6430505B2; US20160195104A1; RU2707019C2; BR112016002429A2; FR3009588B1; CN105452608A; FR3009588A1; US10301941B2; EP3030749A2; WO2015019009A2; JP2016527443A; CA2920335A1; CN105452608B

Abstract

pá de rotor de motor de turbina, compressor de motor de turbina, e, motor de turbina. uma pá de motor de turbina móvel compreendendo uma palheta definida por uma pilha de seções elementares que são planas na direção radial, cada seção elementar sendo posicionada radialmente a uma altura de h, a altura de h sendo expressada como uma percentagem da altura total da palheta, e sendo localizada pelo ângulo de flecha (lambda) da mesma e o ângulo diédrico (nu) da mesma, em que a mudança no ângulo de flecha (lambda) dependendo da altura de h é de modo que o ângulo de flecha (lambda) atinja um máximo para uma altura h(lambda)m, o valor h(lambda)m estando entre 5% e 40 %, e o ângulo de flecha (lambda) aumentando entre 0% e h(lambda)m, e em que a mudança no ângulo diédrico (nu) dependendo da altura de h é de modo que o ângulo diédrico (nu) seja uma função decrescente de altura de h, para alturas de h entre 0% e um valor de h(nu)1, o valor de h(nu)1 estando entre 10% e 40%.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente descrição é relativa a uma pá de rotor de motor deturbina e, mais particularmente, a uma pá para o compressor de um motor de turbina de aviação tal como um turbojato de avião.

ESTADO DA TÉCNICA ANTERIOR

[002] Turbojatos de aviões compreendem de forma convencional, demontante para jusante, ter na direção de fluxo de gás: uma ventoinha; um ou mais estágios de compressor, por exemplo, um compressor de baixa pressão e um compressor de alta pressão; uma câmara de combustão; um ou mais de estágios de turbina, por exemplo, uma turbina de alta pressão e uma turbina de baixa pressão; e um bocal de descarga de gás. O ou cada compressor compreende um ou mais estágios de pás de motor que movem depois de um ou mais estágios de palhetas de estator (conhecidas como palhetas guias). As pás de rotor são arranjadas de maneira regular na periferia de um disco que é acionado pelo rotor do motor de turbina. As pás de rotor são fixadas ao rotor por meio de suas raízes, e cada uma compreende um aerofólio que se estende radialmente desde sua raiz até a extremidade livre (ou ponta) da pá.

[003] Na presente descrição o termo “direção axial” indica a direçãoque corresponde que ao eixo geométrico de rotação do rotor do motor de turbina. O termo “eixo geométrico do motor de turbina” indica este eixo geométrico de rotação. Uma direção radial é uma direção perpendicular ao eixo geométrico do motor de turbina e que intercepta dito eixo geométrico. Esta direção corresponde a raios do rotor. Finalmente, o termo “direção tangencial” é utilizado para indicar a direção perpendicular ao eixo geométrico do motor de turbina e uma direção radial, e não um interceptando o eixo geométrico do motor de turbina.

[004] Um aerofólio de pá pode ser definido como uma série de perfis planos ou seções de aerofólio que são empilhadas uma sobre a outra ao longo de uma linha conhecida como a linha de empilhamento, que começa da extremidade proximal do aerofólio (conectada à raiz da pá) e que vai até a extremidade distal do aerofólio (que corresponde à ponta da pá) interconectando os centros de gravidade das seções de aerofólio. A forma da pá pode ser definida por variações nos perfis de aerofólio entre a porção baixa (ou proximal) e a porção alta (ou distal) do aerofólio, por meio da torção aplicada a cada seção de aerofólio como uma função de sua posição ao longo da altura do aerofólio e pela forma fornecida para a linha de empilhamento.

[005] Quando um aerofólio de pá é definido desta maneira, cadaseção de aerofólio é posicionada radialmente a uma certa altura. O eixo geométrico de altura é orientado indo para longe do centro, tal que a altura aumenta indo da porção baixa ou proximal no sentido da porção alta ou distal do aerofólio. O plano de cada seção de aerofólio está assim a uma certa altura radial. Além disto, a posição de cada seção de aerofólio pode ser localizada por seu ângulo de flecha e seu ângulo diédrico. Estes ângulos medem as diferenças em direção entre o fluxo e a seção de aerofólio, como projetadas respectivamente sobre um plano radial e axial e sobre um plano que é axial e tangencial à direção de rotação do motor. Utilizando a notação mostrada nas figuras 1 e 2, estes ângulos podem ser expressos pelas equações a seguir, onde X indica o ângulo de flecha, v designa o ângulo diédrico, tanβ = Vu/Va, e tanΦ = Vr/Va, Vr, Vu e Va são os componentes nas direções radial, tangencial e axial do fluxo:

[006] Se o fluxo é puramente axial, o que é mais ou menos verdadeiro a montante da pá, o ângulo de flecha expressa o ângulo de inclinação da pá na direção axial, e o ângulo diédrico expressa o ângulo de inclinação da pá na direção tangencial. Um sinal negativo para o ângulo de flecha expressa um ângulo de inclinação de montante e um sinal positivo um ângulo de inclinação de jusante; um sinal negativo para o ângulo diédrico expressa um ângulo de inclinação no sentido do lado de pressão e um sinal positivo expressa um ângulo de inclinação no sentido do lado de sucção. Os ângulos de inclinação são definidos a partir de direções radiais para fora.

[007] O projeto de uma pá de motor de turbina e, maisparticularmente, de uma pá de compressor, precisa satisfazer diversos critérios multidisciplinares. O aerofólio da pá precisa ser otimizado em termos de eficiência (rendimento) enquanto tendo boa resistência mecânica, em particular, em altas velocidades de rotação para as quais as tensões mecânicas às quais a pá está submetida são as mais severas. O projeto de uma pá de compressor deve também corresponder a critérios de margem de surtos. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[008] A presente descrição provê uma pá de rotor de motor deturbina, e mais particularmente uma pá de compressor de motor de turbina, a pá compreendendo um aerofólio definido por seções de aerofólio planas empilhadas em uma direção radial, cada seção de aerofólio sendo posicionada radialmente em uma altura H, onde a altura H é expressa como uma porcentagem da altura total do aerofólio, e sendo localizada por seu ângulo de flecha X e seu ângulo diédrico v. O ângulo de flecha X varia como uma função da altura H, de tal maneira que um ângulo de flecha X alcança um máximo em uma altura HXM, o valor HXM ficando na faixa de 5% até 40%, e que o ângulo de flecha X aumenta desde 0% até HXM. O ângulo diédrico v V varia como uma função de H, de tal maneira que o ângulo diédrico v é uma função decrescente da altura H para alturas H que ficam na faixa de 0% até um valor Hv1, o valor Hv1 ficando na faixa de 10% até 40%.

[009] As relações acima para variações do ângulo de flecha X e doângulo diédrico v definem uma forma particular para a linha de empilhamento do aerofólio na porção baixa (ou proximal) do aerofólio. Esta forma particular torna possível melhorar o comportamento aeromecânico do aerofólio, isto é, aumentar a eficiência do aerofólio na linha de operação, enquanto reduzindo de maneira significativa tensões dinâmicas na porção baixa do aerofólio. Além disto, a margem de surto é pouco ou nada degradada por esta forma de aerofólio.

[0010] A menos que especificado ao contrário na presente descrição, os adjetivos topo, fundo, positivo, negativo, crescente, decrescente, convexo, e côncavo, são usados de maneira estrita, tal que uma função crescente (ou decrescente) não é constante e uma função convexa (ou côncava) não é linear.

[0011] Em certas modalidades cada seção de aerofólio tem uma corda C definida no plano da seção do aerofólio. A variação na corda C como uma função da altura H é tal que a corda C é uma função contínua e crescente da altura H; a corda C é uma função convexa da altura H para alturas H que ficam entre os valores HC1 e HC2, o valor HC1 ficando na faixa de 0% até 30% e o valor HC2 ficando na faixa de 40% até 70%; e a linha reta que conecta o ponto de valor de abscissa HC1 e valor de ordenada C(HC1) até o ponto de valor de abscissa HC2 e valor de ordenada C(HC2) tem uma inclinação que fica na faixa de 0,85 até 3,70.

[0012] Em certas modalidades, a linha reta que conecta o ponto de valor de abscissa HC1 e valor de ordenada C(HC1) e o ponto de valor de abscissa HC21 e valor de ordenada C(HC21) tem uma inclinação que fica na faixa de 1,20 até 11,40, o valor de abscissa HC21 sendo igual ao valor de abscissa HC1+20%.

[0013] Em uma dada altura, a corda de um aerofólio é o segmento de linha reta que interconecta o bordo de ataque à aresta traseira do aerofólio. Na presente descrição a altura do aerofólio é expressa como uma porcentagem da altura total do aerofólio e o valor da corda é expresso como uma porcentagem da corda média sobre a altura total do aerofólio. As inclinações das linhas acima especificadas são assim expressas sem unidades. As relações particulares para a variação da corda na porção baixa do aerofólio como definidas acima servem para melhorar ainda mais a eficiência, e para reduzir ainda mais as tensões dinâmicas na porção baixa do aerofólio.

[0014] Em certas modalidades a variação em ângulo de flecha X como uma função de H é tal que o ângulo de flecha X é positivo para alturas H que ficam na faixa de valores HX1 até HX2, os valores HX1 e HX2 ficando na faixa de 0% até 50%, e o ângulo de flecha X é negativo na faixa de 0% até HX1 até HX1 e/ou na faixa de HX2 até 100%.

[0015] Em certas modalidades, o valor do ângulo diédrico v varia como uma função de H de tal maneira que o ângulo diédrico v aumenta para alturas na faixa de Hv1 até Hv1+20%.

[0016] Em certas modalidades, o ângulo diédrico v varia como uma função de H de tal maneira que o ângulo diédrico v alcança um mínimo que é negativo para uma altura Hvm, o valor Hvm ficando na faixa de 10% até 40%.

[0017] Estas relações particulares para a variação dos ângulos de flecha e diédrico na porção inferior do aerofólio servem para melhorar ainda mais eficiência e reduzir ainda mais tensões dinâmicas na porção baixa do aerofólio.

[0018] A presente descrição também é relativa a um compressor de motor de turbina que inclui uma pluralidade de pás como descritas acima.

[0019] A presente descrição também é relativa a um motor de turbina que inclui uma pluralidade de pás como descritas acima.

[0020] As características e vantagens acima, e outras, aparecem na leitura da descrição detalhada a seguir de modalidades da pá proposta. Esta descrição detalhada se refere aos desenhos que acompanham.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0021] Os desenhos que acompanham são diagramáticos, e não estão necessariamente em escala, e eles buscam acima de tudo ilustrar os princípios da invenção.

[0022] A figura 1 é uma vista em seção transversal fragmentada e diagramática de um compressor de motor de turbina.

[0023] A figura 2 é uma vista em seção longitudinal fragmentada e diagramática de um compressor de motor de turbina.

[0024] A figura 3 mostra um exemplo de uma seção de pá individual.

[0025] A figura 4 mostra exemplos de relações para a variação noângulo de flecha X como uma função de altura H.

[0026] A figura 5 mostra exemplos de relações para a variação no ângulo diédrico v como uma função de altura H.

[0027] A figura 6 mostra um primeiro elemento de uma relação de corda C como uma função de altura H.

[0028] A figura 7 mostra um segundo exemplo de uma relação de corda C como uma função de altura H.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0029] Modalidades da pá de motor de turbina proposta estão descritas em detalhe abaixo com referência aos desenhos que acompanham. Estas modalidades mostram as características e as vantagens da invenção. Deveria, não obstante, ser relembrado que a invenção não está limitada a estas modalidades.

[0030] As figuras 1 e 2 são bem conhecidas das pessoas versadas na técnica, e servem para definir os ângulos n, μ e Φ de um aerofólio em relação ao fluido que escoa na direção a. Os ângulos n, μ e Φ são utilizados para calcular o ângulo de flecha X e o ângulo diédrico v utilizando as fórmulas fornecidas acima.

[0031] A figura 3 mostra um exemplo de uma seção de aerofólio de uma pá. Uma seção de aerofólio de uma pá é uma seção plana situada em um plano P que é perpendicular ao eixo geométrico radial da pá. O plano P de uma seção de aerofólio 1 está assim situado a uma certa altura radial H medida na direção radial r. O plano P pode assim ser provido com uma estrutura de referência cartesiana ortogonal (O, a, u) onde o eixo geométrico de abscissa a é um eixo geométrico paralelo à direção axial, que é orientado na direção normal do fluxo de gás, e onde o eixo geométrico de ordenada u é um eixo geométrico tangencial que é orientado a partir do lado de pressão no sentido do lado de sucção do aerofólio. A origem da estrutura de referência selecionada é tomada de modo que todas as origens das seções de aerofólio fiquem sobre a mesma projeção ortogonal sobre o plano da equação H = 0, isto é, sobre o plano perpendicular à direção radial r do aerofólio e de altura H ajustada em 0%. Deveria ser observado que altura H é expressa como uma porcentagem da altura total do aerofólio, e que uma vez que o eixo geométrico de altura se estende desde a porção baixa ou proximal do aerofólio até a porção alta ou distal do aerofólio, a altura H = 0 corresponde à extremidade proximal do aerofólio.

[0032] Na estrutura de referência cartesiana (O, a, u), o centro de gravidade G da seção de aerofólio tem um valor de abscissa (ou posição axial) Xg e um valor de ordenada (ou posição tangencial) Yg. Na presente descrição as relações para empilhar seções de aerofólio são fornecidas como uma função do ângulo de flecha X e como uma função do ângulo diédrico v no bordo de ataque do aerofólio.

[0033] A corda é o segmento de linha reta no plano da seção de aerofólio que conecta o bordo de ataque BA à aresta traseira do aerofólio. O termo “corda” C assim indica de maneira intercambiável este segmento e o comprimento deste segmento.

[0034] As figuras 4 até 7 mostram exemplos de relações para empilhar seções de aerofólio. A figura 4 mostra exemplos de relações para variação no ângulo de flecha X como uma função de altura H. A figura 5 mostra exemplos de relações para a variação no ângulo diédrico v como uma função de altura H. As figuras 6 e 7 mostram exemplos de relações para a variação na corda C como uma função de altura H.

[0035] A figura 4 mostra três exemplos 41, 42 e 43 de relações para variação no ângulo de flecha X como uma função de altura H, para alturas que ficam na faixa de 0% até 100% da altura do aerofólio. Em uma altura HXM que fica na faixa de 5% até 40%, o ângulo de flecha X alcança um máximo X(HXM). O máximo X(HXM) é preferivelmente positivo. Assim, um ângulo de flecha pode ser positivo sobre uma faixa de entre limites HX1 e HX2 e inclui o valor HXM. Os valores HX1 e HX2 podem ficar na faixa de 0% até 50%. Os valores HX1 e HX2 preferivelmente formam uma faixa de amplitudes que é maior do que ou igual a 10% da altura do aerofólio. Na figura 4 os valores HXM, X(HXM), HX1 e HX2 são marcados com referência a curva que representa a relação 41 para variação no ângulo de flecha X.

[0036] De maneira vantajosa, o ângulo de flecha aumenta para alturas que ficam na faixa de 0% até HXM. Como mostrado na figura 4, o ângulo de flecha na extremidade proximal do aerofólio, isto é, na altura 0%, pode ser positivo ou negativo. Se ele é positivo o valor HX1 pode, a título de exemplo, ser 0%, e um ângulo de flecha X pode, a título de exemplo, ser substancialmente 5° na extremidade proximal do aerofólio. Se ele é negativo, então um ângulo de flecha X pode ser negativo para alturas que ficam na faixa de 0% e altura HX1. A título de exemplo, o ângulo de flecha X na extremidade proximal do aerofólio pode ser substancialmente -10°. De maneira independente, o ângulo de flecha X pode ser negativo para alturas que ficam na faixa de HX2 até 100%. O ângulo de flecha X pode diminuir no mínimo para alturas que ficam na faixa de 90% até 100% ou entre HX2 e 100% ou aliás, HXM e 100%.

[0037] No exemplo de relação de variação 41 da figura 4 na medida em que o ângulo de flecha X é contínuo, negativo nas extremidades do aerofólio, e alcança um máximo que é positivo, a curva que representa o ângulo de flecha X cruza o eixo geométrico X = 0° em dois pontos. Na figura 4 estes pontos têm valores respectivos de abscissa HX1 e HX2.

[0038] A variação no ângulo de flecha X pode ser subdividida em três estágios que estão mostrados na figura 4 com referência à relação de variação 41, mas que pode ser generalizada para as outras relações de variação do ângulo de flecha X. Durante um primeiro estágio P1 desde 0% até HXM, o ângulo de flecha X aumenta desde um valor possivelmente negativo até seu máximo que é positivo. No segundo estágio P2 desde HXM até aproximadamente HX2+10%, o ângulo de flecha X diminui e se torna negativo novamente até que ele alcança um valor substancialmente igual ao seu valor na extremidade proximal do aerofólio (em H=0%). Em um terceiro estágio P3 desde HX2+10% até 100%, o ângulo de flecha X também diminui, porém de maneira menos acentuada do que no segundo estágio. O ângulo de flecha alcança seu mínimo na extremidade distal do aerofólio, isto é, para H=100%.

[0039] Cada uma das relações de variação 41, 42 e 43 está descrita em detalhe abaixo, com referência aos exemplos da figura 4. Na relação de variação 41, o ângulo de flecha X é negativo na extremidade proximal do aerofólio, e pode ser substancialmente 10°. Daí em diante ele aumenta até uma altura HXM que pode ser substancialmente 20%, onde ele alcança seu máximo de substancialmente 12°. Daí em diante ele diminui, cruzando através de 0°em uma altura HX2 que pode ser substancialmente 39%. Desde aproximadamente 50% o ângulo de flecha X na relação de variação 41 diminui mais lentamente e então diminui uma vez mais de forma mais íngreme de uma altura que pode ser substancialmente 78%.

[0040] Na relação de variação 42 o ângulo de flecha X é ligeiramente negativo na extremidade proximal do aerofólio, onde ele pode ser substancialmente -2°. Daí em diante ele aumenta até uma altura HXM que pode ser substancialmente 28%, onde ele alcança seu máximo de substancialmente 16°. Daí adiante ele diminui cruzando 0° a uma altura H/2 que pode ser substancialmente 48%. Neste ponto existe uma pequena mudança em inclinação, porém o ângulo de flecha / continua a diminuir de forma acentuada. Não obstante, como desde aproximadamente 90%, o ângulo de flecha / na relação de variação 42 diminui mais lentamente.

[0041] Na relação de variação 43 o ângulo de flecha / é positivo na extremidade proximal do aerofólio, onde ele pode ser substancialmente 3°. Daí em diante ele aumenta até uma altura H/M que pode ser substancialmente 18%, onde ele alcança seu máximo de substância aumente 17°. Daí em diante ele diminui cruzando 0° em uma altura H/2 que pode ser substancialmente 35%. Desde aproximadamente 50% o ângulo de flecha / na relação de variação 43 diminui mais lentamente e conserva esta taxa lenta de redução até que ele alcança seu mínimo na extremidade distal do aerofólio.

[0042] A figura 5 mostra quatro exemplos 51, 52, 53 e 54 de relações de variação do ângulo diédrico v como uma função de altura H para alturas que ficam na faixa de 0% até 100% da altura do aerofólio. O ângulo diédrico diminui desde 0% até uma altura Hv1 que fica na faixa de 10% até 40%. Na altura Hvm que fica desde Hv1 até 40%, o ângulo diédrico alcança um mínimo v(Hvm). O mínimo v(Hvm) é preferivelmente negativo. Como mostrado na figura 5, os valores Hv1 e Hvm podem possivelmente coincidir. O ângulo diédrico v pode também ser negativo na extremidade proximal do aerofólio, isto é, em uma altura H=0%. Além disto, nos exemplos mostrados na figura 5 o ângulo diédrico v aumenta desde Hvm até Hm+20%. Como desde Hvm+20%, e até 100%, o ângulo diédrico v pode seguir uma relação convencional conhecida da pessoa versada na técnica. Uma pluralidade de diferentes relações complementares está desenhada na figura 5 para alturas que ficam na faixa de 60% até 100%.

[0043] As relações de variação 51, 52 e 53 da figura 5 têm em comum o fato que o ângulo diédrico v diminui desde 0% até o valor Hvm onde o valor Hvm fica na faixa de 10% até 20% dependendo da relação em consideração. Na extremidade proximal do aerofólio (H=0%) o ângulo diédrico v pode ficar na faixa de -20° até -5° dependendo da relação sob consideração. O mínimo v(Hvm) alcançado em uma altura Hvm pode ficar na faixa de -25° até -10° dependendo da relação sob consideração. As relações 51, 52 e 53 também têm em comum o fato que o ângulo diédrico v aumenta desde o valor Hvm até aproximadamente 50%, e que ele é negativo para alturas que ficam na faixa de 0% até aproximadamente 50%.

[0044] As relações de variação 51, 52 e 53 diferem consideravelmente para alturas de aerofólio de mais do que aproximadamente 50%. Na relação de variação 51 desenhada como uma linha contínua em negrito o ângulo diédrico v é substancialmente constante desde aproximadamente 50% sobre uma faixa de 10% até 20%, depois do que ele aumenta uma vez mais, porém mais lentamente do que desde Hvm até aproximadamente 50%. Ele é positivo na extremidade distal do aerofólio. Na relação de variação 52 desenhada como uma linha fina tracejada, o ângulo diédrico v aumenta de maneira contínua desde aproximadamente 50% sobre uma faixa de aproximadamente 25% até 40% enquanto permanecendo negativo; daí em diante ele diminui fortemente sobre os últimos 10% até 25% da altura do aerofólio (indo no sentido da extremidade distal). Na relação de variação 53 desenhada como uma linha de corrente pontilhada, o ângulo diédrico v aumenta um pouco desde aproximadamente 50% sobre uma faixa de 10% até 20% e então diminui um pouco, sendo quase constante sobre os últimos 5% até 20% da altura do aerofólio (no sentido da extremidade distal).

[0045] Na figura 5 os valores Hvm e v(Hvm) e Hv1 estão marcados com referência à curva que representa a relação 51 para variação no ângulo diédrico v.

[0046] Como mostrado na figura 5, na relação de variação 51 o ângulo diédrico v é negativo na raiz do aerofólio onde ele pode ser substancialmente -15°. Ele diminui até uma altura Hvm que pode ser substancialmente 14%. Daí em diante ele aumenta até uma altura substancialmente 50%. Daí em diante ele aumenta, porém de forma mais lenta como uma função de altura. A título de exemplo, na relação de variação 51 o ângulo diédrico v é negativo sobre substancialmente toda a altura do aerofólio. O ângulo diédrico v pode ser positivo sobre os últimos poucos percentuais da altura do aerofólio, na ponta do aerofólio, isto é, na faixa de 97% até 100%, por exemplo.

[0047] Na relação de variação 52 o ângulo diédrico v é negativo na raiz do aerofólio e pode ser substancialmente -8°. Ele diminui até uma altura Hvm que pode ser substancialmente 22%. Daí em diante ele aumenta até uma altura substancialmente 80%. Ele então diminui uma vez mais como uma função de altura. Por exemplo, na relação de variação 52 o ângulo diédrico v é negativo sobre toda a altura do aerofólio. Não obstante, o ângulo diédrico v em uma relação de variação similar à relação de variação 52 poderia ser positivo em seus pontos mais altos, por exemplo, poderia ser positivo em torno de 80%.

[0048] Na relação de variação 53, o ângulo diédrico v é negativo na raiz do aerofólio e pode ser substancialmente -6°. Ele diminui até uma altura Hvm que pode ser substancialmente 22%. Daí em diante ele aumenta até uma altura substancialmente 70%. Ele então diminui um pouco como uma função de altura. Ele é praticamente constante na faixa de 90% até 100%. Por exemplo, na relação de variação 53 o ângulo diédrico v é negativo sobre toda a altura do aerofólio.

[0049] Na relação de variação 54, desenhada como uma linha fina contínua na figura 5, o ângulo diédrico v é positivo na raiz do aerofólio, onde ele pode ser substancialmente +2°. Ele diminui até uma altura Hvm que pode ser substancialmente 32%. Ele então aumenta como uma função de altura, inicialmente de maneira forte desde Hvm até substancialmente 55% e então mais lentamente desde substancialmente 55% até 100%. Por exemplo, na relação de variação 54, o ângulo diédrico v é positivo na raiz do aerofólio até uma altura de aproximadamente 8%. Ele pode ser negativo na faixa de substancialmente 8% até substancialmente 50%. Ele pode ser positivo uma vez mais na faixa de substancialmente 50% até 100%.

[0050] A pessoa versada na técnica irá entender que a forma característica da invenção é relativa, acima de tudo, à porção proximal do aerofólio. Uma pluralidade de variações no ângulo diédrico v na porção distal do aerofólio estão descritas acima. Certas características de certas curvas podem ser combinadas com características de outras curvas para criar novas relações para a variação no ângulo diédrico.

[0051] Relações para variação na corda estão descritas abaixo com referência às figuras 6 e 7. Em cada uma das figuras 6 e 7 uma linha tracejada mostra um exemplo de uma relação de corda convencional, onde um exemplo da nova relação proposta está desenhado utilizando uma linha contínua. O exemplo mostrado da relação convencional para variação em C é uma relação crescente que é afim ou ligeiramente côncava a partir da extremidade proximal do aerofólio até aproximadamente meio caminho da altura do aerofólio.

[0052] A altura H é expressa como uma porcentagem da altura total do aerofólio. Além das faixas para as quais as curvas das figuras 6 e 7 são desenhadas, as novas relações de variação propostas para C unem uma relação de variação convencional, por exemplo.

[0053] A figura 6 mostra um primeiro exemplo de uma relação para a variação da corda C como uma função de altura H para alturas que ficam na faixa de 0% é um valor HC2, o valor HC2 ficando na faixa de 40% até 70%. Por exemplo, na figura 6 o valor HC2 pode ser substancialmente 50%. A função C é contínua e crescente. A função C é uma função convexa da altura H para alturas H que ficam na faixa de valores HC1 até HC2, o valor HC1 ficando na faixa de 0% até 30%. A título de exemplo, HC1 um é 0% na figura 6. Neste exemplo a relação de corda proposta C é menor do que a relação de corda convencional para alturas que ficam na faixa de 0% até o valor HC2. A linha reta D5 que conecta o ponto de valor de abscissa 0%, isto é, HC1e o valor de ordenada C(0) até o ponto de valor de abscissa HC21 e valor de ordenada C(HC21) tem uma inclinação que fica na faixa de 1,20 até 11,40, o valor HC21 sendo igual a HC1 mais 20%, isto é, HC21 é igual a 20% neste exemplo.

[0054] A forma convexa da função C implica que em um estágio inicial para alturas que ficam na faixa de 0% até o valor HC21, a corda aumenta menos do que para a relação de variação convencional mostrada enquanto durante um segundo estágio para alturas que ficam na faixa de HC21 e HC2, a corda aumenta por mais do que a relação de variação convencional (desenhada como uma linha tracejada). Isto possibilita a relação proposta a retornar para a relação de variação convencional que ela junta em uma altura próxima ao valor HC2.

[0055] A figura 7 mostra um segundo exemplo de uma relação para a variação na corda C como uma função de altura H para alturas que ficam na faixa de 0% até um valor HC2, onde o valor HC2 fica na faixa de 40% até 70%. A título de exemplo, na figura 7 o valor HC2 pode ser substancialmente 50%. A função C é contínua e crescente. A função C é uma função convexa de altura H para alturas H que ficam na faixa de valores HC1 até HC2, o valor HC1 ficando na faixa de 0% até 30%. A título de exemplo, na figura 7 o valor HC1 pode ser aproximadamente 16%. A relação de corda proposta C é ligeiramente maior do que a relação convencional para alturas que ficam na faixa de 0% até aproximadamente 7%, e menos do que a relação convencional para alturas que ficam na faixa de aproximadamente 7% até o valor HC2. A linha reta D5 que conecta o ponto de valor de abscissa HC1 e valor de ordenada C(HC1) até o ponto de valor de abscissa HC21 e valor de ordenada C(HC21), onde o valor HC21 é 36% (isto é, HC1 mais 20%), apresenta uma inclinação que fica na faixa de 1,20 até 11,40.

[0056] A relação proposta substancialmente segue a relação afim convencional desenhada como uma linha tracejada para alturas que ficam na faixa de 0% até 7%, aproximadamente. Ela é côncava na faixa de 0% até HC1. O ponto de valor de abscissa HC1 e de valor de ordenada C(HC1) é um ponto de inflexão na curva que representa a relação proposta.

[0057] Além disto, uma vez que a função C é convexa para valores de H que ficam na faixa de HC1 até HC2, a linha D5 que conecta o ponto de valor de abscissa HC1 e valor de ordenada C(HC1) até o ponto de valor de abscissa HC21 e valor de ordenada C(HC21) tem uma inclinação que é menor do que aquela da linha que conecta o ponto de valor de abscissa HC21 e valor de ordenada C(HC21) ao ponto de valor de abscissa HC2 e valor de ordenada C(HC2). Em um primeiro estágio para alturas que ficam na faixa de HC1 até o valor HC21, a corda C aumenta menos do que para a relação convencional mostrada enquanto em um segundo estágio para alturas que ficam na faixa de HC21 até HC2, a corda aumenta mais do que para a relação convencional. Isto possibilita a relação proposta retornar no sentido da relação conhecida que ela junta em uma altura H próxima ao valor HC2.

[0058] Por razões de concisão, certos aspectos bem conhecidos em projetar e fazer uma pá de motor de turbina não estão descritos na presente descrição, e pessoas versadas na técnica podem se apoiar em seu conhecimento destes aspectos para fazer uma pá da invenção.

[0059] Em particular, como explicado acima, a forma de um aerofólio é definida não somente pela forma da linha de empilhamento das seções do aerofólio, mas também pelas formas daquelas seções de aerofólio ao longo do aerofólio e pelas porções aplicadas a estas seções de aerofólio como uma função de altura. Partindo de uma certa linha de empilhamento, pessoas versadas na técnica são elas próprias capazes de selecionar seções de aerofólio de forma e torção apropriadas à aplicação projetada.

[0060] As modalidades ou implementações descritas na presente descrição são fornecidas a título de ilustração não limitativa, e à luz desta descrição pessoas versadas na técnica podem facilmente modificar estas modalidades ou implementações, ou podem prever outras, enquanto permanecendo dentro do escopo da invenção.

[0061] Além disto, as diversas características destas modalidades ou implementações podem ser utilizadas isoladamente ou em combinação com outra. Quando elas são combinadas, as características podem ser combinadas como descrito acima, ou em outras maneiras, a invenção não estando limitada a combinações específicas descritas na presente descrição. Em particular, a menos que especificado ao contrário, uma característica que está descrita com referência a qualquer modalidade ou implementação, pode ser aplicada em maneira análoga a alguma outra modalidade ou implementação.

Claims

1. Pá de rotor de motor de turbina, caracterizada pelo fato de compreender um aerofólio definido por seções de aerofólio planas empilhadas em uma direção radial, cada seção de aerofólio sendo posicionada radialmente a uma altura H, em que a altura H é expressada como uma percentagem da altura total do aerofólio, e sendo localizada por seu ângulo de flecha X no bordo de ataque e seu ângulo diédrico v no bordo de ataque, em que o ângulo de flecha X varia como uma função da altura H de modo que:• o ângulo de flecha X atinja um máximo a uma altura HXM, o valor de HXM ficando na faixa de 5% a 40%; e• o ângulo de flecha X aumente de 0% para HXM;e em que o ângulo diédrico v varia como uma função de H de tal maneira que o ângulo diédrico v seja uma função decrescente da altura H para as alturas H que ficam na faixa de 0% até um valor de Hv1, o valor de Hv1 ficando na faixa de 10% a 40%.

2. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada seção de aerofólio tem uma corda C definida no plano de seção do aerofólio, a variação na corda C como uma função da altura H de modo que:• a corda C seja uma função contínua e crescente da altura H;• a corda C seja uma função convexa de altura H para as alturas H na faixa de valores de HC1 até HC2, o valor de HC1 ficando na faixa de 0% a 30%, e o valor de HC2 ficando na faixa de 40% a 70%; e• a linha reta, conectando o ponto do valor da abscissa HC1 e do valor da ordenada C(HC1) ao ponto do valor da abscissa HC2 e do valor da ordenada C(HC2), tem uma inclinação que fica na faixa de 0,853,70.

3. Pá de rotor de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a linha reta, que conecta o ponto do valor da abscissa de HC1 e do valor da ordenada C(HC1) para o ponto do valor da abscissa de HC21 e do valor da ordenada C(HC21), tem uma inclinação que fica na faixa de 1,20 a 11,40, o valor da abscissa de HC21 sendo igual ao valor da abscissa de HC1 mais 20%.

4. Pá de rotor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a variação no ângulo de flecha X como uma função de H é de forma que o ângulo de flecha X seja positivo para as alturas H que ficam na faixa de valores de HX1 a HX2, os valores H1X e HX2 que ficam na faixa de 0% a 50%, e o ângulo de flecha X é negativo na faixa de 0% para HX1 e/ou de 100% na faixa de HX2.

5. Pá de rotor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o valor do ângulo diédrico v varia como uma função de H, de tal maneira que o ângulo diédrico v aumente para alturas na faixa de Hv1 a Hv1+20%.

6. Pá de rotor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o ângulo diédrico v varia como uma função de H, de tal maneira que o ângulo diédrico v atinja um mínimo que é negativo para uma altura Hvm, o valor de Hvm ficando na faixa de 10% a 40%.

7. Compressor de motor de turbina, caracterizado pelo fato de que tem uma pluralidade de pás com definidas em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.

8. Motor de turbina, caracterizado pelo fato de que tem uma pluralidade de pás como definidas em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.