BR112016013833B1

BR112016013833B1 - Compressor de turbomáquina e turbomáquina

Info

Publication number: BR112016013833B1
Application number: BR112016013833-3A
Authority: BR
Inventors: Pierre-Alain Francis Claude Sebrecht; Sébastien Cochon; Arnaud Langlois
Original assignee: Snecma
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2022-02-08
Also published as: US20160348530A1; JP6419831B2; FR3015594B1; CA2932998C; CA2932998A1; BR112016013833A2; RU2016123656A; CN105874171B; EP3084141B1; EP3084141A1; RU2670473C1; CN105874171A; WO2015092197A1; US10590794B2; FR3015594A1; JP2017501334A

Abstract

compressor de turbomáquina e turbomáquina a presente invenção trata de um compressor de turbomáquina, em particular de turbopropulsor ou de turborreator de avião, que compreende um estator que comporta um cárter anular e pelo menos uma fileira anular de lâminas com calibração variável, sendo que cada lâmina comporta uma extremidade radialmente externa que compreende um pivô montado em um orifício do cárter e ligado por um órgão de ligação a um anel de comando (38) apto a girar axialmente em relação ao cárter, e o órgão de ligação comporta uma primeira extremidade fixada ao pivô da lâmina e uma segunda extremidade comporta um pino inserido em um furo (52, 58) do anel de comando (38), caracterizado pelo fato de que pelo menos um (58) dos furos (52, 58) do anel de comando (38), que serve para a inserção dos pinos das órgãos de ligação, é de forma oblonga e se estende na direção circunferencial de forma a permitir o deslocamento do pino no referido furo oblongo (58), durante a rotação do anel de comando (38).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção trata de um compressor de turbomáquina, em particular um compressor de alta pressão de turbopropulsor ou de turborreator de avião.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] De modo conhecido, um compressor de turbomáquina compreende uma pluralidade de estágios de compressão comportando, cada um, uma fileira anular de lâminas móveis montada sobre uma árvore de rotor e uma fileira anular de lâminas de estator com calibração variável montada em suas extremidades radialmente externas sobre um cárter externo sensivelmente cilíndrico.

[003] A regulagem da calibração angular das lâminas de estator em uma turbomáquina se destina a otimizar o rendimento dessa turbomáquina e a reduzir seu consumo de combustível nas diferentes fases de voo.

[004] Cada uma das lâminas de estator com calibração variável compreende em sua extremidade radialmente externa um pivô radial que está centrado e é guiado em rotação dans um orifício do cárter externo. Cada pivô de lâmina está ligado por uma biela a um anel de comando que se estende em torno do cárter externo do compressor e que pode ser deslocado em rotação em torno do eixo longitudinal do compressor por meios de acionamento para transmitir às lâminas um movimento de rotação em torno dos eixos de seus pivôs.

[005] Cada biela está fixada no pivô de lâmina e comporta um pino cilíndrico inserido dentro um furo cilíndrico do anel de comando.

[006] Durante a rotação do anel de comando em torno de seu eixo, este provoca o giro das bielas e das lâminas em torno do eixo do pivô das lâminas. A faixa angular total de rotação das bielas é convencionalmente da ordem de 50 a 90°. O anel pode também ser deslocado axialmente de forma a acompanhar a trajetória dos pinos. Todas as lâminas se encontram então na mesma posição angular, para uma posição angular dada do anel de comando.

[007] Ora, em função do regime da turbomáquina, existe uma necessidade de poder adaptar a calibração das lâminas em função em particular de sua posição azimutal, isto é, da posição circunferencial da lâmina de estator no estágio correspondente. Os ângulos de calibração que permitem maximizar o rendimento da turbomáquina podem, portanto, ser diferentes em função das posições azimutais das lâminas de estator de um mesmo estágio.

[008] De fato, o fluxo de gás que escoa no conduto que atravessa o compressor de alta pressão não é homogêneo em toda sua circunferência, pois esse fluxo pode comportar bolsas que geram perdas de desempenho. Além disso, quando a turbomáquina funciona em regime elevado, esforços e torques consideráveis são exercidos sobre as lâminas, o que tem a tendência de deformar ligeiramente o anel de comando.

[009] A presente invenção tem em particular o objetivo de conferir uma solução simples, eficaz e econômica para esse problema, evitando ao mesmo tempo um hiperestatismo do sistema, o que impõe que as bielas tenham todas sensivelmente o mesmo tamanho.

[010] Para esse fim, ela propõe um compressor de turbomáquina, em particular de turbopropulsor ou de turborreator de avião, que compreende um estator que comporta um cárter anular e pelo menos uma fileira anular de lâminas com calibração variável, sendo cada lâmina comporta uma extremidade radialmente externa que compreende um pivô montado em um orifício do cárter e ligado por um órgão de ligação a um anel de comando apto a girar axialmente em relação ao cárter, e o órgão de ligação comporta uma primeira extremidade fixada no pivô da lâmina e uma segunda extremidade comporta um pino inserido em um furo do anel de comando, caracterizado pelo fato de que um pelo menos dos furos do anel de comando, que serve para a inserção dos pinos dos órgãos de ligação, é de forma oblonga e se estende na direção circunferencial de forma a permitir o deslocamento do pino no referido furo oblongo, durante a rotação do anel de comando.

[011] Dessa maneira, em função da forma do furo, é possível adaptar o ângulo de calibração de cada lâmina, de modo individual ou por grupos de lâminas, conservando ao mesmo tempo órgãos de ligação (por exemplo, bielas) que possuem o mesmo comprimento. Essa adaptação permite adaptar-se à heterogeneidade do fluxo de gás e corrigir eventuais deformações em regime elevado do motor.

[012] O furo oblongo que se estende na direção circunferencial não se estende necessariamente apenas na direção circunferencial, isto é, em um plano radial perpendicular ao eixo do anel de comando. De fato, o furo oblongo pode se estender ao mesmo tempo na direção axial e na direção circunferencial.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[013] De acordo com uma característica da presente invenção, os pinos são cilíndricos.

[014] Além disso, pelo menos um dos furos do anel de comando, que serve para a inserção dos pinos dos órgãos de ligação, pode ser de forma tal que ele bloqueia o deslocamento do pino no referido furo.

[015] Nesse caso, o anel de comando pode compreender pelo menos um furo cilíndrico, no qual é inserido um pino cilíndrico de um órgão de ligação, pois os diâmetros do pino e do furo cilíndrico são sensivelmente idênticos, e pelo menos um furo oblongo se estende circunferencialmente, no qual está inserido outro pino cilíndrico de outro órgão de ligação.

[016] De acordo com uma primeira forma de realização da presente invenção, o qual furo oblongo do anel de comando comporta uma primeira extremidade situada do lado de um primeira borda lateral do anel de comando, uma segunda extremidade situada do lado de uma segunda borda lateral do anel de comando, e as duas extremidades estão ligadas por uma área de ligação curva que apresenta um ponto de inflexão.

[017] De acordo com uma segunda forma de realização da presente invenção, o referido furo oblongo do anel de comando se estende unicamente na direção circunferencial.

[018] De acordo com uma terceira forma de realização da presente invenção, o referido furo oblongo do anel de comando se estende de forma oblíqua em relação à direção axial e em relação à direção circunferencial.

[019] De acordo com uma quarta forma de realização da presente invenção, o referido furo oblongo do anel de comando possui uma forma de arco de círculo.

[020] De acordo com uma quinta forma de realização da presente invenção, o referido furo oblongo do anel de comando comporta uma primeira extremidade que estende unicamente circunferencialmente e situada do lado de uma borda lateral do anel de comando, e uma segunda extremidade que se estende unicamente circunferencialmente e está situada do lado da outra borda lateral do anel de comando, as quais extremidades estão ligadas por uma área de ligação que estende de forma oblíqua em relação à direção circunferencial e em relação à direção axial.

[021] A presente invenção trata ainda de uma turbomáquina, tal como, por exemplo, um turbopropulsor ou um turborreator de avião, que comporta pelo menos um compressor do tipo precitado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[022] A presente invenção será mais bem entendida e outros detalhes, características e características da presente invenção aparecerão com a leitura da descrição a seguir feita a título de exemplo não limitativo em relação aos desenhos anexos nos quais: - a figura 1 é uma meia vista esquemática parcial em corte axial de um compressor alta pressão de um turborreator equipado de um sistema de comando de lâminas com calibração variável de acordo com a técnica anterior, - a figura 2 é uma vista esquemática em corte axial em maior escala do sistema de calibração angular de um estágio do compressor de a figura 1, - a figura 3 é uma vista em perspective de uma parte de um anel de comando, - a figura 4 é uma vista esquemática, de cima, de uma área do anel de comando ilustrado na figura 3, - as figuras 5 e 6 são vistas que correspondem respectivamente às figuras 3 e 4 e que ilustram uma primeira forma de realização da presente invenção, - a figura 7 é uma vista correspondente à figura 4 e que ilustram uma segunda forma de realização da presente invenção, - a figura 8 é uma vista correspondente à figura 4 e que ilustra uma terceira forma de realização da presente invenção, - a figura 9 é uma vista correspondente à figura 4 e que ilustra uma quarta forma de realização da presente invenção, - a figura 10 é um diagrama que representa a evolução do ângulo de calibração das lâminas de estator em função da posição angular do anel de comando, para cada uma das formas de realização das figuras 7, 8 e 9. - a figura 11 é uma vista correspondente à figura 4 e que ilustra uma quinta forma de realização da presente invenção, - a figura 12 é uma vista correspondente à figura 4 e que ilustra uma sexta forma de realização da presente invenção, - a figura 13 é uma vista correspondente à figura 4 e que ilustra uma sétima forma de realização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[023] Será feito primeiramente referência à figura 1 que representa uma meia-vista esquemática da parte a montante de um compressor alta pressão 10 de acordo com a técnica anterior, em corte de acordo com um plano que passa pelo eixo de rotação 12 da turbomáquina. O compressor de alta pressão 10 compreende um rotor formado de discos 14, 16, 18, 20 unidos axialmente entre si, e o rotor está em apoio sobre um mancal 22 por meio de um gonzo 24.

[024] Cada disco está disposto a jusante de uma fileira anular de lâminas de estator 26 com calibração variável. Cada lâmina de estator compreende em suas extremidades radialmente interna e externa pivôs cilíndricos 28, 30 coaxiais. O pivô cilíndrico interno 28 se estende para dentro a partir da lâmina de estator 26 e é centrado e guiado em rotação em um alojamento cilíndrico de um elemento anular do estator, e o pivô cilíndrico externo 30 se estende radialmente para fora e é centrado e guiado em rotação em uma chaminé cilíndrica 32 de um cárter externo 34 sensivelmente cilíndrico do compressor alta pressão 10.

[025] A regulagem da calibração angular das lâminas de estator 26 de um estágio é realizada por meio de bielas 36 que são acionadas em rotação por um anel de comando 38 montado de modo a poder girar em relação ao cárter 34 em torno do eixo 12. A oscilação total do anel de comando está, por exemplo, compreendido entre 5 e 20°. Um macaco hidráulico 40 permite o deslocamento simultâneo em rotação de vários anéis de comando 38. O anel 38 é, por exemplo, formado de duas partes 39 unidas entre si por meio de pontes(ligações) (não representadas) fixadas nas extremidades das referidas partes 39.

[026] As bielas 36 estão fixadas por uma extremidade sobre os pivôs radiais 30 das lâminas 26 com calibração variável, e esses pivôs 30 são guiados em rotação em buchas 42 montadas nas chaminés 32 do cárter 34 (figura 2). A extremidade da biela fixada no pivô de lâmina 30 é mantida radialmente sobre um rebordo 44 da bucha 42 por uma porca 46 parafusada na extremidade do pivô 30. A outra extremidade da biela 36 compreende um orifício no qual é guiado em rotação um pino cilíndrico radial 48 montado em um furo cilíndrico 52 do anel de comando 38. Os pinos 48 são mantidos na posição por linguetas curvas 50 fixadas no anel de comando 38. O anel de comando 38 pode igualmente ser deslocado axialmente em translação, de forma a acompanhar a trajetória circular dos pinos 48.

[027] Como se pode ver melhor na figura 3, as partes 39 do anel de comando 38 comportam outros furos 54, 56 que servem respectivamente para a fixação dos órgãos de ligação que permitem ligar as extremidades das duas partes 39 de o órgão de comando 38 entre si ou que servem para a fixação de sapatas de centragem que vêm se aplicar sobre uma pista praticada sobre a superfície externa do cárter.

[028] Durante a rotação do anel de comando 38 em torno de seu eixo 12, este último provoca o giro das bielas 36 e das lâminas 26 em torno do eixo dos pivôs 28, 30 das lâminas 26. Todas as lâminas 26 se encontram então em uma mesma posição angular, para uma posição angular dada do anel de comando 38, pois as bielas 36 possuem todas o mesmo comprimento.

[029] Ora, como indicado anteriormente, em função do regime da turbomáquina, existe uma necessidade de poder adaptar a calibração das lâminas 26 em função, em particular, de sua posição azimutal, isto é, da posição circunferencial da lâmina 26 de estator no estágio correspondente.

[030] A presente invenção atende a essa necessidade propondo um anel de comando 38 que permite adaptar a calibração angular das lâminas 26 de modo individual ou por grupo de lâminas 26, em função das posições azimutais das lâminas 26 envolvidas ou dos grupos de lâminas 26 envolvidos.

[031] As figuras 5 e 6 ilustram uma primeira forma de realização da presente invenção na qual uma parte dos furos nos quais estão inseridos os pinos cilíndricos 48 possuem uma forma oblonga (furos 58), e outra parte dos referidos furos são cilíndricos (furos 52) e de diâmetro sensivelmente idêntico ao dos pinos 48 correspondentes.

[032] Em particular, cada um dos furos oblongos 58 comporta uma primeira extremidade 60 situada do lado de uma primeira borda lateral ou borda a montante 62 do anel de comando 38, uma segunda extremidade 64 situada do lado de uma segunda borda lateral ou borda a jusante 66 do anel de comando 38, e as duas extremidades 60, 64 estão ligadas por uma área de ligação curva 68 que apresenta um ponto de inflexão.

[033] Assim, em funcionamento, o ângulo de calibração das lâminas 26 não varia da mesma maneira, em função da posição angular do anel de comando 38, para as lâminas 26 associadas aos furos cilíndricos 52 ou para as lâminas 26 associadas aos furos oblongos 58. Em função da forma dos furos 58, é, portanto, possível adaptar a variação do ângulo de calibração em função da posição angular do anel de comando 38 (denominada igualmente a seguir lei de calibração) para cada uma das lâminas 26.

[034] Nesse caso, todos os furos oblongos 58 possuem sensivelmente a mesma forma, e os outros furos 52 são cilíndricos. Tal anel de comando 38 possui, portanto, dois grupos de lâminas 26, situadas em áreas azimutais diferentes da turbomáquina, e de acordo com as leis de calibração diferentes de um grupo para outro.

[035] Deve-se notar que o centro dos furos 52 está alinhado circunferencialmente com uma das extremidades dos furos oblongos 58.

[036] A figura 7 ilustra uma segunda forma de realização da presente invenção na qual cada furo oblongo 58 do anel de comando 38 se estende unicamente na direção circunferencial.

[037] A figura 8 representa uma terceira forma de realização da presente invenção na qual cada furo oblongo 58 do anel de comando 38 se estende de forma oblíqua em relação à direção axial A e em relação à direção circunferencial C. Mais particularmente, cada furo oblongo 58 se estende de forma retilínea, de montante a jusante (isto é, da esquerda para a direita na figura 8), em um primeiro sentido de rotação do anel de comando indicado pela flecha S1, que é um sentido de abertura das lâminas 26.

[038] A figura 9 representa uma quarta forma de realização da presente invenção na qual cada furo oblongo 58 do anel de comando 38 possui uma forma em arco de círculo ou semelhante a um arco de círculo, mais particularmente em quarto de círculo. Uma extremidade 70 de cada furo oblongo 58 está dirigida axialmente a montante, e a outra extremidade 72 é dirigida circunferencialmente em um sentido S2 oposto ao sentido S1 precitado, o qual sentido S2 é um sentido de fechamento das lâminas 26.

[039] A figura 10 ilustra a lei de calibração de lâminas para lâminas 26 associadas respectivamente a um furo cilíndrico 52 (curva C1), a um furo oblongo 58 da figura 7 (curva C2), a um furo oblongo 58 da figura 8 (curva C3) e a um furo oblongo 58 da figura 9 (curva C4). As leis de calibração são as curvas representativas da evolução da posição angular da lâmina 26 (alâmina) em função da posição angular do anel de comando 38 (αanel).

[040] Deve-se notar que essas leis de calibração são diferentes uma das outras, em particular para os ângulos do anel de comando 38 que correspondem a uma abertura das lâminas 26 associadas. O ângulo alâmina corresponde ao ângulo das bielas 36 em relação ao eixo 12 da turbomáquina, definindo uma reta que passa pelo centro do pivô 30 da lâmina 26 e o centro do pino 48 que está inserido no anel 38. Por definição, a posição de abertura corresponde a um ângulo alâmina negativo em relação ao eixo 12 da turbomáquina, considerando que o sentido positivo é o sentido trigonométrico, e a posição de fechamento corresponde a um ângulo alâmina positivo em relação ao eixo 12 da turbomáquina. O ângulo alâmina=0 corresponde à posição em que as bielas 36 estão alinhadas com o eixo 12 da turbomáquina.

[041] Se existe o desejo de modificar as leis de calibração para os ângulos que correspondem a um fechamento das lâminas 26, é possível utilizar furos oblongos 58 cujas formas gerais são as simétricas/eixo da turbomáquina das descritas anteriormente. Em qualquer situação, todavia, convém alinhar o centro dos furos 52 com a outra extremidade dos furos oblongos 58.

[042] Em função da forma escolhida do furo 52, 58 (cilíndrico, retilíneo, oblíquo, arco de círculo, etc...), é assim possível adaptar às necessidades a lei de calibração das lâminas 26 associadas.

[043] A figura 11 ilustra uma quinta forma de realização da presente invenção na qual cada furo oblongo 58 do anel de comando 38 possui uma forma simétrica à forma dos furos oblongos 58 da figura 6, em relação a um plano radial que passa pela área axialmente mediana do anel de comando 38.

[044] A figura 12 ilustra uma sexta forma de realização da presente invenção na qual cada furo oblongo 58 do anel de comando 38 comporta uma primeira extremidade 74 que se estende unicamente circunferencialmente e situada do lado da borda a montante 62 do anel de comando, e uma segunda extremidade 76 se estende unicamente circunferencialmente e situada do lado da borda a jusante 66 do anel de comando 38, sendo que as referidas extremidades 74, 76 estão ligadas por uma área de ligação 78 que se estende de forma oblíqua em relação à direção circunferencial C e em relação à direção axial A.

[045] A figura 13 ilustra uma sétima forma de realização da presente invenção na qual cada furo oblongo 58 do anel de comando 38 possui uma forma simétrica à forma dos furos oblongos 58 da figura 8, em relação a um plano radial que passa pela área axialmente mediana do anel de comando 38.

[046] Evidentemente, o anel de comando 38 pode comportar pelo menos dois tipos de furo oblongos 58 entre os descritos anteriormente. Outras formas de furos oblongos 58 podem igualmente ser utilizadas, desde que esses furos oblongos 58 se estendam sobretudo na direção circunferencial C.

Claims

1. COMPRESSOR (10) DE TURBOMÁQUINA, em particular de turbopropulsor ou de turborreator de avião, que compreende um estator que comporta um cárter anular (34) e pelo menos uma fileira anular de lâminas (26) com calibração variável que compreendem: uma primeira lâmina compreendendo uma primeira extremidade radialmente externa que compreende um primeiro pivô (30) montado em um primeiro orifício no cárter (34) e ligado por um primeiro órgão de ligação (36) a um anel de comando (38) apto a rotacionar sobre um eixo do cárter (34), em que o dito primeiro órgão de ligação (36) comporta uma primeira extremidade fixada ao primeiro pivô (30) da primeira lâmina (26) e uma segunda extremidade comporta um primeiro pino cilíndrico (48) inserido em um primeiro furo (52, 58) do anel de comando (38), uma segundo lâmina compreendendo uma segunda extremidade radialmente externa que compreende um segundo pivô (30) montado em um segundo orifício no cárter (34) e ligado por um segundo órgão de ligação (36) ao anel de comando (38), em que o dito segundo órgão de ligação (36) comporta uma terceira extremidade fixada ao segundo pivô (30) da segunda lâmina (26) e uma quarta extremidade comporta um segundo pino cilíndrico (48) inserido em um segundo furo (52, 58) do anel de comando (38), em que o anel de comando (38) compreende pelo menos um primeiro furo (52) que compreende um furo cilíndrico, no qual está inserido um pino (48) cilíndrico de um órgão de ligação (36), e os diâmetros do pino (48) e do furo (52) cilíndricos são idênticos, e em que o segundo furo compreende um furo oblongo (58) que se estende circunferencialmente, no qual está inserido outro pino (48) cilíndrico de outro órgão de ligação (36), de forma a permitir o deslocamento do segundo pino cilíndrico (48) no furo oblongo (58), durante a rotação do anel de comando (38), caracterizado pelo furo oblongo (58) no anel de comando (38) compreender uma primeira extremidade (60) localizada no lado de uma primeira borda lateral (62) do anel de comando (38) e uma segunda extremidade (64) localizada no lado de uma segunda borda lateral (66) do anel de comando (38), em que as duas extremidades (60, 64) estão ligadas por uma área de ligação curva (68) que apresenta um ponto de inflexão.

2. TURBOMÁQUINA, tal como um turbopropulsor ou um turborreator de avião, caracterizada por compreender pelo menos um compressor de turbomáquina (10) conforme definido na reivindicação 1.