BR112016027014B1

BR112016027014B1 - Pá de turbina de turbomotor, meios de moldagem para a fabricação de uma pá, turbina de turbomáquina e turbomáquina

Info

Publication number: BR112016027014B1
Application number: BR112016027014-2A
Authority: BR
Inventors: Charlotte Marie Dujol; Patrice Eneau
Original assignee: Safran Aircraft Engines
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2022-11-08
Also published as: FR3021699A1; US20170191368A1; CA2949920C; WO2015181488A1; CA2949920A1; RU2688090C2; US10662789B2; FR3021699B1; RU2016151765A; EP3149282A1; CN106470782B; CN106470782A; BR112016027014A2; RU2016151765A3; BR112016027014A8

Abstract

PÁ DE TURBINA DE TURBOMOTOR, MEIOS DE MOLDAGEM PARA A FABRICAÇÃO DE UMA PÁ, TURBINA DE TURBOMÁQUINA E TURBOMÁQUINA A invenção refere-se a uma pá de turbina (91) que compreende uma raiz (P), uma palheta que se estende em uma direção de envergadura (EV), que termina em uma ponta (S) e que compreende um bordo de ataque e um bordo de fuga e uma parede de pressão lateral e uma parede de sucção lateral, em que a dita palheta compreende adicionalmente: pelo menos um duto a montante (93) configurado para coletar ar na raiz (P) para resfriar o bordo de ataque, descarregando o dito ar através de orifícios que atravessam a parede do bordo de ataque; pelo menos um duto a jusante (96) separado do duto a montante (93) e configurado para coletar ar na raiz (P) para resfriar o bordo de fuga, descarregando o dito ar através de orifícios (97) que atravessam a parede de pressão a montante do bordo de fuga; e uma cavidade lateral interna (101) que percorre a parede de pressão lateral para formar uma proteção térmica que isola o duto a jusante (96).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a uma pá de um motor de aeronave do tipo turbomáquina, tal como, por exemplo, um turbomotor de fluxo duplo ou um turbopropulsor de fluxo duplo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Em tal motor, o ar externo é obtido em uma manga de entrada, a fim de atravessar uma ventoinha que compreende várias palhetas giratórias, antes de ser dividido em um fluxo primário central e um fluxo secundário que circunda o fluxo primário.

[003] O fluxo primário é, então, comprimido antes de chegar a uma câmara de combustão, após o que o mesmo é expandido atravessando-se um conjunto de turbinas, antes de ser descarregado na parte traseira gerando- se empuxo. O fluxo secundário é impulsionado diretamente para a parte traseira, pela ventoinha, a fim de gerar um empuxo adicional.

[004] A expansão nas turbinas, que torna possível acionar o compressor e a ventoinha, ocorre a uma temperatura alta, devido ao fato de que é produzida imediatamente após a combustão. Essa turbina é, como tal, projetada e dimensionada para operar em condições rigorosas de temperatura, fluxo de fluido e pressão.

[005] Cada turbina compreende uma sucessão de estágios, em que cada um compreende várias pás radialmente orientadas e regularmente afastadas ao redor de um eixo giratório do motor. Esse eixo central porta os elementos giratórios da turbina, bem como os elementos giratórios do compressor e da ventoinha.

[006] Concretamente, as pás da turbina que são submetidas à mais rigorosa dentre as condições são aquelas dos primeiros estágios de expansão dessa turbina, a saber, os estágios que são os mais próximos à zona de combustão e que são comumente denominados como estágios de alta pressão.

[007] Em geral, as necessidades crescentes no desempenho e as mudanças nas regulações levam ao projeto de motores de tamanho menor, que operam em ambientes crescentemente severos. Isso implica no aumento da resistência e do desempenho das pás de turbina de alta pressão, em particular, em relação à sua resistência à temperatura.

[008] Entretanto, as melhoras existentes, em relação aos materiais e aos revestimentos dessas pás, não são suficientes para permitir que os mesmos resistam às temperaturas altas que podem ser atingidas pelo fluxo a jusante da câmara de combustão. Essa situação leva à reconsideração do resfriamento dessas pás, a fim de melhorar o mesmo, de modo que as mesmas possam resistir a essas novas condições de operação.

[009] Essa refrigeração é fornecida circulando-se ar refrigerado dentro dessas pás, que é obtido no turbomotor a montante da combustão. Esse ar é obtido na raiz de pá, para que seja transportado ao longo de um circuito interno da pá, a fim de resfriar a mesma, e é descarregado fora da pá, por orifícios que atravessam a parede dessa pá e que são distribuídos ao longo dessa parede. Esses orifícios são usados para descarregar o ar de resfriamento, mas os mesmos também criam, na superfície externa da pá, uma película de ar que é mais refrigerada do que o ar que vem da combustão, que também contribui para limitar a temperatura da pá.

[0010] A fim de aumentar a eficácia do resfriamento, as regiões internas da pá em que o ar de resfriamento circula compreendem artifícios, isto é, relevos internos que interferem no fluxo de fluido do ar de resfriamento, a fim de aumentar a transferência de calor da parede da pá para esse ar de resfriamento que circula nos dutos internos da pá.

[0011] Essas arquiteturas de resfriamento são penalizadas pelo fato de que o comprimento do circuito interno da pá dá origem ao ar que é excessivamente aquecido, quando o mesmo atinge o fim desse circuito, de modo que sua eficácia de resfriamento seja limitada nas regiões do fim do percurso e, em particular, na ponta de pá, onde se busca o contrário para obter eficácia de resfriamento aumentada.

[0012] O propósito da invenção é propor uma estrutura de pá que torne possível melhorar a eficácia de resfriamento dessa pá.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0013] Para esse efeito, a invenção tem por objetivo uma pá de turbina de uma turbomáquina, tal como um turbopropulsor ou um turbomotor, em que essa pá compreende uma palheta, uma palheta sustentada por essa raiz, em que essa palheta compreende um bordo de ataque e um bordo de fuga localizado a jusante do bordo de ataque, em que essa palheta compreende uma parede de pressão lateral e uma parede de sucção lateral afastada lateralmente uma da outra e em que cada uma conecta o bordo de ataque ao bordo de fuga, em que essa palheta que compreende: pelo menos um duto a montante que coleta ar de resfriamento na raiz, a fim de resfriar o bordo de ataque, descarregando-se esse ar através de orifícios que atravessam a parede da palheta em seu bordo de ataque; pelo menos um duto a jusante separado do duto a montante que coleta ar de resfriamento na raiz, a fim de resfriar o bordo de fuga, descarregando-se esse ar através de orifícios que atravessam a parede de pressão lateral a montante do bordo de fuga; e uma cavidade lateral interna que percorre a parede de pressão lateral, a fim de formar uma proteção térmica que isola o duto a jusante da parede de pressão lateral.

[0014] Com essa disposição, a refrigeração do bordo de fuga é substancialmente melhorada pela formação de uma película de refrigeração na face externa da parede de pressão lateral a montante desse bordo de fuga. Devido ao abastecimento, pelo duto a jusante, que é termicamente isolado, essa película de ar, além disso, tem uma temperatura baixa.

[0015] A invenção também se refere a uma pá definida como tal, que compreende adicionalmente fendas de refrigeração que atravessam sua parede de pressão lateral ao longo de seu bordo de fuga e uma elevação a jusante de abastecimento dessas fendas de refrigeração com ar de resfriamento, bem como uma cavidade superior localizada na ponta da pá, a fim de abastecer com ar a fenda do bordo de fuga que é mais próxima a essa ponta, em que essa cavidade superior é separada da elevação a jusante e em que é abastecida com ar pelo duto a jusante.

[0016] A invenção também se refere a uma pá definida como tal, que compreende outra cavidade lateral interna que percorre a parede de sucção lateral, a fim de formar uma proteção térmica que isola termicamente o duto a jusante da parede de sucção lateral.

[0017] A invenção também se refere a uma pá definida como tal, que compreende uma elevação a montante para abastecer os orifícios de refrigeração do bordo de ataque e um duto a montante para o abastecimento calibrado dessa elevação a montante, e em que cada cavidade lateral interna forma uma proteção térmica com uma extensão que é suficiente para isolar juntamente esse duto a montante e o duto a jusante.

[0018] A invenção também se refere a uma pá definida como tal, em que cada cavidade lateral interna é dotada de promotores de turbulência e/ou defletores, a fim de aumentar na mesma as trocas de calor e em que o duto a montante e o duto a jusante têm paredes lisas, a fim de limitar as perdas de carga.

[0019] A invenção também se refere ao meio de moldagem para a fabricação de uma pá definida como tal, que compreende marcações e um conjunto de núcleos destinados à formação de elevações e dutos internos e, possivelmente, às cavidades internas que formam uma proteção.

[0020] A invenção também se refere a uma turbina de uma turbomáquina que compreende uma pá, tal como definido na descrição acima.

[0021] A invenção também se refere a uma turbomáquina que compreende uma turbina, tal como definido na descrição acima.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0022] A Figura 1 é uma vista diagramática de um turbomotor de fluxo duplo como um corte transversal longitudinal.

[0023] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma pá de uma turbina de turbomotor mostrada na Figura 1.

[0024] A Figura 3 é uma vista em perspectiva que mostra as porções ocas internas de uma pá de turbina, de acordo com uma primeira realização da invenção.

[0025] A Figura 4 é uma vista em perspectiva que mostra as porções ocas internas de uma pá de turbina, de acordo com uma segunda realização da invenção.

[0026] A Figura 5 é uma vista em perspectiva que mostra as porções ocas internas de uma pá de turbina, de acordo com uma terceira realização da invenção.

[0027] A Figura 6 é uma vista em perspectiva que mostra as porções ocas internas de pá de turbina, de acordo com uma quarta realização da invenção.

REVELAÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0028] Conforme pode ser visto na Figura 1, uma porção frontal de um turbomotor de fluxo duplo 1 compreende uma manga de entrada 2, em que o ar é obtido antes de ser sugado pelas palhetas de uma ventoinha 3. Após ter passado na região da ventoinha, o ar é dividido em um fluxo primário central e um fluxo secundário que circunda o fluxo primário.

[0029] O fluxo primário de ar, então, atravessa um primeiro compressor 4 localizado imediatamente após a ventoinha 3, enquanto o fluxo secundário é impulsionado para a parte traseira, a fim de gerar diretamente um empuxo adicional, sendo soprado ao redor do fluxo primário.

[0030] O fluxo primário, então, atravessa um segundo estágio de compressão 6, antes de atingir uma câmara 7, onde a combustão do mesmo ocorre, após a injeção e a vaporização de um combustível. Após a combustão, esse fluxo primário se expande em uma turbina de alta pressão 8, então, em uma turbina de baixa pressão não mostrada, a fim de acionar, na rotação, os estágios de compressão e a ventoinha, antes de ser expulso em direção à parte traseira do motor, a fim de gerar um empuxo.

[0031] O motor 1 e seus componentes têm um formato de revolução ao redor de um eixo geométrico longitudinal AX. O mesmo compreende, em particular, um invólucro externo 9, em que o mesmo também tem um formato de revolução e em que se estende da parte frontal do motor, onde o mesmo delimita a manga de entrada de ar, até a porção traseira, onde o mesmo delimita o duto, através do qual os fluxos primário e secundário são descarregados, em que a parte frontal e a parte traseira são consideradas, em relação à direção dianteira da aeronave, dotada desse turbomotor. Esse invólucro 9 sustenta os componentes de rotação localizados na parte central do motor e que compreendem um eixo giratório que porta as palhetas da ventoinha, bem como os estágios de compressão e a turbina com suas pás.

[0032] Tal pá, que é marcada como 11 na Figura 2, compreende uma raiz P, pela qual a mesma é fixada a um corpo giratório não mostrado, denominado como um disco de turbina, e uma palheta 12 sustentada por essa raiz P e que constitui a porção aerodinâmica dessa pá. Conforme pode ser visto na Figura 2, a pá 11 compreende, entre a raiz P e a palheta 12, uma região intermediária 13 chamada plataforma.

[0033] A unidade formada pela raiz P e a palheta 12 é uma parte de peça inteiriça oca única que vem de moldagem e que compreende dutos internos, através do que circula o ar de resfriamento. Esses dutos internos não mostrados na Figura 2 compreendem respiradouros de admissão que se abrem na face inferior 14 da raiz P e através do que esses dutos são abastecidos com ar refrigerado. A parede oca da palheta 12 compreende orifícios atravessantes e fendas, através do que o ar de resfriamento é descarregado.

[0034] A palheta 12 tem um formato esquerdo contorcido, que tem um contorno que é substancialmente retangular, que se aproxima de um paralelepípedo. A mesma compreende uma base 16, através da qual a mesma é conectada à raiz P e que se estende, de modo grosseiro, paralelamente ao eixo geométrico de rotação AX. A mesma também compreende um bordo de ataque 17 orientado radialmente, em relação ao eixo geométrico AX e localizado a montante AM da pá, isto é, na região frontal dessa pá, em relação à direção dianteira do motor, que é fornecida em serviço. Essa pá também compreende, um bordo de fuga 18 orientado, de modo grosseiro, paralelamente ao bordo de ataque 17, sendo afastada do último ao longo do eixo geométrico AX, a fim de ser localizada na região a jusante AV ou atrás da pá. A mesma compreende adicionalmente uma ponta S, de modo grosseiro, paralela à base 16 e afastada da última, de acordo com uma direção radial, em relação ao eixo geométrico AX.

[0035] As duas paredes principais dessa pá são a sua parede de pressão lateral 21, que é a parede visível na Figura 2, e a sua parede de sucção lateral que é a parede oposta afastada da parede de pressão lateral, e que não é visível na Figura 2, devido ao fato de que a mesma é mascarada pela parede de pressão lateral 21. As paredes de sucção lateral e de pressão lateral são trazidas juntas no bordo de ataque 17, no bordo de fuga 18 e, também, na região da ponta S dessa pá. Essas paredes são afastadas uma da outra na base 16, a fim de permitir a admissão de ar de resfriamento na região interna da palheta.

[0036] O bordo de ataque 17 tem um formato convexo e é dotado de vários orifícios de refrigeração 22 que atravessam a parede da pá nessa região. O bordo de fuga 18 tem um formato afunilado e compreende várias fendas de refrigeração 23. Essas fendas 23 são fendas com comprimentos reduzidos, afastadas uma da outra, sendo localizadas na extensão uma da outra, a fim de constituir uma unidade que margeie a extremidade do bordo de fuga 18.

[0037] Cada fenda 23 atravessa a parede da pá, a fim de obter ar de resfriamento dentro dessa pá e de soprar o mesmo na parede de pressão lateral no bordo de fuga. De modo complementar, o bordo de fuga é dotado de nervuras externas orientadas paralelamente ao eixo geométrico AX, a fim de canalizar esse ar de resfriamento.

[0038] Durante a operação, o fluido no qual essa pá 11 está localizada é deslocado, em relação à última, do bordo de ataque 17 para o bordo de fuga 18, margeando-se o lado de pressão 21 e do lado de sucção. A parede de pressão lateral, que é submetida a aquecimento significativo durante a operação, compreende vários orifícios 24 substancialmente paralelos ao bordo de ataque 17, que estão localizados a jusante desse bordo de ataque, e outros vários orifícios 26 substancialmente paralelos ao bordo de fuga 18, sendo localizados a montante desse bordo de fuga 18 e das fendas 23 que o mesmo compreende. Os vários orifícios 24 e 26, como tais, se estendem, ambos, de acordo com a direção de envergadura EV da palheta, que é a direção radial, em relação ao eixo geométrico AX.

[0039] A região da ponta S da pá 11 tem, contrária ao bordo de ataque 17 e ao bordo de fuga 18, uma certa espessura, e essa região da ponta, ademais, tem um formato que delimita uma porção oca denominada como uma cuba.

[0040] Mais concretamente, essa ponta S tem uma parede de fechamento que conecta as paredes de sucção lateral e de pressão lateral com essa parede de fechamento que tem uma orientação que é globalmente perpendicular às paredes de sucção lateral e de pressão lateral e paralela ao eixo geométrico AX, que corresponde a uma orientação perpendicular à direção de envergadura EV. Essa parede de fechamento que não é visível na Figura 2 está localizada retraída, em direção ao eixo geométrico AX, em relação à borda livre da parede de pressão lateral e à borda livre da parede de sucção lateral, de modo que a mesma constitua, juntamente com essas bordas, uma porção oca aberta na direção oposta ao geométrico AX.

[0041] Vários orifícios adicionais 27 que atravessam a parede de pressão lateral são fornecidos ao longo da ponta S, a fim de garantir uma refrigeração significativa dessa ponta de palheta que se submete a tensões substanciais, devido ao fato de que a mesma constitui a porção que tem a velocidade mais alta, em relação ao fluido.

[0042] Os vários orifícios 27 se estendem paralelamente à parede de fechamento, e a palheta compreende, de modo complementar, orifícios que não são visíveis na Figura 2, que atravessam a parede de fechamento, a fim de sair da porção oca chamada de cuba, que está na ponta da palheta.

[0043] Conforme indicado na descrição acima, tal pá é uma parte de peça inteiriça oca. A mesma é fabricada moldando-se um material de metal do tipo titânio ou outro tipo, com uso de um conjunto de núcleos, a fim de delimitar os dutos internos de sua porção oca, bem como as porções de hastes, a fim de formar seus orifícios atravessantes. Os núcleos, as hastes e outros são removidos, uma vez que a operação de moldagem é concluída, tipicamente com um processo de ataque químico que tem capacidade para dissolver esses elementos, sem alterar o material moldado.

[0044] As Figuras a seguir mostram as regiões internas da pá, de acordo com a invenção, que são mostradas na mesma pelos formatos dos núcleos, o que torna possível fabricar essa pá. Em outras palavras, os formatos que estão em relevo nas Figuras, que constituem, em seguida, representações de formas ocas da pá, de acordo com a invenção.

[0045] A ideia, na base da invenção, é melhorar a refrigeração da pá no lado de pressão, na região do bordo de fuga e de sua ponta, em que essa região é a primeira a ser deteriorada durante a vida útil de uma pá.

[0046] Essa é fornecida devido a um duto a jusante que se estende dentro da pá, sendo termicamente protegida da parede de pressão lateral, e aos orifícios que atravessam a parede de pressão lateral até esse duto, a montante do bordo de fuga, a fim de formar uma película de ar de resfriamento do bordo de fuga no lado da face externa do lado de pressão.

[0047] Esse duto a jusante se estende de acordo com a direção de envergadura da raiz até a ponta da pá, a fim de ser abastecido com ar diretamente na raiz e de modo que esse ar seja transportado na pá, sem ser aquecido durante o seu percurso, antes de retornar pelos orifícios de refrigeração.

[0048] A pá, de acordo com a invenção, que é marcada como 31 na Figura 3, compreende uma elevação a montante 32 que se estende da base de sua palheta até a sua ponta S. Essa elevação a montante 32 resfria o bordo de ataque por orifícios atravessantes formados na porção da parede que corresponde ao bordo de ataque.

[0049] Essa elevação a montante 32 é abastecida de maneira calibrada por um duto a montante 33 que percorre essa elevação 32, sendo localizado a jusante da última e que coleta ar de resfriamento na raiz. O abastecimento calibrado é fornecido pelas passagens calibradas 34 que são regularmente afastadas ao longo da direção de envergadura EV da pá e em que cada uma conecta o duto a montante 33 à elevação a montante 32.

[0050] Cada passagem 34 é calibrada a fim de obter aproximadamente um fluxo de ar desejado nos orifícios de refrigeração localizados na região da elevação abastecida pela passagem em questão. A taxa de fluxo de ar desejada para um determinado orifício ou região é condicionada pelas tensões térmicas do bordo de ataque na região resfriada por esse orifício.

[0051] Outro duto, denominado como duto a jusante e que é marcado como 36, percorre o duto a montante, também, estendendo-se de modo substancialmente reto, da raiz P da pá até a sua ponta S. A parede de pressão lateral da pá compreende vários orifícios atravessantes 37 distribuídos em uma linha reta, de acordo com a direção de envergadura, estando localizados na região a jusante do duto a jusante 36. Cada orifício atravessante 37, como tal, colocou o duto a jusante 36 em comunicação com a face externa da parede de pressão lateral a montante do bordo de fuga, a fim de formar uma película de refrigeração na face externa dessa parede.

[0052] A parede de pressão lateral compreende, na região do bordo de fuga, várias fendas de refrigeração 38, regularmente afastadas e que se estendem na extensão uma da outra, de acordo com a direção de envergadura, a fim de entregar o ar de resfriamento ao bordo de fuga.

[0053] Essas fendas são abastecidas por uma elevação a jusante 39 da pá, que se estende da raiz da pá até a região da ponta S, estando localizadas entre o duto a jusante 36 e o bordo de fuga da pá. Essa elevação a jusante 39 coleta ar por meio de sua extremidade inferior localizada na raiz da pá e retorna esse ar nas fendas de refrigeração 38 que a mesma abastece.

[0054] De modo complementar, a pá, de acordo com a invenção, compreende uma cavidade lateral interna 41 de espessura reduzida que percorre a parede de pressão lateral do lado interno da pá, a fim de formar uma proteção térmica que protege o duto a montante 33 e o duto a jusante 36 do calor ao qual a parede de pressão lateral é submetida.

[0055] Conforme pode ser visto na Figura 3, essa cavidade interna 41 tem uma espessura reduzida e um contorno de formato retangular. A mesma se estende em altura, isto é, ao longo da direção de envergadura, da raiz da pá até sua ponta, e a mesma tem uma extensão lateral suficiente para formar uma proteção que cobre os dutos a montante e a jusante.

[0056] Essa cavidade lateral em que pode ser estabelecida uma circulação de ar torna possível isolar termicamente o duto a montante e o duto a jusante da parede de pressão lateral, a fim de reduzir o aquecimento do ar que os mesmos transportam.

[0057] Nessas condições, a refrigeração do bordo de fuga da pá, no lado de pressão, é significativamente melhorada pela presença de uma película de ar externa de resfriamento que, em si, tem eficácia substancial de resfriamento, devido ao fato de que a mesma é abastecida com ar por um duto a jusante que é termicamente protegido e que, por isso, tem uma temperatura baixa.

[0058] De acordo com uma segunda realização da invenção, que corresponde à pá 51 da Figura 4, o duto a jusante, que é termicamente protegido a fim de resfriar o lado de pressão a montante do bordo de fuga, também abasteceu ar refrigerado à fenda de refrigeração do bordo de fuga, que é o mais próxima à ponta, de modo a melhorar a refrigeração de essa região.

[0059] Nessa segunda realização, a pá 51 também compreende uma elevação a montante 52 abastecida de maneira calibrada por um duto a montante 53 pelas passagens calibradas 54. A mesma também compreende um duto a jusante 56 e sua parede de pressão lateral é dotada de vários orifícios atravessantes 57, distribuídos de acordo com a direção de envergadura EV na região a jusante do duto 56, a fim de colocar esse duto em comunicação com a face externa da parede de pressão lateral a montante do bordo de fuga. O ar que circula no duto a jusante 56 é descarregado por esses orifícios 57, a fim de formar, aqui também, uma película de refrigeração a montante do bordo de fuga.

[0060] A parede de pressão lateral dessa pá 51 também compreende fendas de refrigeração 58 do bordo de fuga abastecidas por uma elevação a jusante 59, que também se estende da raiz P até uma região localizada além da ponta S. A mesma também compreende uma cavidade lateral interna 61 de espessura reduzida que percorre a parede de pressão lateral, a fim de formar uma proteção térmica que protege o duto a montante 53 e o duto a jusante 56.

[0061] Todos dentre esses elementos 52 a 61 são idênticos aos elementos 32 a 41 da pá 31, exceto que a elevação a jusante 59 tem um comprimento inferior à elevação a jusante 39 e que o duto a jusante 56 abastece uma cavidade superior 63 que está localizada na ponta S da pá.

[0062] A cavidade superior 63 está localizada na extensão do fim da elevação a jusante 59, sendo abastecida com ar pelo duto a jusante, de modo a abastecer a fenda 64 do bordo de fuga que está mais próxima à ponta do que as fendas 58, com mais ar refrigerado, a fim de melhorar adicionalmente a refrigeração da pá na ponta de seu bordo de fuga.

[0063] Essa cavidade superior 63 se estende ao longo de uma parede de fechamento da pá que conecta o lado de pressão e o lado de sucção, sendo orientada de acordo com uma direção perpendicular à direção de envergadura EV. Essa cavidade superior 63 está localizada a jusante do duto a jusante 56, sendo delimitada pela parede de fechamento, a parede de pressão lateral e a parede de sucção lateral, a fim de se estender até o bordo de fuga. A mesma é conectada à extremidade superior do duto a jusante 56 por um canal de conexão interno 66.

[0064] Devido a essa cavidade superior 63, a ponta do bordo de fuga da pá se beneficia de um resfriamento eficaz que resulta do abastecimento nessa zona de ar refrigerado, em uma taxa de fluxo ajustada à necessidade.

[0065] De acordo com uma terceira realização da invenção, que é mostrada na Figura 5, o duto a montante e o duto a jusante, que são termicamente isolados pela cavidade interna que percorre a parede de pressão lateral, também são termicamente isolados por outra cavidade interna da pá que percorre a parede de sucção lateral.

[0066] Nessa terceira realização, que é mostrada na Figura 5, a pá 71 também compreende uma elevação a montante 72 abastecida de maneira calibrada por um duto a montante 73, por meio de passagens calibradas 74, em que cada uma conecta o duto a montante à elevação a montante.

[0067] A mesma também compreende um duto a jusante 76 e orifícios 77 que atravessam sua parede de pressão lateral, sendo distribuídos de acordo com a direção de envergadura EV na região a jusante do duto 76, a fim de colocar esse duto em comunicação com a face externa da parede de pressão lateral a montante do bordo de fuga. O ar que circula no duto a jusante 76 também é, por isso, aqui, descarregado por esses orifícios 77, a fim de formar uma película de refrigeração a montante do bordo de fuga, que melhora substancialmente a refrigeração desse bordo de fuga.

[0068] A parede de pressão lateral também compreende fendas de refrigeração 78 do bordo de fuga abastecidas com ar por uma elevação a jusante 79, em que essa elevação a jusante também se estende da raiz P até a região da ponta S da pá. A pá também compreende uma cavidade lateral interna 81 de espessura reduzida que percorre a parede de pressão lateral, a fim de formar uma proteção térmica que protege o duto a montante 73 e o duto a jusante 76 do calor da parede de pressão lateral.

[0069] Todos dentre esses elementos 72 a 81 são idênticos aos elementos 32 a 41 da pá 31 e aos elementos 52 a 61 da pá 51, exceto que o duto a montante 73 e o duto a jusante 76 têm uma espessura inferior e que, além da primeira cavidade lateral 81 que percorre o lado de pressão, essa pá 71 compreende adicionalmente uma segunda cavidade lateral interna 82 que percorre o lado de sucção. A presença de duas cavidades laterais internas 81 e 82, que, respectivamente, percorrem o lado de pressão e o lado de sucção, fornecem um isolamento térmico aumentado do duto a montante 73 e do duto a jusante 76.

[0070] A segunda cavidade lateral interna 82 também tem uma espessura reduzida e também se estende da raiz P até a região da ponta S, que tem um contorno, em geral, retangular, que tem uma largura que é suficiente para mascarar ou cobrir o duto a montante, bem como o duto a jusante.

[0071] Devido a essas duas cavidades laterais internas, o ar que é transportado no duto a montante e no duto a jusante é muito levemente aquecido durante o seu percurso, o que contribui para aumentar adicionalmente a eficácia da refrigeração fornecida a montante do bordo de fuga do lado de pressão e da refrigeração fornecida ao bordo de ataque.

[0072] De acordo com uma quarta realização da invenção, que é mostrada na Figura 6, o duto a jusante, que é termicamente protegido a fim de resfriar o lado de pressão a montante do bordo de fuga, também abastece ar refrigerado à fenda de refrigeração do bordo de fuga, que é a mais próxima à ponta, a fim de melhorar a refrigeração dessa região.

[0073] Nessa quarta realização, que é mostrada na Figura 6, a pá 91 também compreende uma elevação a montante 92 abastecida de maneira calibrada por um duto a montante 93, pelas passagens calibradas 94.

[0074] A mesma também compreende um duto a jusante 96, e sua parede de pressão lateral é dotada de orifícios atravessantes 97 distribuídos de acordo com a direção de envergadura EV na região a jusante do duto 96, a fim de colocar esse duto em comunicação com a face externa da parede de pressão lateral a montante do bordo de fuga. O ar que circula no duto a jusante 96 é descarregado por esses orifícios 97, aqui, também, para formar uma película de refrigeração a montante do bordo de fuga, de modo a melhorar substancialmente a refrigeração desse bordo de fuga.

[0075] A parede de pressão lateral também compreende fendas de refrigeração 98 do bordo de fuga abastecidas por uma elevação a jusante 99, que também se estende da raiz P até a região da ponta S. Essa pá também compreende uma cavidade lateral interna 101 de espessura reduzida que percorre a parede de pressão lateral e outra cavidade lateral interna 102 de espessura reduzida que percorre a parede de sucção lateral, a fim de formar duas proteções térmicas que protegem o duto a montante 93 e o duto a jusante 96.

[0076] Todos dentre esses elementos 92 a 102 são idênticos aos elementos 72 a 82 da pá 71, exceto que a elevação a jusante 99 tem um comprimento inferior à elevação a jusante 79 e que o duto a jusante 96 abastece uma cavidade superior 103 que está localizada na ponta S da pá.

[0077] A cavidade superior 103 está localizada na extensão do fim da elevação a jusante 99, sendo abastecida com ar pelo duto a jusante 96, de modo a abastecer a fenda 104 do bordo de fuga, que é a mais próxima à ponta, com mais ar refrigerado, de modo a aumentar a refrigeração da pá na ponta de seu bordo de fuga.

[0078] Essa cavidade superior 103 se estende ao longo de uma parede de fechamento da pá que conecta o lado de pressão e o lado de sucção, sendo orientada de acordo com uma direção perpendicular à direção de envergadura EV. Essa cavidade superior 103 está localizada a jusante do duto a jusante 96, sendo delimitada pela parede de fechamento, a parede de pressão lateral e a parede de sucção lateral, a fim de se estender até o bordo de fuga. A mesma é conectada à extremidade superior do duto a jusante 96 por um canal de conexão interno 106.

[0079] Devido a essa cavidade superior 103, a ponta do bordo de fuga da pá se beneficia de um resfriamento eficaz que resulta do abastecimento nessa zona de um ar refrigerado, a uma taxa de fluxo ajustada à necessidade.

[0080] Em geral, a cavidade superior da segunda e da quarta realização da invenção torna possível abastecer a região atrás ou a jusante da ponta da pá com ar refrigerado de resfriamento, a fim de melhorar o seu resfriamento. Essa cavidade também torna possível abastecer a fenda do bordo de fuga, que é a mais próxima à ponta e, possivelmente, as fendas adjacentes.

[0081] De modo complementar, orifícios que atravessam a parede de pressão lateral no nível da cavidade superior, a fim de sair dessa cavidade superior, podem ser fornecidos a fim de melhorar a refrigeração da face externa da parede de pressão lateral na região da ponta da pá. A cavidade superior, então, abastece ar fresco, que atravessa a parede de pressão lateral, a fim de resfriar a sua face externa, além de fornecer ar à fenda mais próxima à ponta, e além do resfriamento por condução térmica, as paredes da pá que delimitam essa cavidade superior.

[0082] Ademais, os orifícios que atravessam as paredes da pá e se abrem para as cavidades laterais internas que formam uma proteção térmica podem ser fornecidos a fim de estabelecer uma circulação otimizada de ar nessas cavidades. Cada um desses orifícios é vantajosamente localizado e uma zona de baixa pressão, a fim de favorecer a circulação de ar. Cada um desses orifícios garante que o ar coletado na raiz de pá, e que é transportado em uma cavidade que forma uma proteção térmica, seja sugado para fora da pá, após ter sido transportado nessa cavidade.

[0083] Nas várias realizações, a refrigeração da pá é adicionalmente otimizada minimizando-se as perdas de carga em cada duto interno, a fim de reduzir as trocas de calor na mesma, e fornecendo-se o contrário dos promotores de turbulência em cada cavidade lateral, a fim de aumentar na mesma as trocas de calor.

[0084] As cavidades laterais têm, como tais, uma eficácia aumentada como uma proteção térmica, devido ao fato de que as mesmas absorvem o calor que vem das paredes externas as quais as mesmas percorrem, e o ar que circula nos dutos internos é submetido a uma pequena perda de carga, a fim de circular rapidamente, a fim de ser aquecido tão logo quanto possível.

[0085] Os dutos internos, tais como o duto a montante, o duto central e o duto a jusante, têm, como tais, paredes internas lisas, a fim de favorecer uma circulação rápida do ar de resfriamento, minimizando-se as trocas de calor entre esse ar e as paredes do duto em que o mesmo é transportado. Cada cavidade lateral é vantajosamente dotada de defletores que favorecem uma circulação de ar em todas dentre as regiões da cavidade. Além disso, as faces internas da cavidade são dotadas de interventoras e/ou disparadoras, a fim de criar turbulências na circulação do ar, a fim de favorecer um alto nível de troca de calor entre o ar e as paredes que o mesmo percorre.

Claims

1. PÁ (31; 51; 71; 91) DE TURBINA DE TURBOMOTOR, tal como um turbopropulsor ou um turbomotor, sendo que essa pá (31; 51; 71; 91) é caracterizada por compreender uma raiz (P), uma palheta sustentada por essa raiz (P), em que essa palheta compreende um bordo de ataque e um bordo de fuga localizado a jusante do bordo de ataque, em que essa palheta compreende uma parede de pressão lateral e uma parede de sucção lateral afastadas lateralmente uma da outra e em que cada uma conecta o bordo de ataque ao bordo de fuga, em que essa palheta compreende: - pelo menos um duto a montante (33; 53; 73; 93) que coleta ar de resfriamento na raiz (P), a fim de resfriar o bordo de ataque, descarregando- se esse ar por orifícios que atravessam a parede da palheta em seu bordo de ataque; - pelo menos um duto a jusante (36; 56; 76; 96) separado do duto a montante (33; 53; 73; 93) que coleta ar de resfriamento na raiz (P), a fim de resfriar o bordo de fuga descarregando-se esse ar através de orifícios (37; 57; 77; 97) que atravessam a parede de pressão lateral a montante do bordo de fuga; e - uma cavidade lateral interna (41; 61; 81; 101) que percorre a parede de pressão lateral, a fim de formar uma proteção térmica que se estende da raiz da pá até a sua ponta, enquanto ainda tem uma extensão lateral que é suficiente para isolar juntamente esse duto a montante (33; 53; 73; 93) e o duto a jusante (36; 56; 76; 96) da parede de pressão lateral.

2. PÁ (31; 51; 71; 91), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender adicionalmente fendas de refrigeração (58; 98) que atravessam sua parede de pressão lateral ao longo de seu bordo de fuga e uma elevação a jusante (59; 99) para o abastecimento de ar de resfriamento dessas fendas de refrigeração (58; 98), bem como uma cavidade superior (63; 103) localizada na ponta (S) da pá, a fim de abastecer ar à fenda (64; 104) do bordo de fuga, que é a mais próxima a essa ponta (S), em que essa cavidade superior (63; 103) é separada da elevação a jusante (59; 99) e em que é abastecida com ar pelo duto a jusante (56; 96).

3. PÁ (31; 51; 71; 91), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada por compreender outra cavidade lateral interna (82; 102) que percorre a parede de sucção lateral, a fim de formar uma proteção térmica que tem uma extensão lateral que é suficiente para isolar juntamente o duto a montante (33; 53; 73; 93) e o duto a jusante (76; 96) da parede de sucção lateral.

4. PÁ (31; 51; 71; 91), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por compreender uma elevação a montante (32; 52; 72; 92) para abastecer orifícios de refrigeração do bordo de ataque e um duto a montante (33; 53; 73; 93), com um abastecimento calibrado da elevação a montante (32; 52; 72; 92).

5. PÁ (31; 51; 71; 91), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por cada cavidade lateral interna (41; 61; 81, 82; 101, 102) ser dotada de promotores de turbulência e/ou defletores, a fim de aumentar nos mesmos as trocas de calor e em que o duto a montante (33; 53; 73; 93) e o duto a jusante (36; 56; 76; 96) têm paredes lisas, a fim de limitar perdas de carga.

6. MEIOS DE MOLDAGEM PARA A FABRICAÇÃO DE UMA PÁ (31; 51; 71; 91), conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizados por compreenderem marcações e um conjunto de núcleos destinados à formação de elevações e dutos internos e, possivelmente, cavidades internas que formam uma proteção.

7. TURBINA DE TURBOMÁQUINA, caracterizada por compreender uma pá (31; 51; 71; 91), conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.

8. TURBOMÁQUINA, caracterizada por compreender uma turbina, conforme definida na reivindicação 7.