BR112017006065B1

BR112017006065B1 - Palheta móvel para uma turbomáquina, disco para um compressor ou turbina de uma turbomáquina, roda de rotor, módulo de turbomáquina e turbomáquina

Info

Publication number: BR112017006065B1
Application number: BR112017006065-5A
Authority: BR
Inventors: Jean-Baptiste Vincent Desforges; Damien Bernard Quelven; Maurice Guy Judet; Baphuc Tang
Original assignee: Safran Aircraft Engines
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2022-09-06
Also published as: FR3026429B1; EP3201438B1; RU2688079C2; RU2017114524A3; US20170226875A1; CN107075960B; WO2016051054A1; US10787915B2; FR3026429A1; RU2017114524A; CN107075960A; EP3201438A1; CA2962333C; CA2962333A1; BR112017006065A2

Abstract

PALHETA MÓVEL PARA UMA TURBOMÁQUINA, COMPREENDENDO UMA ORELHA QUE ENCAIXA EM UM ENTALHE DE BLOQUEIO DE UM DISCO DE ROTOR". A presente invenção refere-se a uma palheta móvel (34) para um motor de turbina, compreendendo uma base (41) projetada para ser inserida em um elemento de recebimento (62) de um disco de rotor (38) para um motor de turbina, uma plataforma (48) conduzida pela base (41) e uma lâmina (42) que se estende da plataforma (48). A plataforma (48) compreende uma borda a montante (50). De acordo com a invenção, a borda a montante (50) compreende uma orelha (54) para encaixe em um entalhe de bloqueio (64) do disco de tal maneira que mantenha a palheta (34) axialmente em relação ao disco (38) de acordo com a direção longitudinal (XX) do elemento de recebimento (62).

Description

DESCRIÇÃO CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção refere-se, de um modo geral, ao cam po técnico de turbomáquinas de aeronaves, tais como motores turboja- tos e motores turbopropulsores. Mais precisamente, a invenção está relacionada com palhetas móveis de turbomáquinas e discos de rotor.

ESTADO DA TÉCNICA ANTERIOR

[0002] As palhetas móveis de turbomáquinas são inseridas em discos de rotor, de modo a formar rodas de rotor. Essas rodas de rotor fazem parte de um compressor de turbomáquina ou uma turbina de turbomáquina.

[0003] De maneira conhecida, os dentes do disco de rotor têm sa liências no seu topo. Essas saliências cooperam com cavidades localizadas sob as plataformas das palhetas, de modo que as saliências ficam alojadas nas cavidades.

[0004] A cooperação mecânica destas saliências e dessas cavida des evita que as palhetas móveis sejam montadas em relação ao disco com a orientação inversa da orientação desejada em aerodinâmica.

[0005] Além disso, existem rodas de rotor nas quais as palhetas móveis são retidas axialmente em relação ao disco, por um lado por uma orelha que se projeta do disco e, por outro lado, por um flange.

[0006] Em ambas as soluções introduzidas, a distância radial entre o ponto mais alto do dente do disco e o ponto mais alto da face interior da plataforma, que é definida como a altura percorrida, ao operar a turbomáquina, é, em consequência, relativamente significativo. Como resultado, existem fugas significativas, uma massa elevada da palheta e consequentemente do disco que transporta a palheta, assim como tensões mecânicas intensificadas no dente do disco e na base da palheta.

[0007] Por outro lado, existe uma folga radial significativa entre a face interior da plataforma e a parte superior dos dentes do disco, o que é susceptível de gerar fugas significativas.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0008] A invenção tem por objetivo resolver, pelo menos parcial mente, problemas encontrados em soluções da técnica anterior.

[0009] A esse respeito, o objeto da invenção é uma palheta móvel de uma turbomáquina, compreendendo: uma base configurada para ser inserida em um alojamento de um disco de rotor para uma turbomáquina, uma plataforma transportada pela base, a plataforma com-preendendo um rebordo a montante, uma lâmina que se estende da plataforma.

[0010] De acordo com a invenção, o rebordo a montante compre ende uma orelha para encaixar um entalhe de bloqueio do disco, de modo a reter a palheta relativamente ao disco axialmente ao longo da direção longitudinal do alojamento.

[0011] O entalhe de bloqueio e a orelha promovem a função de montagem da palheta móvel em relação ao disco ao longo da orientação aerodinâmica desejável da borda dianteira e da borda traseira. No caso de uma tentativa de montar a palheta móvel ao longo da orientação inversa, a orelha encosta contra a parte superior do dente do disco do rotor.

[0012] O entalhe de bloqueio e a orelha proporcionam simultane amente a função de montagem fácil mencionada acima e uma função de retenção axial da palheta relativamente ao disco ao longo da direção longitudinal.

[0013] Por outro lado, a cooperação do entalhe de bloqueio e da orelha permite que o dente do disco seja movido mais próximo da plataforma de palhetas. A altura é reduzida, o que proporciona uma maior compacidade da palheta com uma mesma lâmina. As tensões mecânicas exercidas no dente do disco portador da palheta e na base da palheta são diminuídas, o que permite diminuir a massa da palheta e, consequentemente, diminuir também a massa do disco portador da palheta e assegurar a retenção centrífuga da palheta.

[0014] A cooperação do entalhe de bloqueio e o dente do disco também permite que a seção transversal traseira entre duas palhetas vizinhas seja reduzida.

[0015] Além disso, a cooperação do entalhe de bloqueio e da ore lha diminui a folga radial entre a plataforma e a parte superior do dente do disco, o que limita ainda mais as fugas de ar entre o disco e a plataforma.

[0016] Por direção longitudinal do alojamento, entende-se em par ticular o maior comprimento do alojamento. Especialmente, a direção longitudinal do alojamento é definida em contraste com a altura do alojamento.

[0017] A invenção pode, opcionalmente, incluir uma ou mais das seguintes características combinadas entre si ou não.

[0018] Vantajosamente, o rebordo a montante tem, substancial mente, em pelo menos uma seção transversal longitudinal através da palheta uma abertura em forma de U geral a jusante. A orelha forma de preferência um dos ramos da forma em U geral e o spoiler a montante, por exemplo, projeta-se a montante do fundo da forma U geral.

[0019] A invenção também se refere a um disco para um com pressor ou turbina de uma turbomáquina. O disco compreende um alojamento no qual uma base de uma palheta como definida acima está configurada para ser inserida.

[0020] De acordo com a invenção, o disco compreende pelo me nos um entalhe de bloqueio para ser encaixado com a orelha, de modo a reter a palheta relativamente ao disco axialmente ao longo da direção longitudinal do alojamento.

[0021] De acordo com uma modalidade vantajosa, a direção longi tudinal do alojamento é substancialmente ortogonal a uma direção radial do disco.

[0022] De acordo com outra modalidade vantajosa, a direção lon gitudinal do alojamento é substancialmente ortogonal localmente à direção circunferencial do disco.

[0023] O entalhe de bloqueio é, de preferência, uma ranhura que se prolonga substancialmente ao longo da direção circunferencial do disco.

[0024] De acordo com outra modalidade particular, o alojamento estende-se entre dois dentes consecutivos do disco, encontrando-se o entalhe de bloqueio apenas em um desses dois dentes.

[0025] A invenção refere-se também a uma roda de rotor compre endendo um disco como definido acima e uma palheta móvel tal como definida acima, a palheta móvel para ser montada no disco, de modo que a plataforma pressiona contra apenas um dente e que a orelha encaixa o entalhe de bloqueio do dente.

[0026] A roda de rotor forma deste modo um sistema isostático. Em contraste, se pelo menos uma das palhetas móveis da roda pressionava contra vários dentes, a roda do rotor seria um sistema hiperes- tático.

[0027] A invenção também se refere a um módulo de turbomáquina escolhido de entre uma turbina e um compressor, compreendendo o módulo uma roda de rotor. O compressor é, em particular, um compressor de alta ou baixa pressão para uma turbomáquina. A turbina é em particular uma turbina de alta ou baixa pressão para uma turbomáquina.

[0028] Finalmente, a invenção refere-se a uma turbomáquina compreendendo um módulo como definido acima.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0029] A presente invenção será melhor compreendida quando da leitura da descrição de modalidades exemplificativas, dada a título meramente indicativo e não limitativo, em referência aos desenhos anexos, nos quais:

[0030] A figura 1 representa uma vista esquemática em corte lon gitudinal de uma turbomáquina com duplo fluxo, de acordo com uma modalidade preferida da invenção;

[0031] A figura 2 é uma representação esquemática parcial de uma turbina de baixa pressão da turbomáquina representada na figura 1;

[0032] A figura 3 é uma vista frontal esquemática em perspectiva parcial de uma palheta de rotor e do disco no qual a palheta está montada, sendo parte da turbina de alta pressão da turbomáquina da figura 1;

[0033] A figura 4 é uma vista parcial em perspectiva esquemática posterior da palheta e do disco representado na figura 3.

DIVULGAÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PARTICULARES

[0034] Partes idênticas, semelhantes ou equivalentes das diferen tes figuras têm os mesmos números de referência de modo a facilitar a passagem de uma figura para a outra.

[0035] A figura 1 representa uma turbomáquina com duplo fluxo 1, que é anular em torno de um eixo 3 de uma turbomáquina.

[0036] A turbomáquina 1 inclui, de montante a jusante, um com pressor de baixa pressão 4, um compressor de alta pressão 6, uma câmara de combustão 7, uma turbina de alta pressão 8 e uma turbina de baixa pressão 9. Esses elementos estão rodeados por uma caixa 5. Habitualmente eles definem em relação à caixa 5 um jato primário através do qual passa um fluxo primário 13 que flui de montante para jusante, representado pela seta 11. Esta direção 11 corresponde tam- bém à força de impulso da turbomáquina em funcionamento.

[0037] A turbina de alta pressão 8 forma, juntamente com a câma ra de combustão 7 e o compressor de alta pressão 6, integral com ele, um corpo de alta pressão. A turbina de baixa pressão 9 é integral com o compressor de baixa pressão 4 e o ventilador 10, de modo a formar um corpo de baixa pressão. Cada turbina 8, 9 aciona o compressor associado 4, 6 em rotação em torno do eixo da turbomáquina 3 sob o efeito do impulso de gás da câmara de combustão 7.

[0038] A turbomáquina 1 é uma turbomáquina com duplo fluxo. Consequentemente, compreende ainda um ventilador 10 conduzido por uma nacelle 12 para gerar um fluxo secundário 15 através de um jato secundário que circunda o fluxo primário 13.

[0039] Em referência à figura 2, as turbinas 8, 9 compreendem uma pluralidade de estágios 20 de palhetas rodeadas pela caixa 30. Cada estágio 20 inclui um distribuidor 22 formado por uma fila anular de palhetas fixas 24 e uma roda 32 de palhetas móveis 34.

[0040] As rodas de rotor 32 rodam dentro de anéis de turbina 36 ligados à caixa de turbina 30. As orelhas de distribuição 24 são também transportadas pela caixa 30. As rodas de rotor 32 compreendem discos 38 ligados mecanicamente uns aos outros por flanges anulares de ligação 37. Estes flanges de ligação 37 ligam, mecanicamente, as rodas de rotor 32 a um eixo rotativo (não representado) da turbomá- quina através de um cone de acionamento 39. Os discos 38 das rodas de rotor 32 transportam as palhetas radiais 34.

[0041] A palheta móvel 34 representada na figura 3 é uma palheta de turbina de alta pressão 8, de acordo com uma modalidade preferida. Essa palheta móvel 34 compreende uma base 41, uma lâmina 42 e uma plataforma 48 suportada pela base 41. A base 41 destina-se a ser inserida em um dos alojamentos 62 de um disco de rotor de turbina 38 tal como o representado na figura 2, ou em um disco de rotor de compressor 4, 6 da turbomáquina representada na figura 1.

[0042] Em referência às Figuras 3 e 4, o disco de rotor 38 inclui uma pluralidade de dentes 60 espaçados ao longo da circunferência do disco 38 por alojamentos 62 nos quais a base 41 da palheta móvel 34 é acomodada. Como tal, deve-se notar que o disco 38 transporta várias palhetas móveis 34, mesmo que as figuras 3 e 4 apenas representem uma palheta móvel 34.

[0043] Os alojamentos 62 estão na forma de células alongadas e passam através do disco 38 de cada lado. Estas células são de formas pelo menos parcialmente complementares à da base 41. A forma dos alojamentos 62 é escolhida de modo a proporcionar a retenção das palhetas 34 que são submetidas a uma tensão centrífuga significativa ao operar a turbomáquina 1.

[0044] Estes alojamentos 62 estão localizados entre dentes con secutivos 60 do disco 38. Estendem-se ambos ao longo de uma direção longitudinal XX e ao longo da direção radial ZZ do disco correspondente à direção em altura dos dentes 60. A direção longitudinal XX é substancialmente ortogonal à direção radial ZZ. Por outro lado, a direção longitudinal XX é, de preferência, substancialmente ortogonal à direção circunferencial YY do disco 38, nos dentes 60 que delimitam o alojamento 62.

[0045] Esses alojamentos 62 são, cada um deles, delimitados por um fundo 64 localizado remotamente da base 41 e por duas superfícies opostas 65, 66, cada uma presente em um dos dentes consecutivos que delimitam o alojamento 62. A base 41 pressiona contra ambas as superfícies opostas 65, 66.

[0046] Além disso, os dentes 60 do disco 38 compreendem cada um entalhe de bloqueio 64 para cooperar com o rebordo 54 da plataforma 48, para reter a palheta móvel 34 em relação ao disco 38 ao longo da direção longitudinal XX. Cada entalhe de bloqueio 64 apenas coopera com uma orelha 54 e cada orelha 54 apenas penetra no interior de um entalhe de bloqueio 64. A roda de rotor 32, que compreende as palhetas móveis 34 e o disco 38, forma, então, um sistema isostático.

[0047] O entalhe de bloqueio 64 e a orelha 54 estão localizados apenas a montante da palheta móvel 34. A retenção axial da palheta móvel 34 ao longo da direção longitudinal XX a montante da palheta 34 é assegurada por uma inserção (não representada).

[0048] O entalhe de bloqueio 64 é uma ranhura que se estende ao longo da direção circunferencial YY do disco. É, por exemplo, cortado no dente 60, de modo a ser delimitado por uma primeira parede 67 e uma segunda parede 69 que podem ser substancialmente ortogonais uma à outra. Alternativamente, a primeira parede 67 pode ter uma inclinação diferente em relação à segunda parede 69.

[0049] A palheta móvel 34 pressiona contra o disco 38, ao operar a turbomáquina 1, apenas no entalhe de bloqueio 64 e no alojamento 62, cuja base 41 se ajusta, pelo menos parcialmente, à forma.

[0050] A lâmina 42 prolonga-se a partir da plataforma 48 ao longo de uma direção de extensão EV que termina com um topo S. Esta direção de extensão EV corresponde substancialmente à direção radial ZZ do disco 38 e à direção radial da turbomáquina 1. É substancialmente ortogonal ao eixo 3 da turbomáquina.

[0051] A lâmina 42 compreende uma borda dianteira 44 e uma borda traseira 46.

[0052] A borda dianteira 44 está localizada a montante da palheta e tem uma forma geralmente em forma de cúpula. A borda traseira 46 é orientada quase em paralelo à borda dianteira 44 a montante da lâmina 42. A borda traseira 46 tem geralmente uma forma mais cônica do que a borda dianteira 44.

[0053] A borda dianteira 44 e a borda traseira 46 são unidas late ralmente por uma parede lateral de pressão 43 e uma parede lateral de sucção (não representada) oposta à parede lateral de pressão 43.

[0054] A plataforma 48 está configurada para pressionar contra o disco de rotor 38. A montante da plataforma 48 encontra-se um rebordo a montante 50. A jusante da plataforma 48 encontra-se um rebordo 51 a jusante. A plataforma 48 pressiona contra um dos dentes 60 do disco 38 no aro a montante 50 e tem uma folga radial baixa em relação aos dentes 60 do disco 38 no rebordo a montante 50 e no rebordo a jusante 51.

[0055] O rebordo a montante 50 e o rebordo a jusante 51 desem penham também o papel de reforços para a palheta 34, por permitir que as deformações mecânicas da palheta 34 sejam limitadas ao operar a turbomáquina 1.

[0056] O rebordo a montante 50 compreende um defletor a mon tante 52, um rebordo 54 e uma porção de ligação 56, assegurando a junção entre o rebordo a montante 50 e o resto da plataforma 48. O rebordo a montante 50 tem substancialmente, em um plano de seção transversal longitudinal da palheta 34, passando através da direção de extensão EV e da direção longitudinal XX, uma abertura a jusante com a forma geral de U. A porção de ligação 56 e a orelha 54 formam os dois ramos da forma geral em U. O defletor a montante 52 estende-se a montante do fundo da forma geral em U que une a porção de ligação 56 e a orelha 54.

[0057] O defletor a montante 52 tem por objetivo melhorar o de sempenho aerodinâmico da palheta móvel 34, colocando o ar em proximidade com a parte de cima da plataforma 48 para a borda dianteira 44. Este defletor a montante 52 assegura também uma função de cobertura com o distribuidor 22 situado a montante da palheta 34.

[0058] O rebordo a jusante 51 inclui um defletor a jusante 53 e uma porção de projeção a jusante 55 que forma o reforço a jusante. O defletor de jusante 53 prolonga-se a partir do jato primário e garante uma função de cobertura.

[0059] A orelha 54 projeta-se da plataforma 48 para o disco de ro tor 38 e a jusante da palheta móvel 34. Ela é concebida para encaixar o entalhe de bloqueio 64 do disco 38, de tal modo que o rebordo 54 e o entalhe de bloqueio 64 retêm a palheta móvel 34 ao longo da direção longitudinal XX.

[0060] A orelha 54 está presente apenas em um dos lados do re bordo a montante 50. Em outras palavras, a orelha 54 torna a palheta móvel 34 assimétrica em relação a um plano de seção transversal que passa através de um plano médio da palheta móvel 34 que compreende a direção do vão EV e a direção longitudinal XX. Cada palheta móvel 34 compreende uma única orelha 54 configurada para cooperar com o entalhe de bloqueio 64 de um dos dentes 60.

[0061] Em funcionamento, o fluxo primário flui ao longo da palheta móvel 34 a partir da borda dianteira 44 até a borda traseira 46 ao correr ao longo do lado de pressão 43 e do lado de sucção.

[0062] A cooperação do entalhe de bloqueio 64 e da orelha 54 permite que seja assegurada uma montagem adequada da palheta móvel 34 ao disco 38. De fato, no caso de uma tentativa de montagem na direção inversa, isto é, por inversão da borda dianteira 44 e da borda traseira 46 da palheta móvel 34 em relação ao disco de rotor 38, a orelha 54 iria encostar contra o topo 61 do dente, o que impediria que a palheta móvel 34 fosse inserida no seu alojamento 62.

[0063] O entalhe de bloqueio 64 e a orelha 54 abaixam o fulcro a montante da palheta móvel 34 contra o disco 38, o que resulta em uma altura limitada 70. Consequentemente, a massa e o tamanho tanto da base 41 como da plataforma 48 são abaixados com uma tecnologia convencional. Como resultado, a massa total das palhetas móveis 42 é menor e, consequentemente, a massa dos discos 38 é inferior à de uma tecnologia convencional.

[0064] Finalmente, a folga radial 70 entre o meio da plataforma 48 ao longo da direção longitudinal XX e a parte superior 61 do dente 60 é mais baixa do que em uma turbomáquina convencional. Deste modo, existe uma diminuição nas fugas de ar.

[0065] Em conclusão, a cooperação entre o entalhe de bloqueio 64 e a orelha 54 é susceptível de assegurar ao mesmo tempo uma maior compacidade da roda de rotor 32 com um mesmo comprimento da palheta 42, para reduzir a massa da roda de rotor 32, para limitar as fugas de ar entre o disco 38 e as palhetas móveis 34 e promovem a montagem das palhetas móveis 34 no disco de rotor 38 sem reverter a direção de montagem da palheta móvel 34 em relação ao disco 38.

[0066] Naturalmente, podem ser feitas várias modificações por aqueles versados na técnica na invenção descrita, sem afastamento do âmbito da descrição da invenção.

Claims

1. Palheta móvel (34) de uma turbomáquina (1), compreendendo: uma base (41) configurada para ser inserida em um alojamento (62) de um disco de rotor (38) para uma turbomáquina, uma plataforma (48) suportada pela base (41), a plataforma (48) compreendendo um rebordo (50) a montante, uma lâmina (42) que se estende a partir da plataforma (48), caracterizada pelo fato de o rebordo (50) a montante compreender uma orelha (54) para encaixar um entalhe de bloqueio (64) do disco (38), de modo a reter a palheta (34) em relação ao disco (38) axialmente a jusante ao longo da direção longitudinal (XX) do alojamento (62).

2. Disco (38) para um compressor (4, 6) ou turbina (8, 9) de uma turbomáquina, o disco (38) compreendendo um alojamento (62) no qual uma base (41) de uma palheta (34), como definida na reivindicação 1, está configurada para ser inserida, caracterizado pelo fato de o disco (38) compreender pelo menos um entalhe de bloqueio (64) para encaixar na orelha (54), de modo a reter a palheta (34) em relação ao disco (38) axialmente a jusante ao longo da direção longitudinal (XX) do alojamento (62).

3. Disco (38), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a direção longitudinal (XX) é substancialmente ortogonal à direção radial (ZZ) do disco (38).

4. Disco (38), de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de a direção longitudinal (XX) ser substancialmente ortogonal a uma direção circunferencial (YY) do disco (38).

5. Disco (38), de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado pelo fato de o entalhe de bloqueio (64) ser uma ranhura que se estende substancialmente ao longo da direção circunferencial (YY) do disco.

6. Disco (38), de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, caracterizado pelo fato de o alojamento (62) se estender entre dois dentes consecutivos (60) do disco (38), encontrando-se o entalhe de bloqueio (64) apenas em um dos dois dentes (60).

7. Roda de rotor (32), caracterizada pelo fato de compreender um disco (38), como definido em qualquer uma das reivindicações 2 a 6, e uma palheta móvel (34), como definida na reivindicação 1, a palheta (34) para ser montada no disco (38) de modo que a plataforma (48) pressiona contra apenas um dente (60) e que a orelha (54) encaixa no entalhe de bloqueio (64) do dente (60).

8. Módulo de turbomáquina (1) escolhido entre uma turbina (8, 9) e um compressor (4, 6), caracterizado pelo fato de o módulo compreender uma roda de rotor (32), como definida na reivindicação 7.

9. Turbomáquina (1) caracterizada pelo fato de compreender um módulo, como definido na reivindicação 8.