BR112018001163B1 - Carcaça de escape para um motor de turbina de aeronave, motor de turbina e aeronave - Google Patents

Carcaça de escape para um motor de turbina de aeronave, motor de turbina e aeronave Download PDF

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Abstract

A invenção se refere a uma carcaça de escape para um motor de turbina de uma aeronave que inclui: um colar (4), um cubo (5), braços ocos (63) que conectam o dito colar (4) ao dito cubo (5) e uma peça de abertura (3) a qual está localizada no colar (4) e é adequada para que seja conectada a um tubo de saída (30) de uma válvula de operação transiente do motor de turbina. Na dita carcaça de escape, a dita peça de abertura (3) é fixada no colar (4) e forma uma extensão de um braço oco (63) de modo que um fluxo de ar (7) que deixa o tubo de saída (30) da válvula de operação transiente penetre o braço oco (63) e flua no cubo (5).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se a uma carcaça de escape de motor de turbina para uma aeronave, em que o tempo de vida do mesmo é aumentado.
[002] Mais precisamente, se refere a uma carcaça de escape que permite que as forças criadas pelas diferenças de temperatura entre um envoltório e um cubo da dita carcaça de escape sejam limitadas.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[003] O tempo de vida de uma carcaça de escape (ou Moldura Posterior de Turbina, TRF) é altamente impactado pelas forças criadas por diferenças de temperatura entre um envoltório e um cubo da dita carcaça de escape. Mais particularmente, essas forças são criadas nos braços que conectam o envoltório externo ao cubo interno.
[004] Portanto, durante a decolagem da aeronave ou fases de aceleração, o envoltório é aquecido mais rápido que o cubo, o qual é mais massivo, e essa diferença de temperatura entre as duas partes cria forças de tensão nos braços que conectam o envoltório ao cubo porque, sob a influência de calor, o envoltório dilata mais rápido que o cubo.
[005] Ao contrário, ao parar a turbomáquina, o envoltório resfria mais rápido que o cubo criando, portanto, forças de compressão nos ditos braços que conectam o envoltório ao cubo.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[006] Uma meta geral da invenção é propor uma solução que permita que as forças criadas pelas diferenças de temperatura entre o envoltório e o cubo sejam limitadas, de modo a aumentar o tempo de vida dos braços que conectam o envoltório ao cubo e, portanto, a de todo a carcaça de escape. Além disso, essa solução precisa ser simples de modo a ter capacidade para ser facilmente implementada em um motor de turbina de aeronave, sem incorrer em um custo excessivo considerável.
[007] Mais particularmente, de acordo com um primeiro aspecto, a invenção propõe uma carcaça de escape para um motor de turbina de aeronave que compreende um envoltório, um cubo que forma uma cavidade, os braços ocos que conectam o dito envoltório ao dito cubo e pelo menos uma boca situada no envoltório e que é adequada para ser conectada a um tubo de saída de uma válvula de operação transiente do motor de turbina, caracterizado pelo fato de que a dita pelo menos uma boca é fixada ao envoltório na extensão de um braço oco para que um fluxo de ar que sai o tubo de saída da válvula de operação transiente penetre no braço oco e circule na cavidade do cubo.
[008] Tal dispositivo permite que a diferença de temperatura entre o cubo e o envoltório durante decolagem ou fases de aceleração da aeronave seja limitada aquecendo-se o dito cubo e, portanto, permite um aumento no tempo de vida da carcaça de escape.
[009] De acordo com uma função adicional, a carcaça de escape compreende pelo menos um braço de garfo e um braço oco que une o dito braço de garfo compreende um defletor de modo a defletir o fluxo de ar que sai do dito braço oco em direção a um endurecedor do braço de garfo.
[010] De acordo com uma função suplementar, o braço oco que une o braço de garfo compreende um endurecedor o qual compreende um orifício lateral, e que o defletor está situado no interior do endurecedor do dito braço oco de modo a defletir pelo menos uma porção do fluxo de ar que sai do dito braço oco em direção ao endurecedor do braço de garfo através do dito orifício lateral.
[011] De acordo com uma função particular, o braço oco, o qual une o braço de garfo, compreende um endurecedor que compreende um orifício frontal e o defletor está situado no dito orifício frontal.
[012] De acordo com outra função, o defletor é uma parte de folha de metal curvada.
[013] De acordo com uma função adicional, a carcaça de escape é uma carcaça de escape com braços tangenciais.
[014] De acordo com um segundo aspecto, a invenção propõe um motor de turbina que compreende uma carcaça de escape de acordo com uma das funções acima mencionadas, em que o dito motor de turbina compreende uma válvula de escorrimento transiente que compreende um tubo de saída, o qual é conectado a uma boca da dita carcaça de escape.
[015] De acordo com um terceiro aspecto, a invenção propõe uma aeronave que compreende um motor de turbina de acordo com a função acima mencionada.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[016] Outros objetivos, características e vantagens da presente invenção aparecerão mediante a leitura da descrição detalhada a seguir e com referência aos desenhos em anexo fornecidos como exemplos não limitantes e em que: • A Figura 1.a mostra uma vista em perspectiva de uma carcaça de escape de acordo com uma primeira realização; • A Figura 1.b mostra a mesma vista da Figura 1.a, mas os tubos de saída da válvula de escorrimento transiente não são mostrados para que as bocas sejam mais visíveis; • A Figura 2 mostra uma vista de uma seção da carcaça de escape de acordo com a primeira realização; • A Figura 3 mostra uma vista detalhada dos reforços dos braços que conectam o envoltório ao cubo de acordo com uma variante da primeira realização, em que o endurecedor do braço compreende apenas um orifício frontal; • A Figura 4 mostra uma vista detalhada dos reforços dos braços que conectam o envoltório ao cubo de acordo com outra variante da primeira realização, em que o endurecedor do braço compreende um orifício lateral; • A Figura 5 mostra uma vista ainda mais detalhada que a Figura 4 da variante da primeira realização, em que o endurecedor compreende um orifício lateral; e • A Figura 6 mostra uma vista de uma seção de uma carcaça de escape de acordo com uma segunda realização.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[017] É mostrada nas Figuras 1.a e 1.b uma primeira realização de uma carcaça de escape 2 ao qual são fixados tubos de saída 30 de uma válvula de operação transiente (ou Válvula de Escorrimento Transiente, TBV) de um motor de turbina de aeronave.
[018] A carcaça de escape 2 compreende um envoltório 4 e um cubo 5 que são conectados por uma pluralidade de braços 6, bem como bocas 3 que estão situadas no envoltório 4, que formam uma extensão de vários braços 6. O cubo 5 compreende uma cavidade em seu centro.
[019] Dentre essa pluralidade de braços 6, a carcaça de escape 2 compreende braços de garfo 61 (três na realização representada nas Figuras 1.a, 1.b e 2) os quais estão dispostos nos elementos de fixação 41 do envoltório 4 para a aeronave. Esses braços de garfo 61 são braços 6 que não são ocos e que garantem a resistibilidade mecânica da carcaça de escape 2. Os braços de garfo 61 não são conectados a qualquer boca 3. Nenhuma boca 3 é fixada ao envoltório 4 na extensão dos braços de garfo 61.
[020] A carcaça de escape 2 também compreende braços de utilidade de óleo 62 nos quais estão instalados circuitos de circulação de óleo que alimentam os circuitos hidráulicos para controlar serviços (como abas, freios, o trem de pouso). Na realização ilustrada na Figura 2, a carcaça de escape 2 compreende três braços de utilidade de óleo 62, os quais estão dispostos em oposição aos três braços de garfo 61 em relação ao cubo 5. Os braços de utilidade de óleo 62 não são conectados a qualquer boca 3. Nenhuma boca 3 é fixada ao envoltório 4 na extensão dos braços de utilidade de óleo 62.
[021] Finalmente, a carcaça de escape 2 também compreende braços ocos 63 os quais cada um compreende uma cavidade que é aberta em ambas as extremidades, então, no envoltório 4 e o cubo 5. Na primeira realização, todos os braços ocos 63 são conectados a uma boca 3. Mais precisamente, uma boca 3 é aplicada ao envoltório 4 (soldando-se, por exemplo) na extensão de cada braço oco 63, para que quando um tubo de saída 30 seja fixado à boca 3, o fluxo de ar 7 que sai do dito tubo de saída 30 penetre diretamente na cavidade do tubo oco 63. A boca 3 é uma parte aplicada a qual é fixada ao envoltório 4 da carcaça de escape 2, e que torna possível assegurar a fixação do tubo de saída 30 no envoltório 4, e sua vedação.
[022] Como ilustrado na Figura 2, os tubos de saída 3 da válvula de operação transiente são, cada um, conectados a um braço oco 63 através de uma boca 3, para que um fluxo de ar 7 que sai da válvula de operação transiente penetre no braço oco 63 e circule dentro do cubo 5, e mais precisamente na cavidade do cubo 5.
[023] A válvula de operação transiente que é uma válvula a qual permite um compressor de alta pressão do motor de turbina descarregar durante início e aceleração, o fluxo de ar 7 é um fluxo de ar quente a qual permite que o cubo 5 seja aquecido e, portanto, limite a diferença de temperatura entre o cubo 5 e o envoltório 4 durante a decolagem e fases de aceleração da aeronave.
[024] Portanto, o surgimento de forças de tensão nos braços 6 as quais ocorrem durante decolagem ou fases de aceleração da aeronave é limitado, e o tempo de vida da carcaça de escape 2 é, por esse motivo, aumentado.
[025] Vantajosamente, apesar do fato de que os circuitos de circulação de óleo presentes nos braços de utilidade de óleo 62 são aquecidos pelo fluxo de ar 7, não há aumento no risco de coqueifação do óleo. Na verdade, o compressor de alta pressão descarrega através da válvula de operação transiente apenas durante início ou fases de aceleração da aeronave, o óleo não é aquecido nos períodos durante os quais não circula mais e, portanto, o risco de coqueifação não é aumentado.
[026] Portanto, isso pode ser facilmente implementado nos motores de turbina sem exigir trabalho de adaptação dispendioso e não traz consigo um problema de coqueifação de óleo. Na verdade, geralmente, em motores de turbina conhecidos, as bocas 3 às quais são conectados os tubos de saída 30 estão dispostas no envoltório 4 da carcaça de escape 2, de modo a ejetar o fluxo de ar 7 entre os braços 6 que conectam o envoltório ao cubo 5. Portanto, apenas uma adaptação leve da carcaça de escape 2 é necessária.
[027] Na primeira realização da invenção, de modo a aperfeiçoar a homogeneidade do aquecimento do cubo 5 e como ilustrado na Figura 2, uma porção do fluxo de ar 7 que deixa os braços ocos 63 é orientada em direção a uma zona do cubo 5 para que os braços de garfo 61 sejam fixados. Na verdade, essa zona do dito cubo 5 não é diretamente aquecida por um fluxo de ar quente 7 que sai do braço 6 para que seja fixado.
[028] Os braços 6 compreendem, cada um, um endurecedor 60 o qual está situado dentro do cubo 5. Como ilustrado na Figura 2, o fluxo de ar 7 deixa os braços ocos 63 nos endurecedores 60.
[029] Na realização, o fluxo de ar 7 que deixa um braço oco 63 o qual une um braço de garfo 61 é defletido em direção ao endurecedor 60 do dito braço de garfo 61 por um defletor 8. O defletor 8 pode ser implementado por uma parte de folha de metal curvada a qual está disposta no endurecedor 60 do dito braço oco 63 que une o dito braço de garfo 61.
[030] Na primeira realização ilustrada na Figura 2, os três braços de garfo 61 estão dispostos consecutivamente, para que apenas dois braços ocos 63 unam um braço de garfo 61.
[031] De acordo com uma primeira variante da primeira realização, a qual é ilustrada na Figura 3, o reforço 60 do braço oco 63 que une o braço de garfo 61 compreende duas paredes laterais 600 que formam um canal que compreende um orifício frontal 601 através do qual o fluxo de ar 7 flui quando que sai do braço oco 63. O orifício frontal 601 está situado na extensão da cavidade do braço oco 63.
[032] Na primeira variante da primeira realização, o defletor 8 está disposto no orifício frontal 601 de modo a defletir o fluxo de ar 7 em direção ao reforço 60 do braço de garfo 61.
[033] De acordo com uma segunda variante da primeira realização, a qual é ilustrada nas Figuras 4 e 5, as paredes laterais 600 compreendem, cada uma, um orifício lateral 602 (apenas um orifício lateral 602 é mostrado nas Figuras 4 e 5). Portanto, o defletor 8 está situado dentro do reforço 60 no orifício lateral 602 e deflete o fluxo de ar 7 em direção ao braço de garfo 61 através do orifício lateral 602.
[034] Preferencialmente, na primeira realização, o fluxo de ar 7 que sai dos braços ocos 63 não é diretamente defletido em direção aos braços de utilidade de óleo 62, de modo a não provocar o superaquecimento do óleo.
[035] De acordo com uma segunda realização ilustrada na Figura 6, o fluxo de ar 7 não é diretamente defletido em direção aos reforços 60 dos braços de garfo 63 por defletores 8. Na verdade, quando a carcaça de escape 2 é uma carcaça de braço tangencial, a homogeneização do aquecimento do cubo 5 é assegurada por um turbilhão 9 de ar quente (ou redemoinho) na cavidade do cubo 5. Uma carcaça de escape com braços tangenciais deve ser entendida no presente documento como uma carcaça dos braços que são inclinados em relação ao normal em relação à superfície externa do cubo.
[036] Portanto, os braços 6 que são inclinados em relação ao normal em relação à superfície externa do cubo 5, o fluxo de ar 7 chega no interior do cubo 5 com uma inclinação em relação ao normal, que forma o turbilhão 9 sob a influência de força centrífuga.

Claims (7)

1. CARCAÇA DE ESCAPE (2) PARA UM MOTOR DE TURBINA DE AERONAVE, que compreende um envoltório (4), um cubo (5) que forma uma cavidade, braços ocos (63) que conectam o envoltório (4) ao cubo (5) e pelo menos uma boca (3) situada no envoltório (4) e a qual é adequada para ser conectada a um tubo de saída (30) de uma válvula de operação transiente do motor de turbina, em que a pelo menos uma boca (3) é fixada ao envoltório (4) na extensão de um braço oco (63), para que um fluxo de ar (7) que sai do tubo de saída (30) da válvula de operação transiente penetre no braço oco (63) e circule na cavidade do cubo (5), sendo que a carcaça de escape (2) é caracterizada por compreender pelo menos um braço de garfo (61) e um braço oco (63) que une o braço de garfo (61) compreendendo um defletor (8) de modo a defletir o fluxo de ar (7) que sai do braço oco (63) em direção a um endurecedor (60) do braço de garfo (61).
2. CARCAÇA DE ESCAPE (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo braço oco (63) que une o braço de garfo (61) compreender um endurecedor (60) que compreende um orifício lateral (602), e pelo defletor (8) estar situado no interior do endurecedor (60) do braço oco (63) de modo a defletir pelo menos uma porção do fluxo de ar (7) que sai do braço oco (63) em direção ao endurecedor (60) do braço de garfo (61) através do orifício lateral (602).
3. CARCAÇA DE ESCAPE (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo braço oco (63) o qual une o braço de garfo (61) compreender um endurecedor (60) que compreende um orifício frontal (601) e pelo defletor (8) estar situado no orifício frontal (601).
4. CARCAÇA DE ESCAPE (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo defletor (8) ser uma parte de folha de metal curvada.
5. CARCAÇA DE ESCAPE (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pela carcaça de escape (2) ser uma carcaça de escape com braços tangenciais.
6. MOTOR DE TURBINA que compreende uma carcaça de escape (2), conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, sendo que o motor de turbina é caracterizado por compreender uma válvula de escorrimento transiente que compreende um tubo de saída (30) o qual é conectado a uma boca (3) da carcaça de escape (2).
7. AERONAVE caracterizada por compreender um motor de turbina, conforme definido na reivindicação 6.
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