BR112018012592B1

BR112018012592B1 - Blindagem de bordo de ataque, pá, turbomáquina, ventoinha, e, turbofan

Info

Publication number: BR112018012592B1
Application number: BR112018012592-0A
Authority: BR
Inventors: Frédéric Jean-Bernard Pouzadoux; Alain Jacques Michel Bassot; Jérémy GUIVARC'H; Gilles Pierre-Marie Notarianni; Thibault RUF
Original assignee: Safran Aircraft Engines
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2022-11-16
Also published as: RU2727940C2; FR3045711A1; RU2018126597A3; RU2018126597A; CA3009020A1; CN108474255A; CN108474255B; US10844725B2; CA3009020C; JP2019504241A; FR3045711B1; EP3394396A1; US20200270997A1; BR112018012592A2; JP6974323B2; WO2017109406A1; EP3394396B1

Abstract

A invenção refere-se ao campo de pás de turbomáquina, e mais especificamente a uma blindagem de bordo de ataque (32) para uma pá de turbomáquina (16), se estendendo na direção de sua altura a partir de uma extremidade de fundo (40) até uma extremidade de topo (41), tendo uma face externa (50) se sobrepondo a um bordo de ataque (18) e uma face interna (51) destinada a ser presa a um corpo de pá (30), e uma aleta lateral de pressão (34), uma aleta lateral de sucção (36) e uma seção central (38) juntando a aleta lateral de pressão (34) e a aleta lateral de sucção (36). A seção central (38) tem uma espessura (e1) que é superior às da aleta lateral de pressão (34) e da aleta lateral de sucção (36) entre a face externa (50) e a face interna (51). A espessura (e1) da seção central (38) aumenta, com um gradiente estável ou que aumenta, sobre um primeiro segmento (S1) a partir de uma extremidade de fundo da blindagem de bordo de ataque (32), mas tem um gradiente que diminui para além de dito primeiro segmento (S1).

Description

Fundamentos da invenção

[001] A presente invenção se refere a uma blindagem de bordo de ataque para uma pá de turbomáquina. O termo “turbomáquina” é utilizado neste contexto para significar qualquer máquina na qual energia pode ser transferida entre um fluxo de fluido e pelo menos um conjunto de pás, por exemplo, como um compressor, uma bomba, uma turbina, uma hélice ou, na verdade, uma combinação de pelo menos dois dos itens acima.

[002] Essas blindagens de bordo de ataque são tipicamente para proteger os bordos de ataque das pás rotativas ou das palhetas guia contra impactos. O termo “pás” é usado neste contexto tanto para as pás do ventilador quanto para as pás de uma hélice de avião. De modo a limitar o seu peso, tais pás são tipicamente principalmente na forma de um corpo de pá feito de material compósito com matriz orgânica, por exemplo, um polímero, reforçado por fibras. Embora tais materiais apresentem qualidades mecânicas que são geralmente muito favoráveis, em particular no que diz respeito ao seu peso, eles são, no entanto, um pouco sensíveis a impactos pontuais. Blindagens, normalmente feitas de material metálico muito forte, como ligas de titânio, são, portanto, normalmente instaladas nos bordos de ataque de tais pás, a fim de protegê-los contra tais impactos. Tais blindagens, que se estendem desde uma extremidade inferior adjacente à raiz da pá até uma extremidade superior adjacente à ponta da pá e que apresentam uma face externa cobrindo a borda inicial e uma face interna para fixação ao corpo da pá, são normalmente na forma de uma aleta do lado de pressão fina e uma aleta do lado de sucção fina unidas por uma seção central mais grossa sobre o bordo de ataque, a blindagem como um todo se ajustando à forma da pá no bordo de ataque e nas suas seções adjacentes do lado de pressão e do lado de sucção. Devido à rotação das pás, as velocidades de impacto normalmente aumentam em direção à ponta da pá, de modo que a espessura entre as faces interna e externa da seção central da blindagem normalmente varia com um relacionamento crescente que vai da extremidade inferior até a extremidade superior da blindagem. No entanto, isso apresenta a desvantagem de aumentar o peso da blindagem, e acima de tudo a sua inércia em torno de um eixo que se estende na direção da altura.

Objeto e sumário da invenção

[003] A presente invenção procura remediar essas desvantagens propondo uma blindagem de bordo de ataque para uma pá de turbomáquina que possibilita prover proteção que é apropriada para a pá com peso e inércia que são reduzidos.

[004] Em pelo menos uma modalidade, este objetivo é alcançado pelo fato de que, na dita blindagem de bordo de ataque, que pode ser feita de material metálico, que se estende verticalmente de uma extremidade inferior a uma extremidade superior, apresentando uma face externa sobreposta a um bordo de ataque e uma face interna para fixação a um corpo de pá e que inclui uma aleta do lado de pressão, uma aleta do lado de sucção e uma seção central unindo a aleta do lado de pressão e a aleta do lado de sucção, a seção central apresenta espessura entre a face externa e a face interna que é maior do que uma espessura correspondente da aleta do lado de pressão e também uma espessura correspondente da aleta do lado de sucção entre a face interna e a face externa, na qual a espessura da seção central aumenta primeiro com um gradiente que é estável ou aumenta ao longo de um primeiro segmento que se estende por pelo menos 60%, ou até mesmo 80%, da altura da blindagem do bordo de ataque a partir da extremidade inferior da blindagem do bordo de ataque e da espessura da seção central apresenta, em segundo lugar, um gradiente que diminui além do referido primeiro segmento. A espessura da seção central pode até diminuir em um segundo segmento da blindagem do bordo de ataque que está situada além do primeiro segmento.

[005] Por meio destas disposições, é possível reduzir o peso e a inércia acrescentada pela blindagem à pá quando a pá está menos exposta a impactos além do dito primeiro segmento.

[006] A presente divulgação também proporciona uma pá que se estende no sentido da altura da raiz de uma pá para uma ponta de pá e compreende um corpo de pá com uma proteção de borda dianteira montada no corpo de pá, sendo o corpo de pá composto de material compósito reforçado com fibra com uma matriz orgânica, por exemplo, uma matriz de polímero, sendo a blindagem de bordo de ataque feita de um material com melhor resistência ao impacto do ponto do que o material compósito do corpo da pá, e a extremidade inferior da blindagem mais próxima da raiz da pá do que a extremidade superior.

[007] A presente descrição também proporciona uma turbomáquina incluindo uma pluralidade de tais pás, um ventilador incluindo uma pluralidade de tais pás e um turbofan incluindo tal ventilador.

Breve descrição dos desenhos

[008] A invenção pode ser bem entendida e as suas vantagens parecem melhor na leitura da seguinte descrição detalhada de modalidades mostradas como exemplos não limitativos. A descrição se refere aos desenhos anexos, nos quais: • a Figura 1 é uma vista em perspectiva esquemática de um turbofan; • as Figuras 2A e 2B são vistas em perspectiva diagramáticas, respectivamente, do lado da pressão e do lado da sucção de uma pá rotativa do turbofan da Figura 1, em uma modalidade da pá; • a Figura 3 é uma vista em corte parcial da pá das figuras 2A e 2B no plano III-III; e • a Figura 4 é um gráfico que mostra as relações para variação na espessura da seção central das blindagens do bordo de ataque em duas modalidades, comparadas com a relação para uma blindagem do bordo de ataque da técnica anterior.

Descrição detalhada da invenção

[009] A Figura 1 mostra um turbofan 10 compreendendo uma unidade geradora de gás 12 e um ventilador 14. O ventilador 14 compreende uma pluralidade de pás rotativas 16 dispostas radialmente em torno de um eixo central X, sendo as pás aerodinamicamente perfiladas para impulsionar o ar quando giram e rodeadas por um invólucro de ventilador 50. Assim, como mostrado nas Figuras 2A, 2B e 3, cada pá 16 apresenta um bordo de ataque 18, um bordo de fuga 20, um lado de pressão 22, um lado de sucção 24, uma ponta de pá 26, e uma raiz de pá 28.

[0010] Em funcionamento normal, o fluxo de ar relativo é dirigido substancialmente para o bordo de ataque 18 de cada pá 16. Assim, o bordo de ataque 18 está particularmente exposto a impactos. Em particular, quando a pá 16 compreende um corpo de pá 30 feito de material compósito, em particular um material tendo uma matriz de polímero reforçada por fibras, é apropriado proteger o bordo de ataque 18 com uma proteção de bordo 32 integrada em cada pá. Por outras palavras, a blindagem da extremidade 32 é montada no corpo da pá 30.

[0011] A blindagem de bordo de ataque 32 é feita de um material com melhor resistência ao impacto do que o material compósito do corpo da pá 30. A blindagem do bordo de ataque 32 é feita principalmente de metal, e mais especificamente de uma liga à base de titânio, como TA6V (Ti-6Al-4V), por exemplo. A blindagem de bordo de ataque 32 poderia igualmente ser feita de aço ou de uma liga de metal comumente referida pela marca registrada Inconel™. O termo “Inconel” é aqui utilizado para se referir uma liga à base de ferro ligada com níquel e cromo.

[0012] A blindagem de bordo de ataque 32 da extremidade dianteira se estende ao longo de uma altura H ao longo de um eixo Z desde uma extremidade inferior 40 até a extremidade superior 41, apresenta uma face exterior 50 sobrejacente ao bordo dianteiro 18 e uma face interna 51 a ser fixada no corpo da pá 30, e inclui uma aleta do lado de pressão 34, uma aleta do lado de sucção 36 e uma seção central 38 que liga em conjunto a aleta do lado de pressão 34 e a aleta do lado de sucção 36 sobre a altura H da blindagem 32. As aletas do lado do lado de pressão e de sucção 34 e 36 servem para posicionar a blindagem 32 no corpo da pá 30. Tal como mostrado na Figura 3, que é uma seção transversal em um plano III-III que se estende transversalmente ao eixo Z da altura H da blindagem 32, a espessura e1 da seção central 38 entre a face externa 50 e a face interna 51 da blindagem 32 é substancialmente maior que as espessuras e2 e e3 respectivamente da aleta do lado de pressão 34 e da aleta do lado de sucção 36 entre a face externa 50 e a face interna 51, para resistir aos impactos que estão concentrados na seção central 38.

[0013] Uma vez que cada pá 16 roda em torno do eixo central X do turbofan 1 quando este está em funcionamento, a velocidade tangencial do bordo de ataque 18 aumenta indo da raiz 26 para a ponta 28 da pá. Em blindagens conhecidas, para ter em conta o efeito desta velocidade crescente nas velocidades de impacto contra a pá, a espessura e1 da seção central da blindagem aumenta indo da extremidade inferior para a extremidade superior da blindagem, na aplicação de uma relação crescente com um gradiente estável ou mesmo crescente, como mostrado pela curva 100 na Figura 4, em que o eixo vertical corresponde ao eixo Z da altura H da blindagem e o eixo horizontal corresponde à espessura e1.

[0014] No entanto, a ponta de pá 26 é protegida em parte pelo invólucro 50, para o qual a entrada pode ser mais estreita do que a ventoinha 14. Em comparação com as blindagens da técnica anterior, é possível prever a redução da espessura e1 da seção central da blindagem 32 na proximidade da ponta da pá 26 sem efeitos negativos na segurança. A espessura e1 da seção central 38 da blindagem 32 pode assim aumentar com um gradiente de1/dZ que é estável, isto é, constante, ou que aumenta sobre um primeiro segmento S1 a partir da extremidade inferior 40 da blindagem 32, enquanto apresenta um gradiente que diminui além desse primeiro segmento S1. Por exemplo, em uma primeira modalidade mostrada na Figura 4 pela curva 101, a espessura e1 continua a aumentar além do primeiro segmento S1 para a extremidade superior 41, mas com um gradiente de1/dZ que diminui. É mesmo possível, em uma segunda modalidade mostrada na Figura 4 pela curva 102, prever que o gradiente de1/dZ se torne negativo, de modo que a espessura e1 diminua sobre um segundo segmento S2 situado entre o primeiro segmento S1 e a extremidade superior 41 da blindagem 32. Em relação ao exemplo comparativo mostrado pela curva 100, é assim possível reduzir o peso e sobretudo a inércia que é adicionada à pá 16 pela blindagem 32.

[0015] Embora a presente invenção seja descrita com referência a modalidades específicas, é claro que várias modificações e alterações podem ser empreendidas nessas modalidades sem ir além do escopo geral da invenção como definido pelas reivindicações. Além disso, as características individuais das várias modalidades mencionadas podem ser combinadas em modalidades adicionais. Consequentemente, a descrição e os desenhos devem ser considerados em um sentido que seja ilustrativo e não restritivo.

Claims

1. Blindagem de bordo de ataque (32) para uma pá de turbomáquina (16), a blindagem de bordo de ataque (32) se estendendo na direção da altura a partir de uma extremidade de fundo (40) até uma extremidade de topo (41), apresentando uma face externa (50) se sobrepondo a um bordo de ataque (18) e uma face interna (51) para se prender a um corpo de pá (30), e incluindo uma aleta do lado de pressão (34), uma aleta do lado de sucção (36), e uma seção central (38) juntando a aleta do lado de pressão (34) e a aleta do lado de sucção (36), a blindagem sendo caracterizada pelo fato de que a seção central (38) apresenta uma espessura (e1) entre a face externa (50) e a face interna (51) que é superior a tanto uma espessura correspondente (e2) da aleta do lado de pressão (34) quanto a uma espessura correspondente (e3) da aleta do lado de sucção (36), a espessura (e1) da seção central (38) primeiramente aumentando com um gradiente que é estável ou que aumenta sobre um primeiro segmento (S1) se estendendo sobre pelo menos 60% da altura (H) da blindagem de bordo de ataque (32) começando a partir da extremidade de fundo da blindagem de bordo de ataque (32), e segundamente apresentando um gradiente que diminui para além do primeiro segmento (S1).

2. Blindagem de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a espessura (e1) da seção central (38) diminui sobre um segundo segmento (S2) da blindagem de bordo de ataque (32) que está situado para além do primeiro segmento (S1).

3. Blindagem de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que é feita de material de metal.

4. Pá (16) se estendendo na direção da altura a partir de uma raiz de pá até uma ponta de pá e compreendendo um corpo de pá (30) e uma blindagem de bordo de ataque (32) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de ser instalada no corpo de pá (30), o corpo de pá (30) sendo feito de material compósito de matriz orgânica reforçado por fibras, e a blindagem de bordo de ataque (32) sendo feita de um material com resistência a ponto de impacto melhor do que o material compósito do corpo de pá (30).

5. Pá (4) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a extremidade de fundo (40) da blindagem de bordo de ataque (32) está mais perto da raiz de pá do que da extremidade de topo da blindagem de bordo de ataque (32).

6. Turbomáquina, caracterizada pelo fato de que inclui uma pluralidade de pás (16) como definidas em qualquer uma das reivindicações 4 ou 5.

7. Ventoinha (14), caracterizada pelo fato de que inclui uma pluralidade de pás (16) como definidas em qualquer uma das reivindicações 4 ou 5.

8. Turbofan (10), caracterizado pelo fato de que inclui uma ventoinha como definida na reivindicação 7.