BR112019021212A2

BR112019021212A2 - pá para uma turbina, e, turbomáquina.

Info

Publication number: BR112019021212A2
Application number: BR112019021212A
Authority: BR
Inventors: Bernard Vincent Rollinger Adrien; Pierre Cariou Romain; Paquin Sylvain; Michel Flamme Thomas
Original assignee: Safran
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2020-04-28
Also published as: RU2019135909A3; JP7130664B2; EP3610132B1; FR3067388A1; CN110770415A; FR3067388B1; US11236617B2; WO2018189432A1; CN110770415B; JP2020513091A; US20200149405A1; RU2019135909A; EP3610132A1; CA3059400A1

Abstract

a invenção se refere a uma pá de turbina compreendendo uma raiz de pá e uma lâmina (13) estendendo-se radialmente para fora a partir da raiz de pá (12), dita lâmina (13) compreendendo um primeiro circuito de resfriamento interno compreendendo uma cavidade de superfície inferior (33, 36) estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior (16) e ao longo de uma primeira parede interna (47, 45) arranjada entre a parede de superfície inferior (16) e a parede de superfície superior (18), uma cavidade de superfície superior (34, 37) estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície superior (18) e ao longo de uma segunda parede interna (47, 43) arranjada entre a parede de superfície inferior (16) e a parede de superfície superior (18). o primeiro circuito de resfriamento compreende uma cavidade interna atravessante (35, 38) definida entre duas paredes atravessantes (59, 57, 55, 53), cada uma estendendo-se entre a parede de superfície inferior (16) e a parede de superfície superior (18). a cavidade de superfície inferior (33, 36), a cavidade de superfície superior (34, 37) e a cavidade interna atravessante (35, 38) são conectadas fluidamente em série.

Description

PÁ PARA UMA TURBINA, E, TURBOMÁQUINA

CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente descrição se refere a uma pá, por exemplo uma pá para uma turbina que pode ser usada dentro de uma turbomáquina de aeronave, e mais particularmente ao resfriamento interno de uma tal pá. FUNDAMENTO TECNOLÓGICO [002] Uma turbomáquina de aeronave usualmente compreende uma câmara de combustão cujos gases de combustão acionam em rotação uma ou mais turbinas. Para proteger as pás da turbina das altas temperaturas a que elas são assim submetidas, particularmente as pás móveis, é sabido prover que as pás sejam ocas de modo a fazer um refrigerante, por exemplo ar relativamente frio tomado a montante da câmara de combustão, circular no interior das pás.

[003] O pedido internacional WO 2015/162389 Al da Requerente descreve uma pá para uma turbina de turbomáquina compreendendo um circuito de resfriamento com homogeneidade melhorada. Particularmente, essa pá inclui diversas cavidades dentro da espessura da lâmina.

[004] Porém, as demandas de desempenho aumentado levam a um aumento da eficiência da turbomáquina, e consequentemente a um aumento da temperatura dos gases de combustão passando através das turbinas sem aumentar a vazão do refrigerante no interior das pás. Assim, embora a pá acima mencionada tenha resultados satisfatórios, há uma necessidade de uma pá que é ainda mais resistente a altas temperaturas.

APRESENTAÇÃO DA INVENÇÃO [005] Para esse fim, a presente descrição se refere a uma pá para uma turbina, compreendendo uma raiz de pá definindo uma extremidade radialmente interna da pá e uma lâmina estendendo-se radialmente para fora a partir da raiz de pá e tendo uma parede de superfície inferior e uma parede de superfície superior conectada à parede de superfície inferior em uma borda de

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 7/39 / 30 ataque e uma borda de fuga da lâmina, a lâmina compreendendo pelo menos um primeiro circuito de resfriamento interno incluindo pelo menos uma cavidade de superfície inferior estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior e ao longo de uma primeira parede interna arranjada entre a parede de superfície inferior e a parede de superfície superior, pelo menos uma cavidade de superfície superior estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície superior e ao longo de uma segunda parede interna, arranjada entre a parede de superfície inferior e a parede de superfície superior, a pá sendo distinguida pelo fato de que o primeiro circuito de resfriamento inclui adicionalmente pelo menos uma cavidade interna atravessante definida entre duas paredes atravessantes cada uma estendendose entre a parede de superfície inferior e a parede de superfície superior, afastando-se da borda de ataque e da borda de fuga, a cavidade interna atravessante estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior e da parede de superfície superior, em que a cavidade de superfície inferior, a cavidade de superfície superior e a cavidade interna atravessante são fluidamente conectada em série.

[006] Na presente descrição, a menos de declarado de outro modo a montante e a jusante são definidos em relação à direção normal de fluxo do gás (de a montante para a jusante) através da turbomáquina. A montante e a jusante são expressos em relação ao gás circulando fora da pá, geralmente a partir da borda de ataque para a borda de fuga, e não em relação com o refrigerante (fluido de resfriamento) circulando no interior da pá. Para o fim de concisão e sem perda de generalidade, os termos refrigerante ou mais simplesmente ar serão usados na sequência indiferentemente.

[007] Além do mais, o eixo geométrico da turbina representa o eixo geométrico de rotação do rotor da turbina. A direção axial corresponde à direção do eixo geométrico da turbina e uma direção radial, ao longo de que a lâmina se estende, é uma direção perpendicular a esse eixo geométrico e

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 8/39 / 30 interceptando esse eixo geométrico. Assim, a direção radial corresponde à direção longitudinal da lâmina. Similarmente, um plano axial é um plano contendo o eixo geométrico da turbina e um plano radial é um plano perpendicular a esse eixo geométrico. Um plano transversal é um plano ortogonal à direção radial ou longitudinal. Uma circunferência é expressa como um círculo pertencendo a um plano radial e cujo centro pertence ao eixo geométrico da turbina. Uma direção tangential ou circunferencial é uma direção tangente a uma circunferência; ela é perpendicular ao eixo geométrico do compressor, mas não passa através do eixo geométrico.

[008] Dentro do significado da presente descrição, uma cavidade se estende radialmente ao longo de uma parede, se a cavidade é adjacente à parede sobre pelo menos metade de seu comprimento, preferivelmente substancialmente todo seu comprimento, em uma direção radial. Ademais, uma cavidade é considerada como distinta de uma outra cavidade se estas duas cavidades são separadas por uma parede sobre pelo menos metade do comprimento da lâmina em uma direção radial, preferivelmente substancialmente todo o comprimento da lâmina.

[009] Graças à presença da cavidade interna atravessante como definida acima, as paredes atravessantes têm uma liberdade de deformação para acomodar a dilatação diferencial entre as porções externas da pá, tal como a as paredes de superfície inferior e de superfície superior relativamente quentes as porções internas da pá, tais como a primeira e a segunda paredes internas relativamente frias. Assim, a estrutura interna da pá é feita mais flexível, o que limita o aparecimento de tensões na pá e, consequentemente, aumenta sua resistência a diferenças de temperatura e sua longevidade. O fato de que a cavidade de superfície inferior, a cavidade de superfície superior e a cavidade interna atravessante são fluidamente conectadas em série também toma possível maximizar o trabalho do refrigerante e homogeneizar a temperatura no interior da pá, o que também contribui para a redução das

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 9/39 / 30 tensões na pá.

[0010] A segunda parede interna pode ser distinta ou confundida (coincidente) com a primeira parede interna. No caso em que a segunda parede interna é confundida com a primeira parede interna, a cavidade de superfície inferior e a cavidade de superfície superior são adjacentes. Nessas modalidades o sentido de circulação do ar de resfriamento pode ser revertido, entre a cavidade de superfície inferior e a cavidade de superfície superior, dentro da espessura da lâmina. A espessura da lâmina indica uma direção perpendicular a uma linha média entre a parede de superfície inferior e a parede de superfície superior, em um plano transversal.

[0011] Além disso, cada uma dentre a primeira parede interna e a segunda parede interna pode ser conectada a uma de ditas paredes atravessantes; a primeira e a segunda paredes internas podem então ser conectadas às mesmas paredes atravessantes ou a paredes atravessantes distintas.

[0012] Em algumas modalidades, a cavidade de superfície inferior, a cavidade de superfície superior e a cavidade interna atravessante são fluidamente conectadas nessa ordem. Conectar ditas cavidades na ordem mencionada acima torna possível otimizar ainda mais o trabalho do ar para uma pá móvel. Na verdade, por causa da rotação do conjunto de pá, a força de Coriolis pressiona o ar de resfriamento ao longo das paredes de superfície inferior ou de superfície superior da pá, dependendo de se a corrente de ar está subindo ou descendo no interior da lâmina. A ordem acima mencionada toma possível pressionar o ar contra a parede de superfície inferior na cavidade de superfície inferior e contra a parede de superfície superior na cavidade de superfície superior, então novamente contra a parede de superfície inferior na cavidade interna atravessante. Assim, a interação do ar com as paredes de superfície inferior e de superfície superior é maximizada enquanto que a interação do ar com as paredes internas é limitada, o que torna

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 10/39 / 30 possível melhorar respectivamente e concomitantemente o resfriamento de as paredes de superfície inferior e de superfície superior e limitar o gradiente térmico dentro da pá, entre as paredes de superfície inferior e de superfície superior por um lado e as paredes internas por outro lado. Além disso, como vai ser detalhado na sequência, as propriedades mecânicas da parede de superfície inferior, da parede de superfície superior e das paredes internas podem depender da temperatura; particularmente, as propriedades mecânicas podem ser substancialmente constantes até uma temperatura limiar, e então se deteriorar gradualmente acima da temperatura limiar. Assim, é inútil resfriar as paredes internas abaixo da temperatura limiar.

[0013] Em algumas modalidades, a cavidade de superfície inferior e/ou a cavidade de superfície superior tem uma seção transversal diminuindo na direção radial. Preferivelmente, a cavidade de superfície inferior pode ter uma seção transversal diminuindo a partir da extremidade radialmente interna da lâmina para a extremidade radialmente externa da lâmina. Alternativamente ou adicionalmente, a cavidade de superfície superior pode ter uma seção transversal diminuindo a partir da extremidade radialmente externa da lâmina para a extremidade radialmente interna da lâmina. O fato de que as cavidades da superfície inferior e/ou superfície superior são radialmente convergentes melhora o fluxo nas cavidades e torna possível limitar, senão evitar, os vórtices te recirculação. Além disso, quando uma cavidade de superfície inferior e uma cavidade de superfície superior são adjacentes de cada lado da mesma parede interna, inclinar a parede interna que as separa, em relação à direção radial, torna possível obter a configuração acima mencionada de uma maneira estruturalmente simples, e se estas cavidades estão em comunicação fluida ou não. Além do mais, essa configuração é facilitada pela interação limitada de ar com as paredes internas, particularmente quando o ar é pressionado contra a parede de superfície inferior na cavidade de superfície inferior e contra a parede de

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 11/39 / 30 superfície superior na cavidade de superfície superior.

[0014] Em algumas modalidades, a primeira parede interna é conectada a uma primeira de ditas paredes atravessantes e a segunda parede interna é conectada a uma segunda de ditas paredes atravessantes. A primeira parede atravessante é distinta da segunda parede atravessante. Isto implica que a primeira parede interna e a segunda parede interna são distintas. As cavidades da superfície inferior e superfície superior são assim arranjadas sobre cada lado da cavidade interna atravessante.

[0015] Em algumas modalidades, a pá compreende uma terceira parede atravessante conectada à primeira parede interna ou à segunda parede interna, o circuito de resfriamento interno incluindo uma segunda cavidade atravessante estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior, da parede de superfície superior e da terceira parede atravessante. A segunda cavidade atravessante pode ser interna, ou seja, se estender para fora a partir da borda de ataque ou da borda de fuga, ou ser definida entre a terceira parede atravessante e as paredes de superfície inferior e de superfície superior se unindo na borda de ataque ou na borda de fuga. A presença da segunda cavidade atravessante permite tornar a estrutura interna da pá mais flexível.

[0016] Em algumas modalidades, a terceira parede atravessante sendo conectada à primeira parede interna (respectivamente à segunda parede interna), a cavidade de superfície inferior (respectivamente a cavidade de superfície superior) é adjacente à primeira cavidade atravessante e à segunda cavidade atravessante. Assim, a primeira e a segundas cavidades atravessantes podem ser providas de cada lado da cavidade de superfície inferior (respectivamente a cavidade de superfície superior). Nessas modalidades, a primeira e a segundas cavidades atravessantes são separadas por uma única cavidade de superfície inferior (respectivamente a cavidade de superfície superior) que se estende radialmente ao longo da primeira cavidade, da

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 12/39

Ί ! 30 segunda cavidade atravessante, da primeira parede interna (respectivamente a segunda parede interna) e a parede de superfície inferior (respectivamente a parede de superfície superior).

[0017] Em algumas modalidades, a cavidade de superfície inferior e a cavidade de superfície superior são arranjadas sobre cada lado da cavidade interna atravessante e uma passagem conecta fluidamente a cavidade de superfície inferior à cavidade de superfície superior sem passar através da cavidade interna atravessante. A cavidade de superfície superior pode, por sua vez, ser conectada fluidamente à cavidade interna atravessante. Nessas modalidades, a cavidade de superfície inferior, a cavidade de superfície superior e a cavidade interna atravessante são arranjadas na forma de um trombone enrolando-se si mesmas. Dita passagem é preferivelmente localizada na extremidade radialmente externa da lâmina.

[0018] Em algumas modalidades, a cavidade de superfície inferior é arranjada sobre o lado da borda de fuga e a cavidade de superfície superior é arranjada sobre o lado da borda de ataque em relação à cavidade interna atravessante. Assim, o ar de resfriamento circula, entre a cavidade de superfície inferior e a cavidade de superfície superior, a partir da borda de fuga para a borda de ataque, ou seja, em contra fluxo com o ar acionando a turbina. O ar de resfriamento relativamente fresco pode ser possivelmente descarregado da lâmina sobre o lado da borda de ataque, onde ele escoa para a jusante ao longo da lâmina e forma uma camada protetora de resfriamento por um filme fluido que vai ser descrito mais adiante.

[0019] Em algumas modalidades, cada uma dentre a primeira parede interna e a segunda parede interna é delimitada por duas paredes atravessantes, cada parede atravessante estendendo-se entre a parede de superfície inferior e a parede de superfície superior. Cada parede interna delimitada por duas paredes atravessantes pode definir uma estrutura interna em um formato geral de H. Assim, nessas modalidades, a pá compreende uma

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 13/39 / 30 estrutura interna em um formato geral de duplo H, as barras laterais sendo as paredes atravessantes. É possível, similarmente, considerar uma estrutura interna em um formato geral de triplo H, ou formato de H quádruplo ou mais, com as muitas paredes internas e paredes atravessantes como necessário. Duas paredes atravessantes sucessivas, se elas não são conectadas pela primeira ou segunda parede interna, podem ser separadas pela cavidade interna atravessante acima mencionada.

[0020] Em algumas modalidades, a parede de superfície inferior tem pelo menos um orifício, preferivelmente uma pluralidade de orifícios, conectando a cavidade interna atravessante ao exterior da lâmina. Este orifício pode servir, possivelmente em combinação com outros orifícios similares ou diferentes, como saída de ar para a cavidade interna atravessante. O orifício torna possível descarregar, ao longo da parede de superfície inferior, o ar que circulou na cavidade interna atravessante. Ele forma assim uma camada protetora de resfriamento por um filme de fluido, melhor conhecida como “/zVm-cooZmg”, q_Ue contribui para reduzir não apenas a temperatura da parede de superfície inferior, mas também o aquecimento do ar de resfriamento nas cavidades, o que prova ser particularmente vantajoso quando a cavidade de superfície inferior é localizada sobre o lado da borda de fuga relativo à cavidade interna atravessante. Opcionalmente, o orifício pode ser dirigido para a borda de fuga, o que melhora a uniformidade da corrente de ar e reforça a camada protetora.

[0021] Em algumas modalidades, a pá compreende um segundo circuito de resfriamento interno idêntico ao circuito de resfriamento interno, em particular em que a primeira parede interna do primeiro circuito de resfriamento interno é confundida com a segunda parede interna do segundo circuito de resfriamento interno.

[0022] Por “idêntico”, entende-se que o segundo circuito de resfriamento interno pode compreender pelo menos uma cavidade de

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 14/39 / 30 superfície inferior estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior e uma primeira parede interna arranjada entre a parede de superfície inferior e a parede de superfície superior, pelo menos uma cavidade de superfície superior estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície superior e uma segunda parede interna, arranjada entre a parede de superfície inferior e a parede de superfície superior, o segundo circuito de resfriamento pode incluir adicionalmente pelo menos uma cavidade interna atravessante definida entre duas paredes atravessantes cada uma estendendose entre a parede de superfície inferior e a parede de superfície superior, para fora a partir da borda de ataque e da borda de fuga, a cavidade interna atravessante estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior e da parede de superfície superior, em que a cavidade de superfície inferior, a cavidade de superfície superior e a cavidade interna atravessante são fluidamente conectadas em série. Opcionalmente, o segundo circuito de resfriamento interno pode ter todas ou algumas das outras características detalhadas à propósito do primeiro circuito de resfriamento interno.

[0023] Ademais, essa configuração pode ser provida em uma base recorrente: assim, algumas modalidades compreendem um terceiro circuito de resfriamento interno idêntico ao segundo circuito de resfriamento interno, em particular em que a primeira parede interna do segundo circuito de resfriamento interno é confundida com a segunda parede interna do terceiro circuito de resfriamento interno. Deste modo, diversos outros circuitos de resfriamento internos podem ser providos de acordo com o mesmo esquema.

[0024] Em algumas modalidades, a pá compreende uma banheira na extremidade radialmente externa, e o primeiro circuito de resfriamento interno compreende uma cavidade de superfície superior auxiliar estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície superior e configurada para alimentar uma cavidade de resfriamento da banheira, geralmente disposta sob a banheira. Uma banheira é uma cavidade localizada na ponta da pá, ou seja,

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 15/39 / 30 na sua extremidade radialmente externa, aberta para dita extremidade e delimitada por uma parede de fundo e um flange, dito flange estendendo-se entre a borda de ataque e a borda de fuga. A cavidade de resfriamento da banheira é destinada a melhorar o resfriamento na ponta da lâmina, que é um ponto tradicionalmente quente da pá em operação, difícil de resfriar e tendo uma duração de vi da li mitada.

[0025] Em algumas modalidades, a lâmina compreende um circuito de resfriamento da borda de ataque compreendendo uma cavidade a montante estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior e a parede de superfície superior e adjacente à borda de ataque, e uma primeira cavidade de alimentação fluidamente conectada à cavidade a montante para sua alimentação com ar de resfriamento. Graças ao fato de que a alimentação da cavidade a montante ser indireta, via a primeira cavidade de alimentação, ar ainda relativamente fresco, tendo trabalhado pouco, pode ser provido até a extremidade radialmente externa da cavidade a montante, o que melhora o resfriamento na borda de ataque na ponta da lâmina. A conexão fluida entre a cavidade a montante e a primeira cavidade de alimentação pode ser obtida por um dispositivo de impacto. Um tal dispositivo de impacto pode compreender uma pluralidade de canais. Esses canais podem ser de pequena seção em relação ao tamanho da cavidade e/ou dispostos substancialmente radialmente. Esses canais podem ser configurados para acelerar o ar passando através dos mesmos, de modo a formar um jato que impacta a parede em frente, aqui a parede da cavidade a montante, e assim melhora localmente as trocas de calor. [0026] Em algumas modalidades, a lâmina compreende um circuito de resfriamento da borda de fuga compreendendo uma cavidade a jusante estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior e a parede de superfície superior e adjacente à borda de fuga, e uma segunda cavidade de alimentação fluidamente conectada à cavidade a jusante para sua alimentação com ar de resfriamento. Graças ao fato de que a alimentação da

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 16/39

11/30 cavidade a jusante ser indireta, via a segunda cavidade de alimentação, ar ainda relativamente fresco, tendo trabalhado pouco, pode ser provido até a extremidade radialmente externa da te segunda a jusante, o que melhora o resfriamento na borda de fuga na ponta da lâmina. A conexão fluida entre a cavidade a jusante e a segunda cavidade de alimentação pode ser obtida por uma pluralidade de furos providos sobre substancialmente todo o comprimento, na direção radial, de uma parede separando a cavidade a jusante da segunda cavidade de alimentação. Uma tal pluralidade de furos é às vezes chamada “calibração”.

[0027] A presente descrição também se refere a uma pá para uma turbina, compreendendo uma raiz de pá definindo uma extremidade radialmente interna da pá e uma lâmina estendendo-se radialmente para fora a partir da raiz de pá e tendo uma parede de superfície inferior e uma parede de superfície superior conectada à parede de superfície inferior em uma borda de ataque e uma borda de fuga da lâmina, a lâmina compreendendo pelo menos um primeiro circuito de resfriamento interno incluindo pelo menos uma primeira parede atravessante, uma segunda parede atravessante, uma terceira parede atravessante e uma quarta parede atravessante, cada uma de ditas paredes atravessantes estendendo-se entre a parede de superfície inferior e a parede de superfície superior, para fora a partir da borda de ataque e da borda de fuga, pelo menos uma parede interna arranjada entre a parede de superfície inferior e a parede de superfície superior e conectada à segunda parede atravessante e à terceira parede atravessante, de modo a definir uma primeira cavidade interna atravessante estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior e da parede de superfície superior, entre a primeira parede atravessante e a segunda parede atravessante, uma cavidade de superfície inferior estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior, a parede interna e a segunda e terceira paredes atravessantes, uma cavidade de superfície superior estendendo-se radialmente ao longo da parede

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 17/39 / 30 de superficie superior, a parede interna e a segunda e terceira paredes atravessantes, e uma segunda cavidade interna atravessante estendendo-se radialmente ao longo da parede de superficie inferior e a parede de superficie superior, entre a terceira parede atravessante e a quarta parede atravessante. Uma tal pá pode ter todas ou algumas das características precedentemente descritas.

[0028] A presente descrição também se refere a uma turbomáquina compreendendo uma pá como precedentemente descrita. O termo “turbomáquina” se refere a todos aparelhos de turbina a gás produzindo uma potência motriz, dentre os quais são distinguidos em particular os motores de turbojato provendo um empuxo requerido para a propulsão por reação para a ejeção a alta velocidade de gases quentes e os motores de turbina em que a potência motriz é provida pela rotação de um eixo de acionamento. Por exemplo, motores de turbina são usados como motores para helicópteros, navios, trens ou como motores industriais. Turbopropulsores (motor de turbina acionando uma hélice) são também motores de turbina usados comomotor de aeronave.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0029] A invenção e suas vantagens serão melhor entendidas pela leitura da seguinte descrição detalhada, de modalidades da invenção dadas como exemplos não limitativos. Essa descrição se refere aos desenhos anexos, em que:

a Figura 1 representa, em perspectiva, uma pá para uma turbina de acordo com uma primeira modalidade;

a Figura 2 representa a pá de acordo com a primeira modalidade em corte transversal ao longo do plano II-II da Figura 1;

a Figura 3 representa a pá de acordo com a primeira modalidade em corte transversal segundo o plano III-III da Figura 1;

a Figura 4 representa a pá de acordo com a primeira

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 18/39

13/30 modalidade em corte transversal segundo o plano IV-IV da Figura 1;

a Figura 5 representa a pá de acordo com a primeira modalidade em corte transversal segundo o plano V-V da Figura 1;

a Figura 6 representa a pá de acordo com a primeira modalidade em corte transversal segundo o plano VI-VI da Figura 1;

a Figura 7 é um diagrama sintetizando o fluxo de um refrigerante no interior da pá de acordo com a primeira modalidade;

a Figura 8 representa esquematicamente as deformações da pá de acordo com a primeira modalidade, em uso, em corte transversal segundo o plano ΠΙ-III da Figura 1;

a Figura 9 representa a pá de acordo com a primeira modalidade em corte transversal segundo o plano IX-IX da Figura 1;

a Figura 10 é um diagrama sintetizando o fluxo de um refrigerante no interior de uma pá de acordo com uma segunda modalidade;

a Figura 11 é um diagrama sintetizando o fluxo de um refrigerante no interior de uma pá de acordo com uma terceira modalidade;

a Figura 12 é um diagrama sintetizando o fluxo de um refrigerante no interior de uma pá de acordo com uma quarta modalidade;

a Figura 13 é uma vista em corte parcial esquemática de uma turbomáquina incorporando a pá de acordo com uma das modalidades. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0030] Figura 1 representa, em perspectiva, um exemplo de uma pá de rotor oca 10 para uma turbina a gás, de acordo com uma primeira modalidade. Ar de resfriamento ar (não representado) escoa no interior da pá a partir da base da raiz 12 da pá para dentro da lâmina 13, ao longo da direção longitudinal R-R’ da lâmina 13 (direção vertical na figura e direção radial em relação ao eixo geométrico de rotação X-X’ do rotor), para a ponta 14 da pá (no topo na Figura 1), então esse ar de resfriamento escapa através de uma saída para se unir com a corrente de gás principal. A raiz 12 forma a

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 19/39 / 30 extremidade radialmente interna da pá 10 e a ponta 14 forma a extremidade radialmente externa da pá 10.

[0031] Particularmente, esse ar de resfriamento circula em um circuito de resfriamento interno que é localizado no interior da lâmina 13 e de que alguns ramos levam à ponta 14 da pá em furos atravessantes 15 providos em uma banheira.

[0032] O corpo da lâmina é perfilado de modo que ele define uma parede de superfície inferior 16 e uma parede de superfície superior 18. A parede de superfície inferior 16 tem um formato geralmente côncavo e apresenta a primeira face à corrente de gás quente, ou seja, o lado de pressão dos gases, através de sua face externa, orientada a montante. A parede de superfície superior 18 é convexa e aparece subsequentemente voltada para a corrente de gás quente, ou seja, no lado de sucção dos gases, ao longo de sua face externa, orientada a jusante.

[0033] As paredes de superfície inferior 16 e superfície superior 18 se unem no local da borda de ataque 20 e no local da borda de fuga 22 que se estendem radialmente entre a ponta 14 da pá e o topo da raiz 12 da pá.

[0034] Como indicado anteriormente, a lâmina 13 compreende um primeiro circuito de resfriamento interno que vai ser detalhado com referência às Figuras 2 a 9. Particularmente, Figuras 2 a 6 mostram sucessivos cortes transversais a partir da extremidade radialmente interna da lâmina 13 até sua extremidade radialmente externa.

[0035] A Figura 3 representa a lâmina 13 em corte transversal ao longo de um plane transversal. O plano III-III é localizado preferivelmente entre 10% e 90% da dimensão da lâmina 13 na direção longitudinal, preferivelmente entre 20% e 80%, mais preferivelmente entre 25% e 75%.

[0036] Como ilustrado na Figura 3, a pá compreende cavidades 31-41 separadas entre si por paredes radialmente estendidas. Mais particularmente, a pá 10 compreende paredes atravessantes cada uma estendendo-se entre a

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 20/39 / 30 parede de superfície inferior 16 e a parede de superfície superior 18, a uma distância da borda de ataque 20 e da borda de fuga 22. Nessa modalidade, a pá compreende sete paredes atravessantes 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63. Como ilustrado, as paredes atravessantes podem ser substancialmente retilíneas em seção transversal.

[0037] Além do mais, a pá 10 compreende paredes internas cada uma arranjada entre a parede de superfície inferior 16 e a parede de superfície superior 18 e a uma distância da parede de superfície inferior 16 e da parede de superfície superior 18, nesse caso três paredes internas 43, 45, 47. Como ilustrado, as paredes internas podem ser substancial mente retilíneas em seção transversal.

[0038] As paredes internas conectam as paredes atravessantes em pares de modo a formar estruturas geralmente em formato de H. Mais especificamente, nessa modalidade, a parede interna 43 conecta as paredes atravessantes 51 e 53, a parede interna 45 conecta as paredes atravessantes 55 e 57, e a parede interna 47 conecta as paredes atravessantes 59 e 61, pelo que três estruturas geralmente em formato de H são formadas, ditas três estruturas sendo conectadas entre si apenas pelas paredes de superfície inferior e de superfície superior 16, 18.

[0039] Como ilustrado na Figura 3, as estruturas geralmente em formato de H acima mencionadas são separadas, em pares, por uma cavidade interna atravessante. Assim, nessa modalidade, a pá 10 compreende duas cavidades internas atravessante 35, 38. A cavidade interna atravessante 35 (respectivamente a cavidade interna atravessante 38) é definida entre duas paredes atravessantes 57, 59 (respectivamente duas paredes atravessantes 53, 55) pertencendo a estruturas em H distintas e estende-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior 16 e da parede de superfície superior 18.

[0040] Assim, a parede de superfície inferior 16, a parede de superfície superior 18, as paredes internas 43, 45, 47 e as paredes

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 21/39 / 30 atravessantes 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63 definem uma pluralidade de cavidades de que as características e o papel serão role agora detalhados.

[0041] Uma cavidade a montante 31 estende-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior 16 e da parede de superfície superior 18 e é delimitada por uma parede atravessante 51. A cavidade a montante 31 é adjacente à borda de ataque 20.

[0042] Uma primeira cavidade de alimentação 32 é definida entre a parede de superfície inferior 16, a parede atravessante 51, a parede interna 43 e a parede atravessante 53. Na medida em que ela se estende radialmente ao longo da parede de superfície inferior 16 e uma parede interna, a primeira cavidade de alimentação 32 pode também ser chamada cavidade de superfície inferior. A primeira cavidade de alimentação 32 é fluidamente conectada à cavidade a montante 31 para sua alimentação com ar de resfriamento, por exemplo por um dispositivo de impacto como anteriormente definido. A primeira cavidade de alimentação 32 pode ser, por sua parte, alimentada com ar de resfriamento via uma seção de entrada de ar arranjada na raiz de pá 12, por exemplo um canal.

[0043] A cavidade a montante 31 e a primeira cavidade de alimentação 32 formam um circuito de resfriamento da borda de ataque assegurando o resfriamento da lâmina 13 na sua borda de ataque 20.

[0044] Similarmente, uma cavidade a jusante 40 se estende radialmente ao longo da parede de superfície inferior 16 e da parede de superfície superior 18 e é delimitada por uma parede atravessante 63. A cavidade a jusante 40 é adjacente à borda de fuga 22.

[0045] Uma segunda cavidade de alimentação 39 é definida entre a parede de superfície inferior 16, a parede atravessante 61, a parede de superfície superior 18 e a parede atravessante 63. A segunda cavidade de alimentação 39 é fluidamente conectada à cavidade a jusante 40 para sua alimentação com ar de resfriamento, por exemplo por uma calibração como

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 22/39 / 30 anterionnente definido. A segunda cavidade de alimentação 39 pode ser, por sua parte, alimentada com ar de resfriamento via uma seção de entrada de ar arranjada na raiz de pá 12, por exemplo um canal.

[0046] A cavidade a jusante 40 e a segunda cavidade de alimentação 39 formam um circuito de resfriamento da borda de fuga assegurando o resfriamento da lâmina 13 na sua borda de fuga 22.

[0047] A lâmina 13 compreende adicionalmente um primeiro circuito de resfriamento interno incluindo pelo menos uma cavidade de superfície inferior, nesse caso que pode ser selecionada dentre duas cavidades de superfície inferior 33, 36. A cavidade de superfície inferior 33 (respecti vamente a cavidade de superfície inferior 36) estende-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior 16 e uma parede interna 47 (respectivamente uma parede interna 45) arranjada entre a parede de superfície inferior 16 e a parede de superfície superior 18. Dita parede interna 47 (respectivamente a parede interna 45) definindo a cavidade de superfície inferior 33 (respectivamente a cavidade de superfície inferior 36) pode ser referida como a primeira parede interna. Além do mais, a cavidade de superfície inferior 33 (respectivamente a cavidade de superfície inferior 36) é delimitada pelas paredes atravessantes 59, 61 (respectivamente as paredes atravessantes 55, 57), a primeira parede interna 47 (respectivamente a primeira parede interna 45) sendo conectada a ditas paredes atravessantes 59, 61 (respectivamente a ditas paredes atravessantes 55, 57).

[0048] O primeiro circuito de resfriamento interno compreende além do mais pelo menos uma cavidade de superfície superior, nesse caso que pode ser selecionada dentre três cavidades de superfície superior 37, 41, 34. A cavidade de superfície superior 37 (respectivamente a cavidade de superfície superior 41, respectivamente a cavidade de superfície superior 34) estende-se radialmente ao longo da parede de superfície superior 18 e uma parede interna 43 (respectivamente uma parede interna 45, respectivamente uma parede

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 23/39

18/30 interna 47) arranjada entre a parede de superfície inferior 16 e a parede de superfície superior 18. Dita parede interna 43 (respectivamente a parede interna 45, respectivamente a parede interna 47) definindo a cavidade de superfície superior 37 (respectivamente a cavidade de superfície superior 41, respectivamente a cavidade de superfície superior 34) pode ser referida como a segunda parede interna. A segunda parede interna pode ser distinta ou confundida com a primeira parede interna mencionada acima. No caso em que a primeira parede interna e a segunda parede interna são confundidas as correspondentes cavidades de superfície inferior e superfície superior podem estar localizadas de cada lado de ditas primeira e segunda paredes internas. Por exemplo, ela pode ser a cavidade de superfície inferior 33, a cavidade de superfície superior 34 e a parede interna 47. Inversamente, no caso em que a primeira e a segunda paredes internas são distintas, as correspondentes cavidades de superfície inferior e superfície superior não estão localizadas de cada lado da mesma parede interna. Este exemplo pode ser ilustrado pela cavidade de superfície inferior 36 definida pela primeira parede interna 45 e pela cavidade de superfície superior 37 definida pela segunda parede interna 43.

[0049] Além do mais, a cavidade de superfície superior 37 (respectivamente a cavidade de superfície superior 41, respectivamente a cavidade de superfície superior 34) é delimitada pelas paredes atravessantes 51, 53 (respectivamente as paredes atravessantes 55, 57, respectivamente as paredes atravessantes 59, 61), a segunda parede interna 43 (respectivamente a segunda parede interna 45, respectivamente a segunda parede interna 47) sendo conectada a ditas paredes atravessantes 51, 53 (respectivamente a ditas paredes atravessantes 55, 57, respectivamente a ditas paredes atravessantes 59, 61).

[0050] Além disso, o primeiro circuito de resfriamento inclui adicionalmente pelo menos uma cavidade interna atravessante, nesse caso que

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 24/39 / 30 pode ser selecionada dentre três através de cavidades internas atravessantes 38, 35, 39. A cavidade interna atravessante 38 (respectivamente 35, respectivamente 39) é definida entre duas paredes atravessantes 51, 53 (respectivamente 55, 57, respectivamente 59, 61) e se estende radialmente ao longo da parede de superfície inferior 16 e da parede de superfície superior 18.

[0051] Assim, nessa primeira modalidade, pode ser identificado um primeiro circuito de resfriamento interno incluindo pelo menos uma cavidade de superfície inferior 33 estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior 16 e uma primeira parede interna 47 arranjada entre a parede de superfície inferior 16 e a parede de superfície superior 18, pelo menos uma cavidade de superfície superior 34 estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície superior 18 e uma segunda parede interna 47 arranjada entre a parede de superfície inferior 16 e a parede de superfície superior 18, e nesse caso confundida com a primeira parede interna, o primeiro circuito de resfriamento incluindo adicionalmente pelo menos uma cavidade interna atravessante 35 definido entre duas paredes atravessantes 57, 59 cada uma estendendo-se entre a parede de superfície inferior 16 e a parede de superfície superior 18, a uma distância d borda de ataque 20 e da borda de fuga 22, a cavidade interna atravessante 35 estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior 16 e da parede de superfície superior 18. A primeira parede interna 47 (e consequentemente a segunda parede interna) é conectada a uma de ditas paredes atravessantes, a saber a parede atravessante 59.

[0052] Nessa modalidade, a lâmina 13 compreende um outro primeiro circuito de resfriamento interno incluindo pelo menos uma cavidade de superfície inferior 36 estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior 16 e uma primeira parede interna 45 arranjada entre a parede de superfície inferior 16 e a parede de superfície superior 18, pelo

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 25/39

20/30 menos uma cavidade de superfície superior 37 estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície superior 18 e uma segunda parede interna 43, arranjada entre a parede de superfície inferior 16 e a parede de superfície superior 18, o primeiro circuito de resfriamento incluindo adicionalmente pelo menos uma cavidade interna atravessante 38 definida entre duas paredes atravessantes 53, 55 cada uma estendendo-se entre a parede de superfície inferior 16 e a parede de superfície superior 18, a uma distância da borda de ataque 20 e da borda de fuga 22, a cavidade interna atravessante 38 estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior 16 e da parede de superfície superior 18. Cada uma dentre a primeira parede interna 45 e a segunda parede interna 43 é conectada a uma de ditas paredes atravessantes, a saber respectivamente conectada às paredes atravessantes 53, 55.

[0053] A Figura 2 ilustra uma seção da lâmina 13 radial mente mais para dentro do que a seção da Figura 3 (ver Figura 1). Como ilustrado na Figura 2, em uma porção radialmente interna da lâmina, uma passagem 53a é arranjada na parede atravessante 53 de modo a conectar fluidamente a cavidade de superfície superior 37 à cavidade interna atravessante 38. Além do mais, uma passagem 59a é arranjada na parede atravessante 59 de modo a conectar fluidamente a cavidade de superfície superior 34 à cavidade interna atravessante 35. Assim, a cavidade de superfície superior 34 (respectivamente a cavidade de superfície superior 37) e a cavidade interna atravessante 35 (respectivamente a cavidade interna atravessante 38) são fluidamente conectadas em série, como ilustrado pelas setas representando a passagem de fluido a partir das cavidades 34 a 35 (respectivamente a partir das cavidades 37 a 38).

[0054] Mais geralmente, uma passagem 59a (respectivamente uma passagem 53a) é arranjada em uma porção radialmente interna da lâmina 13 de modo a conectar fluidamente a cavidade de superfície superior 34

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 26/39 / 30 (respectivamente a cavidade de superfície superior 37) e a cavidade interna atravessante 35 (respecti vamente a cavidade interna atravessante 38).

[0055] A Figura 4 ilustra uma seção da lâmina 13 radialmente mais para fora do que a seção da Figura 3 (ver Figura 1). Como ilustrado na Figura 4, em uma porção radialmente externa da lâmina, uma passagem 47b é arranjada na parede interna 47 de modo a conectar fluidamente a cavidade de superfície inferior 33 à cavidade de superfície superior 34. Assim, a cavidade de superfície inferior 33 e a cavidade de superfície superior 34 são fluidamente conectadas em série, como ilustrado pela seta representando a passagem de fluido entre ditas cavidades. Mais geralmente, uma passagem 47b é arranjada em uma porção radialmente externa da lâmina 13 de modo a conectar fluidamente a cavidade de superfície inferior 33 e a cavidade de superfície superior 34.

[0056] Em vista do acima, a cavidade de superfície inferior 33, a cavidade de superfície superior 34 e a cavidade interna atravessante 35 são fluidamente conectadas em série, nessa ordem.

[0057] A Figura 5 ilustra uma seção da lâmina 13 radialmente mais para fora do que a seção da Figura 4 (ver Figura 1). Como pode ser visto na Figura 5, uma parede de fundo 64 closes te extremidade radialmente externa da cavidade de superfície inferior 33, da cavidade de superfície superior 34, da cavidade interna atravessante 35, da segunda cavidade de alimentação 39 e da cavidade a jusante 40. Além do mais, uma parede de fundo 66 fecha a extremidade radialmente externa da cavidade interna atravessante 38. Por outro lado, a cavidade a montante 31, a primeira cavidade de alimentação 32, a cavidade de superfície inferior 36, a cavidade de superfície superior 37 e a cavidade de superfície superior 41 se estendem radialmente além das paredes de fundo 64, 66.

[0058] A Figura 6 ilustra uma seção da lâmina 13 radialmente mais para fora do que a seção da Figura 5 (ver Figura 1). Como pode ser visto na

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 27/39

22/30

Figura 6, uma passagem 68 conecta fluidamente a cavidade de superfície inferior 36 à cavidade de superfície superior 37 sem passar através da cavidade interna atravessante 38, graças à parede de fundo 66. Assim, a cavidade de superfície inferior 36 e a cavidade de superfície superior 37 são conectadas fluidamente em série, como ilustrado pela seta representando a passagem de fluido entre ditas cavidades. Nesse caso, a passagem 68 se salienta sobre a cavidade interna atravessante 38. Mais geralmente, uma passagem 68 é arranjada em uma porção radialmente externa da lâmina 13 de modo a conectar fluidamente a cavidade de superfície inferior 36 e a cavidade de superfície superior 37.

[0059] Em vista do acima exposto, a cavidade de superfície inferior 36, a cavidade de superfície superior 37 e a cavidade interna atravessante 38 são fluidamente conectadas em série, nessa ordem.

[0060] Por outro lado, a cavidade de superfície superior 41 pode servir como uma cavidade de superfície superior auxiliar para a alimentação de uma cavidade de resfriamento 42 da banheira, posicionada sob a banheira em uma direção radial. O posicionamento da cavidade de superfície superior auxiliar 41 sobre a superfície superior lado, para fora a partir da borda de ataque e da borda de fuga, preferivelmente em uma posição intermediária entre a borda de ataque 20 e a borda de fuga 22, torna possível limitar o aquecimento do ar de resfriamento durante seu fluxo na cavidade de superfície superior auxiliar 41 e para entregar à cavidade de resfriamento 42 da banheira um fluido tão frio quanto possível, para um resfriamento efetivo da ponta 14. Por causa da parede de fundo 64, a cavidade de resfriamento 42 é alimentada somente pela cavidade de superfície superior auxiliar 41 e fluidamente separada da cavidade de superfície inferior 33, da cavidade de superfície superior 34, da cavidade interna atravessante 35, da segunda cavidade de alimentação 39 e da cavidade a jusante 40.

[0061] A Figura 7 esquematiza, a partir da seção da Figura 3, a

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 28/39

23/30 circulação do ar de resfriamento na modalidade anteriormente descrita. As cavidades fluidamente conectadas em série entre si foram representadas com densidades de pontos idênticas. As setas indicam uma possível direção de circulação do fluido, essa direção sendo determinada de acordo com o que se segue.

[0062] Na presente modalidade, seções de entrada de ar podem ser providas na raiz de pá 12 para a alimentação das cavidades com de resfriamento. Por exemplo, uma seção de entrada de ar pode ser provida para pelo menos uma ou cada uma das seguintes cavidades: a primeira cavidade de alimentação 32, a cavidade de superfície inferior 33, a cavidade de superfície inferior 36, a segunda cavidade de alimentação 39, a cavidade de superfície superior auxiliar 41.

[0063] O sentido de circulação do refrigerante obtido sob estas condições é representado na Figura 8. Como pode ser visto a partir da Figura 8, o refrigerante circula a partir da raiz 12 para a ponta 14 nas cavidades de alimentação 32, 39, nas cavidades de superfície inferior 33, 36, nas cavidades atravessantes 35, 38 e na cavidade a jusante 40, e a partir da ponta 14 para a raiz 12 nas cavidades de superfície superior 34 e 37.

[0064] Quando o rotor sobre que a pá 10 é montado gira na direção S representada na Figura 8, o ar de resfriamento é ainda submetido à força de Coriolis. Dado o sentido de circulação descrito acima, nas cavidades de alimentação 32, 39, nas cavidades de superfície inferior 33, 36, nas cavidades atravessantes 35, 38 e na cavidade a jusante 40, o ar é pressionado contra a lado da superfície inferior de ditas cavidades, que é ilustrado em linhas cheias na Figura 8. Em contraste, nas cavidades de superfície superior 34, 37, o ar é pressionado contra o lado da superfície superior de ditas cavidades.

[0065] Devido a esse resfriamento e à disposição das paredes atravessantes e paredes internas, as tensões termomecânicas acumuladas na lâmina 13 em operação são grandemente reduzidas. Na verdade, a Figura 8

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 29/39

24/30 também ilustra esquematicamente as deformações sofridas pela estrutura da lâmina 13. Como pode ser visto a partir da Figura 8, as paredes de superfície inferior e de superfície superior 16, 18 se deformam mais do que as paredes internas 43, 45, 47, devido sua temperatura mais alta em operação. A presença de cavidades atravessantes internas tais como as cavidades 35, 38 - e em uma certa extensão a segunda cavidade de alimentação 39 que também responde à definição de uma cavidade interna atravessante dentro do significado da presente descrição - torna possível acomodar essa dilatação diferencial e minimiza as tensões dentro da lâmina 13, como pode ser deduzido a partir da curvatura tomada pelas paredes atravessantes.

[0066] Além disso, a presença e a deformação relativamente pequena das paredes internas 43, 45, 47 tornam possível suportar apropriadamente as paredes de fundo 64, 66, que se estendem transversalmente. Na verdade, estando a uma temperatura mais baixa do que as paredes de superfície inferior e de superfície superior 16, 18, as paredes internas 43, 45, 47 têm, todas as coisas sendo iguais, melhores propriedades mecânicas, são mais rígidas e resistem melhor a tensões que resultam da força centrífuga relacionada com a rotação da turbina. Essa recuperação das forças pelas paredes internas 43, 45, 47 também alivia as paredes de superfície inferior e de superfície superior 16, 18, cuja duração de vida aumenta consequentemente.

[0067] A Figura 9 é substancialmente idêntica à Figura 3, exceto que a seção da lâmina 13 considerada (plano IX-IX na Figura 1) é selecionada para mostrar a presença de orifícios permitindo a circulação do ar dentro da lâmina 13 e para o exterior da lâmina 13.

[0068] Um orifício 62, preferivelmente uma pluralidade de orifícios, é arranjado na parede atravessante 51, entre a primeira cavidade de alimentação 32 e a cavidade a montante 31.0 orifício 62 permite alimentar a cavidade a montante 31 com ar de resfriamento indiretamente, como descrito anteriormente.

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 30/39

25/30 [0069] Um orifício 69, preferivelmente uma pluralidade de orifícios, é arranjado na parede atravessante 63, entre a segunda cavidade de alimentação 39 e a cavidade a jusante 40. O orifício 69 permite alimentar a cavidade a jusante 40 com ar de resfriamento indiretamente, como descrito anteriormente.

[0070] Além do mais, orifícios de descarga tais como os orifícios 31c, 35c, 38c, 40c são providos na parede de superfície inferior 16, abrindo-se respectivamente para sobre a cavidade a montante 31, as cavidades internas atravessantes 35, 38 e a cavidade a jusante 40. Os orifícios de descarga 31c, 35c, 38c, 40c pode ser configurado para criar um filme protetor de fluido sobre a superfície externa da lâmina 13, a jusante de ditos orifícios. Para esse fim, os orifícios 31c, 35c, 38c, 40c podem ser orientados para a borda de fuga

22. Nesse caso, ditos orifícios respectivamente criam filmes protetores 32’, 33’, 36’ e 40’ protegendo respectivamente as cavidades 32, 33, 36, 40.

[0071] Similarmente, os orifícios de descarga 3 id podem ser providos na parede de superfície superior 18, em particular na borda de ataque. Nesse caso, te orifícios de descarga 31d conectam a cavidade a montante 31 ao exterior da lâmina 13 e permitem a criação de um filme protetor de fluido 37’ destinado a proteger a cavidade de superfície superior 37.

[0072] Como visto a partir da Figura 9, as cavidades e os orifícios de descarga são providos de modo que um circuito se protege a si mesmo. Por exemplo, o ar que entra através da cavidade de superfície inferior 36 circula para a cavidade de superfície superior 37 e então a cavidade interna atravessante 38, e é então descarregado através do orifício de descarga 38c onde ele contribui para criar o filme protetor de fluido 36’ que protege a cavidade de superfície inferior 36. É vantajoso para essa finalidade que o ar circule geralmente em contracorrente nas cavidades ou seja, a partir da borda de fuga para a borda de ataque. É o caso nesse exemplo, uma vez que a cavidade de saída de ar, a saber a cavidade interna atravessante 38, está

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 31/39

26/30 localizada a montante da cavidade de entrada de ar, a saber a cavidade de superfície inferior 36. O mesmo se aplica para o circuito de resfriamento da borda de ataque e para o circuito de resfriamento interno formado pelas cavidades 33-35.

[0073] A pá 10 pode ser fabricada, de acordo com o método conhecido em si, a partir e fundição por cera perdida. Para fazer isto, machos cores são previamente fabricados e esses machos ocupam o espaço a ser arranjado para as cavidades durante a produção do molde.

[0074] Os machos correspondendo às cavidades 33-35 por um lado s, 36-38 por outro lado, podem ser fabricados acordo com qualquer método apropriado, por exemplo por moldagem com possível uso de insertos no molde ou por fabricação aditiva [0075] A retenção dos machos durante a fabricação do molde pode ser realizada de uma maneira conhecida daqueles especializados na técnica. Os machos correspondendo às cavidades 33-35 por um lado, 36-38 por outro lado, podem ser suportados por dois suportes localizados na raiz 12. A fim de evitar um número excessivo de suportes e simplificar a disposição da raiz 12 é possível prover apenas uma raiz por macho, a retenção sendo completada por um apêndice deslocalizado. Este apêndice é preferivelmente provido para formar, na pá final, uma abertura que é então provavelmente resselada por uma esfera brasada.

[0076] Depois do despejo do metal e da destruição dos machos, as cavidades podem sofre uma operação de desempoeiramento. Para fazer isto, é possível prover na lâmina um furo de desempoeiramento, por exemplo na ponta da pá. Se necessário, para a finalidade de desempoeirar as cavidades atravessantes 35, 38 respectivamente fechadas pelas paredes de fundo 64, 66, o formato a cavidade de resfriamento 42 da banheira e/ou da passagem 68 pode ser adaptado para permitir a passagem de uma haste presa ao macho e produção do furo de desempoeiramento diretamente da fundição, e/ou

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 32/39 / 30 permitir a produção de ditos furo por usinagem depois da fundição da lâmina. O furo de desempoeiramento pode, possivelmente, também permitir a descarga de detritos em operação.

[0077] As Figuras 10 a 12 apresentam uma pá para uma turbina em outras modalidades. Nessas figuras, os elementos correspondentes ou idênticos àqueles da primeira modalidade vão receber o mesmo signo de referência, dentro de dígitos de centenas e não vão ser descrito novamente.

[0078] As Figuras 10 a 12 são vistas esquemáticas similares àquela da Figura 7 e representadas de acordo com as mesmas convenções, descritas acima [0079] Na lâmina 113 de acordo com uma segunda modalidade representada na Figura 10, a cavidade 137 é usada como a cavidade de superfície superior auxiliar. A cavidade 141 é usada como uma cavidade de superfície superior fluidamente conectada em série entre a cavidade de superfície inferior 136 e a cavidade interna atravessante 138. A parede de fundo 66 descrita em relação à Figura 5 pode ser estendida para fechar a cavidade de superfície inferior 136 e a cavidade de superfície superior 141, dado que não é necessário, nessa modalidade, prover uma passagem similar à passagem 68 descrita em relação à Figura 6.

[0080] Assim, nessa modalidade, a lâmina compreende um primeiro circuito de resfriamento interno incluindo a cavidade de superfície inferior 133, a cavidade de superfície superior 134 e a cavidade interna atravessante 135, e um segundo circuito de resfriamento interno incluindo a cavidade de superfície inferior 136, a cavidade de superfície superior 141 e a cavidade interna atravessante 138. Dentro do significado da presente descrição, o primeiro e o segundo circuitos de resfriamento interno desta modalidade são idênticos. Além do mais, as cavidades 131, 132, 139, 140 dos circuitos de resfriamento da borda de ataque e da borda de fuga são inalteradas.

[0081] Essa modalidade permite prover uma cavidade de resfriamento

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 33/39

28/30 da banheira que é maior do que a cavidade de resfriamento 42 descrita acima e permite uma fabricação similar dos machos dos circuitos de resfriamento interno.

[0082] Na lâmina 213 de acordo com uma terceira modalidade representada na Figura 11, o primeiro circuito de resfriamento interno formado pelas cavidades 236-238 é idêntico ao primeiro circuito de resfriamento interno de acordo com a primeira modalidade (cavidades 36-38). Porém, a cavidade 234 é usada como uma cavidade de superfície superior auxiliar. A cavidade 241 é usada como uma cavidade de superfície superior fluidamente conectada em série entre a cavidade de superfície inferior 233 e a cavidade interna atravessante 235. Consequentemente, a fim de dispor uma passagem entre a cavidade de superfície inferior 233 e a cavidade de superfície superior 241 que não passa através da cavidade interna atravessante 235 (a passagem similar à passagem 68 descrita em relação à Figura 6), é necessário, em relação à primeira modalidade, modificar a parede de fundo 64 descrita em relação à Figura 5 de modo a -permitir que a cavidade de superfície inferior 233 e a cavidade de superfície superior auxiliar 234 se estendam através de dita parede de fundo.

[0083] Assim, nessa modalidade, a lâmina compreende um primeiro circuito de resfriamento interno incluindo a cavidade de superfície inferior 233, a cavidade de superfície superior 241 e a cavidade interna atravessante 235, e um segundo circuito de resfriamento interno incluindo a cavidade de superfície inferior 236, a cavidade de superfície superior 237 e a cavidade interna atravessante 238. Dentro do significado da presente descrição, o primeiro e o segundo circuitos de resfriamento interno desta modalidade são idênticos. Além disso, a primeira parede interna 245 do primeiro circuito de resfriamento interno é confundida com a segunda parede interna do segundo circuito de resfriamento interno.

[0084] Essa modalidade permite confundir a seção de entrada de ar da

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 34/39

29/30 cavidade de superfície superior auxiliar 234 com a seção de entrada de ar da segunda cavidade de alimentação 239, o que facilita a disposição da raiz da lâmina e sua fabricação.

[0085] Uma lâmina 313 de acordo com uma quarta modalidade, representada na Figura 12, é similar à lâmina 213 de acordo com a terceira modalidade, exceto que ela compreende apenas um primeiro circuito de resfriamento interno, formado nesse caso pelas cavidades 336, 337 e 338. Essa modalidade pode ser vantajosamente implementada para lâminas de tamanho menor do que aquelas descritas acima. Para reduzir ainda mais o tamanho da lâmina 313, seria possível unificar, por um lado, a cavidade a montante 331 com a primeira cavidade de alimentação 332 e/ou, por outro lado, a cavidade a jusante 340 com a segunda cavidade de alimentação 339. Enquanto as modalidades anteriores têm paredes internas e atravessantes configuradas para forma uma estrutura em triplo H, as paredes internas e atravessantes da pá 313 de acordo com a quarta modalidade formam uma estrutura em formato de duplo H. Os efeitos obtidos por uma tal estrutura e descritos em relação às outras modalidades são transpostos mutatis mutandis.

[0086] A pá 10 de acordo com qualquer uma das modalidades descritas pode ser uma pá móvel para uma turbina de uma turbomáquina 100, como representada esquematicamente na Figura 13.

[0087] Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência a exemplos específicos de realização, modificações podem ser feitas nesses exemplos sem sair do escopo geral da invenção como definido pelas reivindicações. Por exemplo, embora o fluxo de fluido nas cavidades tenha sido descrito ao longo de um certo sentido correspondendo a uma modalidade preferida, vai ficar evidente para aqueles especializados na técnica que é possível mudar a posição radial das passagens entre cavidades e/ou dispor de outro modo as seções de entrada de ar da raiz de pá de modo a impor um sentido de circulação do refrigerante diferente daquele descrito na presente

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 35/39

30/30 descrição.

[0088] Além disso, embora as cavidades tenham sido representadas lisas e vazias, é possível prover perturbadores de fluxo nas mesmas a fim e aumentar as trocas de calor.

[0089] Em geral, características individuais das várias modalidades ilustradas/mencionadas podem ser combinadas em modalidades adicionais. Consequentemente, a descrição e os desenhos devem ser considerado em um sentido ilustrativo e não restritivo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Pá (10) para um turbina, compreendendo um raiz de pá (12) definindo uma extremidade radialmente interna da pá e uma lâmina (13, 113, 213) estendendo-se radialmente para fora a partir da raiz de pá (12) e tendo uma parede de superfície inferior (16) e uma parede de superfície superior (18) conectadas à parede de superfície inferior (16) em uma borda de ataque (20) e uma borda de fuga (22) da lâmina, a lâmina (13, 113, 213) compreendendo pelo menos um primeiro circuito de resfriamento interno incluindo pelo menos uma cavidade de superfície inferior (33, 36) estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior (16) e ao longo de uma primeira parede interna (47, 45) arranjada entre a parede de superfície inferior (16) e a parede de superfície superior (18), pelo menos uma cavidade de superfície superior (34, 37) estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície superior (18) e ao longo de um segunda parede interna (47, 43) arranjada entre a parede de superfície inferior (16) e a parede de superfície superior (18), caracterizada pelo fato de que o primeiro circuito de resfriamento inclui adicionalmente pelo menos uma cavidade interna atravessante (35, 38) definida entre duas paredes atravessantes (59, 57, 55, 53) cada uma estendendo-se entre a parede de superficie inferior (16) e a parede de superficie superior (18), a cavidade interna atravessante (35, 38) estendendo-se radialmente ao longo da parede de superficie inferior (16) e a parede de superfície superior (18), em que a cavidade de superfície inferior (33, 36), a cavidade de superfície superior (34, 37) e a cavidade interna atravessante (35, 38) são conectadas fluidamente em série, em que a cavidade de superfície inferior (36, 233, 236) e a cavidade de superfície superior (37, 241, 237) são arranjadas de cada lado da cavidade interna atravessante (38, 235, 238) e uma passagem (68) conecta fluidamente a cavidade de superfície inferior (37, 241, 237) à cavidade de superfície superior (37, 241, 237) sem passar através da cavidade interna atravessante (38, 235, 238).

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 37/39
2/3

2. Pá de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a cavidade de superfície inferior (33, 36), a cavidade de superfície superior (34, 37) e a cavidade interna atravessante (35, 38) são conectadas fluidamente em série nesta ordem.
3. Pá de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a primei ra parede i nterna (45) é conectada a uma primeira de ditas paredes atravessantes (55, 57) e a segunda parede interna (43, 47) é conectada a uma segunda (53, 59) de ditas paredes atravessantes.
4. Pá de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que compreende uma terceira parede atravessante (53, 55, 57, 59, 61) conectada à primeira parede interna (45) ou à segunda parede interna (43, 47), o circuito de resfriamento interno incluindo uma segunda cavidade atravessante (38, 35, 39) estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície inferior, da parede de superfície superior e da terceira parede atravessante (53, 55, 57, 59, 61).
5. Pá de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a cavidade de superfície inferior (36, 233, 236) é arranjada do lado da borda de fuga (22) e a cavidade de superfície superior (37, 241, 237) é arranjada do lado da borda de ataque (20) em relação à cavidade interna atravessante (38, 235, 238).
6. Pá de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que cada uma dentre a primeira parede interna (47, 45) e a segunda parede interna (47, 43) é delimitada por duas paredes atravessantes (61, 59, 57, 55, 53, 51), cada parede atravessante (61, 59, 57, 55, 53, 51) estendendo-se entre a parede de superfície inferior (16) e a parede de superfície superior (18).
7. Pá de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que a parede de superfície inferior (16) tem pelo menos um orifício (35c, 38c) conectando a cavidade interna atravessante (35,

Petição 870190119866, de 19/11/2019, pág. 38/39

38) ao exterior da lâmina (13).
8. Pá de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a lâmina (13) compreende um segundo circuito de resfriamento interno (236, 237, 238) idêntico ao circuito de resfriamento interno (233, 241, 235), em particular em que a primeira parede interna (245) do primeiro circuito de resfriamento interno é confundida com a segunda parede interna do segundo circuito de resfriamento interno.
9. Pá de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que compreende uma banheira na sua extremidade radial mente externa (14), e em que o primeiro circuito de resfriamento interno compreende uma cavidade de superfície superior auxiliar (41, 137, 234) estendendo-se radialmente ao longo da parede de superfície superior (18) e configurada para alimentar uma cavidade de resfriamento (42) da banheira.
10. Turbomáquina (100), caracterizada pelo fato de que compreende uma pá como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.