BR112019022128B1 - SEALING DEVICE AND GAS TURBOMACHINE - Google Patents
SEALING DEVICE AND GAS TURBOMACHINE Download PDFInfo
- Publication number
- BR112019022128B1 BR112019022128B1 BR112019022128-0A BR112019022128A BR112019022128B1 BR 112019022128 B1 BR112019022128 B1 BR 112019022128B1 BR 112019022128 A BR112019022128 A BR 112019022128A BR 112019022128 B1 BR112019022128 B1 BR 112019022128B1
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- upstream
- free
- sealing
- axial
- radially
- Prior art date
Links
Images
Abstract
O dispositivo de vedação entre uma parte do rotor (8, 18, 38b; 35, 36) e uma parte do estator (9, 43; 440) de uma turbomáquina a gás de aeronave, em que o gás deve circular na direção a jusante, a parte do rotor sendo adaptada para girar em relação à parte do estator (9, 43; 440) em torno de um eixo (X), compreende pelo menos um revestimento (46) feito de material capaz de ser abradado fixado à parte do estator (9, 43; 440) e adaptado para cooperar com pelo menos duas abas de vedação labirinto respectivamente axialmente a montante e a jusante (40a, 40b), projetando-se radialmente sobre uma parte extrema da parte do rotor (8, 18, 38b; 35, 36); o revestimento (46) e as pelo menos duas abas de vedação labirinto (40a, 40b), respectivamente, tendo radialmente pelo menos duas superfícies de vedação axial livres axialmente a montante e a jusante (48a, 48b), respectivamente, e respectivas extremidades livres (50a, 50b), a extremidade livre (50b) e a superfície de vedação axial livre a jusante (48b) localizadas em posições radiais que estão, cada uma, mais afastadas do eixo (X) do que a extremidade livre (50a) e do que a superfície de vedação axial livre a montante (48a); em que, axialmente a montante das pelo menos duas abas de vedação labirinto (40a,(...).The sealing device between a rotor part (8, 18, 38b; 35, 36) and a stator part (9, 43; 440) of an aircraft gas turbomachinery, in which the gas is to circulate in the downstream direction , the rotor part being adapted to rotate with respect to the stator part (9, 43; 440) about an axis (X), comprising at least one casing (46) made of material capable of being abraded fixed to the stator part stator (9, 43; 440) and adapted to cooperate with at least two labyrinth sealing flaps respectively axially upstream and downstream (40a, 40b), projecting radially over an end part of the rotor part (8, 18, 38b; 35, 36); the liner (46) and the at least two labyrinth sealing flaps (40a, 40b), respectively, having radially at least two axially free axially upstream and downstream sealing surfaces (48a, 48b), respectively, and respective free ends (50a, 50b), the free end (50b) and the downstream free axial sealing surface (48b) located at radial positions that are each farther from the shaft (X) than the free end (50a) and than the upstream free axial sealing surface (48a); wherein, axially upstream of the at least two labyrinth sealing flaps (40a,(...).
Description
[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de vedação entre uma parte do rotor e uma parte do estator de uma turbomáquina a gás de aeronave em que o gás deve fluir.[001] The present invention relates to a sealing device between a rotor part and a stator part of an aircraft gas turbomachine in which the gas must flow.
[002] No presente pedido: - meios radiais (substancialmente) perpendiculares ao eixo (X) mencionado abaixo; - meios circunferenciais que se estendem ao redor do eixo (X); direção (Y) na Figura 8; - “exterior” e “interior” (ou “externo” e “interno”) significam, respectivamente, radialmente externo e radialmente interno; e - a aba de vedação labirinto também será frequentemente traduzida por: “faixa de fricção (vedação)” ou “faca”; - axial significa uma direção paralela ao eixo de rotação, em particular das pás da turbomáquina; esse é, então, o eixo (X) já mencionado; e - “a montante” e “a jusante” são posições axiais com referência à direção geral do movimento do gás na turbomáquina.[002] In the present application: - radial means (substantially) perpendicular to the axis (X) mentioned below; - circumferential means extending around the axis (X); direction (Y) in Figure 8; - “exterior” and “interior” (or “external” and “internal”) mean, respectively, radially external and radially internal; and - the labyrinth sealing flap will also often be translated as: “friction strip (sealing)” or “knife”; - axial means a direction parallel to the axis of rotation, in particular of the turbomachine blades; this is then the axis (X) already mentioned; and - “upstream” and “downstream” are axial positions with reference to the general direction of gas movement in the turbomachine.
[003] Tradicionalmente, a parte do estator compreende um invólucro externo no interior, que é circunferencialmente fixado, como parte do sistema de vedação, blocos de material capaz de ser abradado que definem revestimentos radialmente internos, adaptados para cooperar com as abas de vedação labirinto das pás do rotor que podem girar em torno de um eixo (X), no interior do invólucro externo. Tais paredes externas da turbomáquina com revestimentos internos capazes de serem abradados podem ser definidas, em particular, por um compressor ou invólucro de turbina ou anel.[003] Traditionally, the stator part comprises an inner outer casing, which is circumferentially fixed, as part of the sealing system, blocks of material capable of being abraded that define radially inner linings, adapted to cooperate with the labyrinth sealing flaps of the rotor blades that can rotate around an axis (X) inside the outer casing. Such external walls of the turbomachine with internal linings capable of being abraded may be defined, in particular, by a compressor or turbine casing or ring.
[004] Além disso, uma parte do estator também inclui tipicamente blocos de material capaz de ser abradado que podem definir revestimentos radialmente internos de coberturas (ou distribuidores) de pá estacionárias do estator adaptados para cooperar com as abas de vedação labirinto.[004] Furthermore, a portion of the stator also typically includes blocks of abrasionable material which may define radially inner liners of stationary stator blade covers (or distributors) adapted to cooperate with the labyrinth sealing flaps.
[005] No entanto, os movimentos relativos entre as pás e os invólucros ocorrem como resultado de tensões térmicas e aerodinâmicas.[005] However, the relative movements between the blades and the casings occur as a result of thermal and aerodynamic stresses.
[006] Para garantir a melhor eficiência possível da turbomáquina, é, portanto, essencial limitar os vazamentos de gás que ocorrem entre as pás móveis de uma parte do rotor ou as pás estacionárias de uma parte do estator, normalmente no local das abas de vedação labirinto mencionadas acima e o revestimento de material capaz de ser abradado oposto. As abas de vedação labirinto ou dispositivos de vedação, em geral, consistindo nas abas de vedação labirinto e nos blocos ou revestimentos feitos de material capaz de ser abradado, têm como objetivo evitar ou limitar tais vazamentos, opondo-se à passagem axial de gás na direção a jusante, desde que o gás contornando as pás rotativas não tome parte no trabalho da turbina.[006] To ensure the best possible efficiency of the turbomachine, it is therefore essential to limit gas leaks that occur between the moving blades of a rotor part or the stationary blades of a stator part, normally at the location of the sealing flaps labyrinth mentioned above and the coating of material capable of being abraded opposite. The labyrinth sealing flaps or sealing devices, in general, consisting of labyrinth sealing flaps and blocks or linings made of material capable of being abraded, are intended to prevent or limit such leaks by opposing the axial passage of gas in the downstream direction, as long as the gas bypassing the rotating blades does not take part in the work of the turbine.
[007] De fato, o controle de vedação do rotor/ estator é um elemento essencial do desempenho de uma turbina de baixa ou alta pressão (BP/ HP) de uma turbomáquina, como mencionado acima, e normalmente é garantido, por um lado, pelo sistema LPTACC ou HPTACC (sistema de válvula de controle de folga ativa da turbina de baixa pressão, ou alta pressão), que reduz a folga radial do rotor/ estator e, por outro lado, pelos labirintos fornecidos na parte superior das pás e nos anéis intermediários, opostos às válvulas que criam a vedação para um dada folga radial.[007] In fact, the rotor/stator sealing control is an essential element of the performance of a low or high pressure turbine (BP/HP) of a turbomachine, as mentioned above, and is normally guaranteed, on the one hand, by the LPTACC or HPTACC system (low pressure, or high pressure, turbine active clearance control valve system), which reduces rotor/stator radial clearance, and, on the other hand, by the labyrinths provided in the upper part of the blades and in the intermediate rings, opposite the valves that create the seal for a given radial clearance.
[008] No entanto, a eficácia dessas abas de vedação labirinto não é ideal e depende de vários parâmetros, tais como seu número, espessura e estadiamento. Além disso, a folga radial potencialmente excessiva persiste devido a, entre outras coisas, tolerâncias de fabricação de peças.[008] However, the effectiveness of these labyrinth sealing flaps is not ideal and depends on several parameters, such as their number, thickness and staging. In addition, potentially excessive radial clearance persists due to, among other things, part manufacturing tolerances.
[009] Como resultado, o fluxo de gás através das áreas de vedação do rotor/ estator permanece significativo, embora várias propostas tecnológicas imperfeitas tenham sido desenvolvidas até o momento, particularmente com base em uma configuração denominada “declives em etapas”.[009] As a result, the gas flow through the rotor/stator seal areas remains significant, although several imperfect technological proposals have been developed to date, particularly based on a so-called “step slopes” configuration.
[010] Um objetivo da invenção é evitar essas situações.[010] An object of the invention is to avoid these situations.
[011] Portanto, um dispositivo de vedação é proposto entre uma parte do rotor e uma parte do estator de uma turbomáquina a gás de aeronave, em que o gás deve fluir na direção a jusante, a parte do rotor sendo adaptada para girar em relação à parte do estator em torno de um eixo (X), o dispositivo de vedação compreendendo pelo menos um revestimento de material capaz de ser abradado: - fixado à parte do estator; e - adaptado para cooperar com pelo menos duas abas de vedação labirinto respectivamente axialmente a montante e a jusante, projetando-se radialmente sobre uma parte extrema da parte do rotor; o revestimento e as referidas pelo menos duas abas de vedação labirinto tendo radialmente, respectivamente, pelo menos duas superfícies de vedação axial livres respectivamente axialmente a montante e a jusante e respectivas extremidades livres, a extremidade livre das abas de vedação labirinto a jusante e a superfície de vedação axial livre a jusante estando localizadas em posições radiais (viradas radialmente) que estão, cada uma, mais afastadas do eixo (X) do que a extremidade livre das abas de vedação labirinto a montante e do que a superfície de vedação axial livre a montante (virada radialmente), o dispositivo sendo caracterizado por, axialmente a montante das referidas pelo menos duas abas de vedação labirinto em relação à direção do fluxo de gás nesta zona da turbomáquina, o dispositivo de vedação compreender uma parede circunferencial que se estende radialmente além da superfície de vedação axial livre a montante do referido revestimento, penetrando radialmente no fluxo de gás, formando assim um obstáculo substancialmente transversal ao fluxo de gás a montante, para criar, na extremidade livre da aba de vedação labirinto a montante, uma separação do gás em circulação.[011] Therefore, a sealing device is proposed between a rotor part and a stator part of an aircraft gas turbomachine, in which the gas must flow in the downstream direction, the rotor part being adapted to rotate in relation to to the stator part around an axis (X), the sealing device comprising at least one coating of material capable of being abraded: - fixed to the stator part; and - adapted to cooperate with at least two labyrinth sealing flaps respectively axially upstream and downstream, projecting radially over an end part of the rotor part; the liner and said at least two labyrinth sealing flaps having radially, respectively, at least two free axial sealing surfaces respectively axially upstream and downstream and respective free ends, the free end of the downstream labyrinth sealing flaps and the surface downstream free axial sealing flanges being located at radial (radially facing) positions that are each farther from axis (X) than the free end of the upstream labyrinth sealing lips and than the free axial sealing surface a upstream (radially facing), the device being characterized in that, axially upstream of said at least two labyrinth sealing flaps with respect to the direction of gas flow in this zone of the turbomachine, the sealing device comprises a circumferential wall extending radially beyond of the upstream free axial sealing surface of said liner, radially penetrating the gas flow, thus forming a substantially transverse obstacle to the upstream gas flow, to create, at the free end of the upstream labyrinth sealing lip, a gas separation in circulation.
[012] Comparado a uma configuração sem essa combinação de características e, portanto, em particular comparado a uma solução com superfícies axiais do revestimento, todas localizadas no mesmo raio (chamado “reto”), é obtido um ganho substancial de vedação pelo estadiamento mencionado acima e a referida parede circunferencial que, formando uma parede inferior, penetra radialmente no fluxo de gás. Isso torna possível criar uma separação favorável do fluxo, mesmo em direção à extremidade da aba de vedação labirinto a montante. Isso resulta em uma seção transversal de vazamento menor do que com qualquer outra forma de abas de vedação labirinto/ pares de superfícies de vedação de revestimento, e um ganho na caudal de gás contornado.[012] Compared to a configuration without this combination of characteristics, and therefore in particular compared to a solution with axial surfaces of the cladding, all located on the same radius (called “straight”), a substantial sealing gain is obtained by the aforementioned staging above and said circumferential wall which, forming a bottom wall, radially penetrates the gas flow. This makes it possible to create a favorable flow separation even towards the upstream end of the labyrinth sealing lip. This results in a smaller leak cross section than with any other form of labyrinth sealing flaps/liner sealing surface pairs, and a gain in bypassed gas flow.
[013] No entanto, verificou-se que pode haver problemas práticos na implementação da solução acima, relacionados às condições térmicas e aerodinâmicas encontradas, dadas as múltiplas situações que podem existir no solo e em voo.[013] However, it was found that there may be practical problems in implementing the above solution, related to the thermal and aerodynamic conditions encountered, given the multiple situations that may exist on the ground and in flight.
[014] Por conseguinte, propõe-se, em particular, promover um posicionamento otimizado: - que, radialmente, a referida parede, ou parede inferior, ainda deve se estender para facear axialmente uma parte da aba de vedação labirinto a montante localizada radialmente a uma distância da extremidade livre da referida aba de vedação labirinto a montante; e/ ou - que a referida parede circunferencial deve estar axialmente localizada em ou em direção a uma extremidade axialmente a montante da superfície de vedação axial livre a montante do revestimento; e/ ou - que, a partir da superfície de vedação axial livre a montante do revestimento, essa parede circunferencial deve se estender sobre uma distância radial maior ou igual a 1,5 mm; e/ou - que, a partir da mesma superfície de vedação axial a montante do referido revestimento, a referida parede circunferencial deve se estender radialmente sobre uma distância radial, de preferência entre 1,25 mm e 5 mm; - e/ou que certos relatórios devem ser conformes; veja abaixo: 1 < D1/D2 < 1,5, 1 < L2/ L1 < 4, 1 < L3/ L1 < 3.[014] Therefore, it is proposed, in particular, to promote an optimized positioning: - that, radially, said wall, or lower wall, should still extend to axially face a part of the upstream labyrinth sealing flap located radially to a distance from the free end of said upstream labyrinth sealing flap; and/or - that said circumferential wall must be axially located at or towards an axially upstream end of the upstream free axial sealing surface of the casing; and/or - that, from the free axial sealing surface upstream of the liner, this circumferential wall must extend over a radial distance greater than or equal to 1.5 mm; and/or - that, starting from the same axial sealing surface upstream of said liner, said circumferential wall should extend radially over a radial distance, preferably between 1.25 mm and 5 mm; - and/or that certain reports must conform; see below: 1 < D1/D2 < 1.5, 1 < L2/ L1 < 4, 1 < L3/ L1 < 3.
[015] Os testes mostraram um aumento na queda de pressão (e, portanto, vazamento) de cerca de 10% em comparação com uma solução como mencionado acima, com superfícies de vedação axial livres do revestimento, todas localizadas no mesmo raio (chamado “reto”) e sem uma parede circunferencial formando uma parede inferior.[015] Tests showed an increase in pressure drop (and therefore leakage) of about 10% compared to a solution as mentioned above, with free axial sealing surfaces of the liner all located on the same radius (called “ straight”) and without a circumferential wall forming an inferior wall.
[016] Por considerações também comparáveis às anteriores, e mesmo que a maior parte da dissipação de energia que se busca gerar pela separação na extremidade da aba de vedação labirinto a montante ocorra abaixo da(s) aba(s) de vedação labirinto, também é proposto para uma aplicação na parte superior das pás rotativas e, portanto, do rotor: - que a parte extrema da parte do rotor na qual as referidas pelo menos duas abas de vedação labirinto se projetam radialmente deve compreender uma plataforma de pá fornecida na extremidade a montante com um inversor de facetamento (facing spoiler) a montante, e - que, radialmente, a referida parede circunferencial deve se estender oposta, mas a uma distância, ao inversor.[016] For considerations also comparable to the previous ones, and even though most of the energy dissipation that is sought to be generated by the separation at the end of the upstream labyrinth sealing flap occurs below the labyrinth sealing flap(s), also it is proposed for an application in the upper part of the rotating blades and therefore of the rotor: - that the extreme part of the rotor part in which said at least two labyrinth sealing flaps project radially must comprise a blade platform provided at the end upstream with a facing spoiler upstream, and - that, radially, said circumferential wall must extend opposite, but at a distance from, the inverter.
[017] Assim, a referida parede circunferencial estará suficientemente a montante da aba de vedação labirinto a montante, evitando assim o risco de contato durante os movimentos devido às condições térmicas e aerodinâmicas acima mencionadas, e radialmente interposta entre duas superfícies guia de fluxo de gás formadas: - pelo inversor (que normalmente se estenderá a montante além da referida parede circunferencial), - e pela superfície de vedação axial livre a montante do revestimento que se estende a jusante dessa parede circunferencial.[017] Thus, said circumferential wall will be sufficiently upstream of the upstream labyrinth sealing flap, thus avoiding the risk of contact during movements due to the aforementioned thermal and aerodynamic conditions, and radially interposed between two gas flow guide surfaces formed: - by the inverter (which will normally extend upstream beyond said circumferential wall), - and by the free axial sealing surface upstream of the casing which extends downstream from said circumferential wall.
[018] Outra consideração levada em consideração é a facilidade de produção, montagem e manutenção (substituição) em série dessa parede circunferencial.[018] Another consideration taken into account is the ease of production, assembly and maintenance (replacement) in series of this circumferential wall.
[019] Portanto, também é proposto: - que a referida parede circunferencial deve ser definida por uma sobrelevação formada no referido revestimento, projetando-se radialmente a partir da superfície de vedação axial livre a montante do referido revestimento, e/ ou - que esta parede deve ser integrada com o referido revestimento.[019] Therefore, it is also proposed: - that said circumferential wall should be defined by a superelevation formed in said lining, projecting radially from the free axial sealing surface upstream of said lining, and/or - that this wall must be integrated with the aforementioned coating.
[020] Por razões semelhantes, também é proposto que: - o revestimento deve ter uma estrutura celular que compreende células radiais individualmente com uma dimensão axial, e - que a parede circunferencial deve ter uma espessura axial maior que a referida dimensão axial das células localizadas na mesma circunferência, transversalmente ao referido eixo (X).[020] For similar reasons, it is also proposed that: - the coating should have a cellular structure comprising individually radial cells with an axial dimension, and - that the circumferential wall should have an axial thickness greater than the said axial dimension of the located cells on the same circumference, transversely to said axis (X).
[021] Isso combinará resistência mecânica e confiabilidade com facilidade de montagem e manutenção.[021] This will combine mechanical strength and reliability with ease of assembly and maintenance.
[022] Ainda outra consideração levada em consideração diz respeito à otimização da criação de separações de fluxo na extremidade das abas de vedação labirinto a montante.[022] Yet another consideration taken into account concerns the optimization of the creation of flow separations at the end of the upstream labyrinth sealing flaps.
[023] Portanto, também é proposto: - que pelo menos a aba de vedação labirinto a montante, na direção da superfície de vedação axial livre a montante, deve ser inclinada na direção a montante em relação ao eixo (X) e a um radial ao eixo, sobre pelo menos uma parte de seu comprimento, ou - que a extremidade livre da aba de vedação labirinto a montante deve estar localizada radialmente oposta a uma parte axialmente a montante da superfície de vedação axial livre a montante.[023] Therefore, it is also proposed: - that at least the upstream labyrinth sealing lip, in the direction of the upstream free axial sealing surface, should be inclined in the upstream direction with respect to the axis (X) and a radial to the shaft over at least a part of its length, or - that the free end of the upstream labyrinth sealing lip must be located radially opposite an axially upstream portion of the upstream free axial sealing surface.
[024] A segunda consideração permite tirar vantagem, ao longo de um comprimento axial significativo na extremidade do revestimento, do efeito radial de separação no fluxo de gás.[024] The second consideration allows taking advantage, over a significant axial length at the end of the casing, of the radial effect of separation in the gas flow.
[025] Também é proposto que as referidas pelo menos duas superfícies de vedação axial livres axialmente a montante e axialmente a jusante, respectivamente, devem ter uma parede de conexão radial entre elas (isto é, perpendicular ao eixo (X)).[025] It is also proposed that said at least two free axial sealing surfaces axially upstream and axially downstream, respectively, should have a radial connection wall between them (that is, perpendicular to the axis (X)).
[026] Verificou-se que em termos de facilidade de fabricação e resistência mecânica, tal parede de conexão radial é preferível aqui para uma configuração de polarização, como no documento US 2009067997 (paredes (112)).[026] It was found that in terms of ease of manufacture and mechanical strength, such a radial connection wall is preferable here for a polarization configuration, as in US 2009067997 (walls (112)).
[027] A invenção também se refere a uma turbomáquina a gás de aeronave, como tal, caracterizada por ser equipada com o dispositivo de vedação com todas ou parte de suas características acima mencionadas.[027] The invention also relates to an aircraft gas turbomachine, as such, characterized by being equipped with the sealing device with all or part of its aforementioned characteristics.
[028] A invenção será, se necessário, melhor compreendida e outros detalhes, características e vantagens da invenção serão evidentes após a leitura da descrição a seguir como um exemplo não exaustivo com referência aos desenhos anexos, em que: - a Figura 1 é uma seção parcial e axial esquemática de uma parte da turbomáquina, conforme montada em uma aeronave; - a Figura 2 mostra, seguindo a mesma seção vertical ao longo de um plano mediano que contém o eixo (X), uma parte da turbina de baixa pressão que pode ser montada na turbomáquina da Figura 1; - a Figura 3 mostra, em perspectiva, uma pá rotativa (rotor) que pode ser montada na turbina da Figura 2; - a Figura 4 é uma seção vertical de acordo com a linha IV-IV da Figura 5, no nível das pás móveis de um estágio de turbina a ser colocado no invólucro externo que as recebe; - a Figura 5 mostra, em seção parcial axial, uma cooperação entre um revestimento capaz de ser abradado e uma extremidade da referida pá móvel; - a Figura 6 mostra um campo de pressão total sob uma aba de vedação labirinto a montante em um teste assim montado (a separação gerada é claramente visível); a Figura 7 mostra uma montagem mais realista, com também esses campos de energia; - as Figuras 8 e 9 mostram, em perspectiva e vistas laterais, um bloco de material capaz de ser abradado que pode ser usado; - a Figura 10 ilustra o ganho de desempenho relacionado à implementação da parede circunferencial proposta pela invenção, ou seja, uma redução máxima de 10% nas taxas de vazamento, e - as Figuras 11 e 12 ilustram duas realizações do sistema de vedação, de acordo com a invenção.[028] The invention will, if necessary, be better understood and other details, features and advantages of the invention will become apparent after reading the following description as a non-exhaustive example with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a schematic partial and axial section of a part of the turbomachinery as mounted on an aircraft; - Figure 2 shows, following the same vertical section along a median plane that contains the axis (X), a part of the low pressure turbine that can be mounted on the turbomachine of Figure 1; - Figure 3 shows, in perspective, a rotating blade (rotor) that can be mounted on the turbine of Figure 2; - Figure 4 is a vertical section according to the line IV-IV of Figure 5, at the level of the mobile blades of a turbine stage to be placed in the outer casing that receives them; - Figure 5 shows, in partial axial section, a cooperation between a coating capable of being abraded and an end of said mobile blade; - Figure 6 shows a total pressure field under an upstream labyrinth sealing flap in a test set up in this way (the separation generated is clearly visible); Figure 7 shows a more realistic setup, with these energy fields as well; - Figures 8 and 9 show, in perspective and side views, a block of material capable of being abraded which can be used; - Figure 10 illustrates the performance gain related to the implementation of the circumferential wall proposed by the invention, that is, a maximum reduction of 10% in leakage rates, and - Figures 11 and 12 illustrate two realizations of the sealing system, according to with the invention.
[029] Como mostrado no esquema da Figura 1, um motor turbo- hélice ou motor turbo-jato (1) para uma aeronave compreende pelo menos um invólucro de ventilador anular ou invólucro circunferencial externo (2) dentro do qual estão posicionados vários componentes da turbomáquina.[029] As shown in the schematic of Figure 1, a turboprop engine or turbojet engine (1) for an aircraft comprises at least one annular fan housing or outer circumferential housing (2) within which various components of the turbomachine.
[030] As pás de um ventilador (3) acoplado a um eixo rotativo (4) são posicionadas na entrada do invólucro externo anular (2), levando em consideração a direção de movimento do ar (que é oposta à direção de voo da aeronave, consulte a seta nas Figuras 1, 2). Então, conectados ao eixo (4), que se estende ao redor do eixo (X) de rotação da turbomáquina, existem diferentes estágios de compressão axial, tipicamente um compressor de baixa pressão (5a) seguido por um compressor de alta pressão (5b). Em seguida, são organizados vários outros componentes do motor, incluindo estágios de turbina axial, tipicamente uma turbina de alta pressão (6) seguida por uma turbina de baixa pressão (16).[030] The blades of a fan (3) coupled to a rotary shaft (4) are positioned at the entrance to the annular outer casing (2), taking into account the direction of air movement (which is opposite to the direction of flight of the aircraft , see arrow in Figures 1, 2). Then, connected to the shaft (4), which extends around the axis (X) of rotation of the turbomachine, there are different stages of axial compression, typically a low pressure compressor (5a) followed by a high pressure compressor (5b) . Then various other engine components are arranged including axial turbine stages, typically a high pressure turbine (6) followed by a low pressure turbine (16).
[031] O ar entra no invólucro do ventilador externo anular (2), onde é acionado pelas pás do ventilador (3). Para fornecer propulsão, a maior parte dele flui no jato secundário (11) delimitado radialmente entre uma seção do invólucro externo anular (2) e um invólucro do motor (7), localizado mais para dentro. Outra parte do ar é aspirada para um jato primário (13) (o fluxo (71) na direção a jusante, nas Figuras 5 e 11) pelo compressor de baixa pressão (5a) e orientada em direção aos estágios da turbina (6) por outros elementos que compõem o motor. Além disso, os braços de reforço (10) conectam o invólucro externo anular (2) e o invólucro do motor (7).[031] The air enters the enclosure of the external annular fan (2), where it is driven by the fan blades (3). To provide propulsion, most of it flows into the secondary jet (11) bounded radially between a section of the annular outer shell (2) and an engine shell (7) located further inwards. Another part of the air is sucked into a primary jet (13) (the flow (71) in the downstream direction, in Figures 5 and 11) by the low pressure compressor (5a) and directed towards the turbine stages (6) by other elements that make up the engine. Furthermore, the reinforcing arms (10) connect the annular outer casing (2) and the motor casing (7).
[032] Cada compressor, tal como o compressor de baixa pressão (5a) na Figura 1, compreende uma seção de giro ou rotação e uma seção estacionária integrada com um invólucro do motor (7). Mais especificamente, o compressor compreende pás alternadas (8) que pertencem às rodas do rotor, acopladas ao eixo (4) e, portanto, rotativas, e pás guia a jusante (9) (ou estatores) acopladas à seção estacionária do compressor, a fim de guiar o ar.[032] Each compressor, such as the low pressure compressor (5a) in Figure 1, comprises a rotating or rotating section and a stationary section integrated with an engine casing (7). More specifically, the compressor comprises alternating blades (8) belonging to the rotor wheels, coupled to the shaft (4) and therefore rotating, and downstream guide blades (9) (or stators) coupled to the stationary section of the compressor, the in order to guide the air.
[033] Como a “parede circunferencial” mencionada acima pode, em particular, ser fornecida em uma turbina de baixa pressão, a Figura 2 mostra um exemplo de uma turbina que axialmente compreende várias fileiras de pás móveis (18, 20, 22) (pás (8)) e pás estacionárias (24, 26) (pás guia a jusante (9)), alternadamente.[033] As the "circumferential wall" mentioned above can, in particular, be provided in a low-pressure turbine, Figure 2 shows an example of a turbine that axially comprises several rows of movable blades (18, 20, 22) ( blades (8)) and stationary blades (24, 26) (downstream guide blades (9)), alternately.
[034] As extremidades radialmente externas das pás estacionárias (24, 26) são montadas por meios (não mostrados) em um invólucro do motor (7) e as extremidades radialmente internas das pás rotativas (18, 20, 22) são montadas, por exemplo, usando meios de encaixe ou similares, em suas extremidades radialmente internas, nos discos do rotor (28, 30, 32). Cada disco compreende um flange anular a montante (36a) e um flange anular a jusante (36b) usados para anexar discos juntos e em um cone de acionamento (34) conectado ao eixo (4) da turbomáquina, de modo a rodar com o mesmo e para fixar flanges anulares segurando as raízes da pá nos discos. As raízes da pá são projetadas para cooperar com as ranhuras axiais fornecidas nos discos do rotor. Cada pá rotativa se estende ao longo de um eixo perpendicular ao eixo (X) do rotor no qual a pá está montada.[034] The radially external ends of the stationary blades (24, 26) are mounted by means (not shown) in an engine casing (7) and the radially internal ends of the rotating blades (18, 20, 22) are mounted, by for example, using fitting means or the like, at their radially inner ends, on the rotor discs (28, 30, 32). Each disc comprises an upstream annular flange (36a) and a downstream annular flange (36b) used to attach discs together and onto a drive cone (34) connected to the turbomachine shaft (4) so as to rotate with the same and to attach annular flanges holding the blade roots to the discs. The blade roots are designed to cooperate with the axial grooves provided in the rotor disks. Each rotating blade extends along an axis perpendicular to the (X) axis of the rotor on which the blade is mounted.
[035] Dois discos de rotor axialmente sucessivos, tais como (28, 30), são unidos pelos flanges anulares a montante e a jusante acima mencionadas por parafusos (33) que também seguram um anel de vedação intermediário (35) que porta uma vedação inter-estágio (37) e localizados na periferia externa do flange a montante correspondente (36a). Tal vedação, conhecida per se, pode compreender extensões anulares radiais ou abas de vedação labirinto (41), cooperando com um revestimento (46) feito de material capaz de ser abradado, de modo a definir um sistema de vedação de rotor/ estator.[035] Two axially successive rotor disks, such as (28, 30), are joined by the above-mentioned upstream and downstream annular flanges by screws (33) that also hold an intermediate sealing ring (35) that carries a seal interstage (37) and located on the outer periphery of the corresponding upstream flange (36a). Such a seal, known per se, may comprise radial annular extensions or labyrinth sealing flaps (41), cooperating with a liner (46) made of material capable of being abraded, so as to define a rotor/stator sealing system.
[036] De um modo geral, as pás do rotor são posicionadas, e podem girar, em torno do eixo (X), entre um limite anular externo (44) e um limite anular interno (45) que pode ser substancialmente definido por plataformas internas (47), que são fornecidas nas pás rotativas e nas pás guia a jusante estacionárias. Na Figura 2, cada revestimento (46) é fixado à cobertura radialmente interna (43) da plataforma interna correspondente (47).[036] In general, the rotor blades are positioned, and can rotate, around the axis (X), between an outer annular boundary (44) and an inner annular boundary (45) that can be substantially defined by platforms inner blades (47), which are provided on the rotating blades and stationary downstream guide blades. In Figure 2, each liner (46) is attached to the radially inner cover (43) of the corresponding inner platform (47).
[037] A Figura 3 mostra um exemplo de uma pá de rotor, tal como (18), que pode pertencer à primeira roda de turbina de baixa pressão.[037] Figure 3 shows an example of a rotor blade, such as (18), which may belong to the first low-pressure turbine wheel.
[038] Cada pá móvel tem um pé de pá (38a) na sua extremidade interna e a plataforma externa (38b) em direção à sua extremidade periférica externa. A pá se estende ao longo de um eixo (Z) da pá perpendicular ao eixo (X) do rotor no qual a referida pá está montada.[038] Each mobile shovel has a shovel foot (38a) at its inner end and the outer platform (38b) towards its outer peripheral end. The blade extends along an axis (Z) of the blade perpendicular to the axis (X) of the rotor on which said blade is mounted.
[039] Como as abas de vedação labirinto (41) na Figura 2, as abas de vedação labirinto axialmente a montante e a jusante (40a, 40b), respectivamente, são fornecidos aqui.[039] Like the labyrinth sealing flaps (41) in Figure 2, the axially upstream and downstream labyrinth sealing flaps (40a, 40b), respectively, are provided here.
[040] Todos as abas de vedação labirinto (40a, 40b, 41) estão dispostas em planos substancialmente perpendiculares ao eixo de rotação (X) do rotor e se estendem de maneira substancialmente anular.[040] All labyrinth sealing flaps (40a, 40b, 41) are arranged in planes substantially perpendicular to the axis of rotation (X) of the rotor and extend in a substantially annular manner.
[041] Quanto às abas de vedação labirinto (41), verificamos aqui, portanto, reunindo as Figuras 2 e 3, pelo menos duas abas de vedação labirinto (40a, 40b) transportados por uma parte extrema, aqui (38b), de uma parte do rotor e a partir da qual as abas de vedação labirinto aqui projetam radialmente para o exterior. Essas abas de vedação labirinto são adaptados para cooperar com um revestimento feito de material capaz de ser abradado (46) anexado, a priori indiretamente, à parede interna de um invólucro externo fixo (441) pertencente ao limite anular externo (44) acima mencionado, para formar uma vedação labirinto, e assim, definir um dispositivo de vedação (50). Normalmente, isso é feito através dos setores de anel (442) que são circunferencialmente enganchados no invólucro externo (441).[041] As for the labyrinth sealing flaps (41), we find here, therefore, by bringing Figures 2 and 3 together, at least two labyrinth sealing flaps (40a, 40b) carried by an extreme part, here (38b), of a part of the rotor and from which the labyrinth sealing flaps here project radially outwards. These labyrinth sealing flaps are adapted to cooperate with a lining made of material capable of being abraded (46) attached, a priori indirectly, to the inner wall of a fixed outer casing (441) belonging to the aforementioned outer annular boundary (44), to form a labyrinth seal, and thus define a sealing device (50). This is normally done via the ring sectors (442) which are circumferentially hooked onto the outer shell (441).
[042] Os blocos (46) de material capaz de ser abradado se estendem tipicamente em setores angulares, circunferencialmente, ao redor do eixo (X).[042] The blocks (46) of material capable of being abraded typically extend in angular sectors, circumferentially, around the axis (X).
[043] Embora o que se segue se refira em particular à Figura 5, todas as áreas de vedação do rotor/ estator que envolvem materiais capazes de serem abradados, em particular entre as abas de vedação labirinto (41) e os revestimentos (46) das coberturas (43), estão envolvidos, uma vez que: - o revestimento (46) terá pelo menos duas superfícies de vedação axial livres axialmente a montante e radialmente a jusante, respectivamente, (48a, 48b); - as referidas pelo menos duas abas de vedação labirinto, tais como (40a, 40b) aqui, terão as respectivas extremidades radialmente livres, (50a, 50b); e - a extremidade livre (50b) da aba de vedação labirinto a jusante (40b) e a superfície de vedação axial livre a jusante (48b): - estarão localizadas em posições radiais voltadas uma para a outra radialmente; e - cada uma delas (raios respectivos (Rav2), (Rav1); ver Figura 5) mais longe do eixo (X) do que a extremidade livre (50a) da aba de vedação labirinto a montante (40a) e do que a superfície de vedação axial livre a montante (48a), que ficará voltada radialmente (raios respectivos e (Ram2), (Ram1)).[043] Although what follows refers in particular to Figure 5, all rotor/stator sealing areas involving materials capable of being abraded, in particular between the labyrinth sealing flaps (41) and the liners (46) of the covers (43), are involved, since: - the coating (46) will have at least two free axial sealing surfaces axially upstream and radially downstream, respectively, (48a, 48b); - said at least two labyrinth sealing flaps, such as (40a, 40b) here, will have their ends radially free, (50a, 50b); and - the free end (50b) of the downstream labyrinth sealing lip (40b) and the downstream free axial sealing surface (48b): - will be located in radial positions facing each other radially; and - each of them (respective radii (Rav2), (Rav1); see Figure 5) farther from the axis (X) than the free end (50a) of the upstream labyrinth sealing lip (40a) and than the surface upstream free axial seal (48a), which will face radially (respective radii and (Ram2), (Ram1)).
[044] De fato, isso contribui para uma redução significativa (5 a 15%, a priori) no fluxo de gás contornado, que, então, não passará pela zona de vedação em questão, especialmente se, como mostrado nas Figuras 5 e 7, estiver associado a pelo menos uma aba de vedação labirinto a montante (40a) que, em direção à referida superfície de vedação axial livre a montante, é inclinada a montante (AM) em relação ao eixo (X) e um radial ao eixo, sobre pelo menos parte de seu comprimento de projeção. Na Figura 7, as duas abas de vedação labirinto (40a, 40b) estão inclinadas na direção a montante. E pode-se observar que a extremidade livre (50a) da aba de vedação labirinto a montante (40a) está localizada radialmente oposta a uma parte axialmente a montante (52a) da superfície de vedação axial livre a montante (48a) do revestimento capaz de ser abradado (46). Isso deve permitir tirar vantagem sobre um comprimento axial significativo na extremidade do revestimento, do efeito radial da separação do fluxo de gás criado pela parede circunferencial (54) fornecida axialmente a montante das abas de vedação labirinto e que se estende radialmente além da superfície de vedação axial livre a montante (48a) do revestimento (46) considerado. Por ser circunferencial, a parede inferior (54) pode ser estendida por setores angulares em torno do eixo (X).[044] In fact, this contributes to a significant reduction (5 to 15%, a priori) in the bypassed gas flow, which will then not pass through the sealing zone in question, especially if, as shown in Figures 5 and 7 , is associated with at least one upstream labyrinth sealing lip (40a) which, towards said upstream free axial sealing surface, is inclined upstream (AM) with respect to the axis (X) and a radial to the axis, over at least part of its projection length. In Figure 7, the two labyrinth sealing flaps (40a, 40b) are angled in the upstream direction. And it can be seen that the free end (50a) of the upstream labyrinth sealing lip (40a) is located radially opposite an axially upstream portion (52a) of the upstream free axial sealing surface (48a) of the casing capable of be embraced (46). This should allow taking advantage, over a significant axial length at the end of the liner, of the radial effect of gas flow separation created by the circumferential wall (54) provided axially upstream of the labyrinth sealing flaps and extending radially beyond the sealing surface. free axial upstream (48a) of the casing (46) considered. As it is circumferential, the lower wall (54) can be extended by angular sectors around the axis (X).
[045] No geral, esse obstáculo duplo, com um material capaz de ser abradado escalonado e abas de vedação labirinto inclinadas e radialmente compensadas, pelo menos para a aba de vedação labirinto a montante, faz sentido de qualquer maneira.[045] Overall, this double hurdle, with a material capable of being staggered abraded and inclined, radially offset labyrinth sealing flaps, at least for the upstream labyrinth sealing flap, makes sense anyway.
[046] As Figuras 6 e 7 mostram a separação, referenciada (420), desse fluxo de gás criado pela parede circunferencial (54) na extremidade (50a) da aba de vedação labirinto a montante.[046] Figures 6 and 7 show the separation, referenced (420), of this gas flow created by the circumferential wall (54) at the end (50a) of the upstream labyrinth sealing flap.
[047] Ao adicionar uma parede (54) resistente e a priori sólida, a montante da zona de vedação, que cria um obstáculo substancialmente transversal à circulação de gás a montante dessa zona, será possível obter um fenômeno significativo de dissipação de energia, referenciado (430, 440), imediatamente a jusante das extremidades das várias fileiras das abas de vedação labirinto.[047] By adding a resistant and a priori solid wall (54) upstream of the sealing zone, which creates a substantially transverse obstacle to the gas circulation upstream of that zone, it will be possible to obtain a significant phenomenon of energy dissipation, referenced (430, 440) immediately downstream of the ends of the several rows of labyrinth sealing flaps.
[048] E é a circulação causada entre as duas abas de vedação labirinto (40a, 40b) pela parede (54) que criará condições favoráveis à separação (410) na extremidade da aba de vedação labirinto a jusante. O exemplo na Figura 7 mostra isso.[048] And it is the circulation caused between the two labyrinth sealing flaps (40a, 40b) by the wall (54) that will create favorable conditions for separation (410) at the downstream end of the labyrinth sealing flap. The example in Figure 7 shows this.
[049] As Figuras 2 e 5 mostram a projeção definida por essa parede inferior (54) em relação às superfícies livres (substancialmente) axiais, aqui (47a) e (48a), que limitam radialmente o interespaço (70) do fluxo de gás circulante. A parede inferior ou parede (54) é assim formada no interespaço gasoso (70) adjacente ao jato primário (13) e localizada radialmente entre o material capaz de ser abradado (46) e a parte superior da pá (18) em questão. Como observado, as superfícies livres (47a) e (48a) pertencem ao limite anular externo (44), as superfícies livres (47a) e (48a) estão localizadas axialmente em ambos os lados da referida parede inferior (54), respectivamente.[049] Figures 2 and 5 show the projection defined by this lower wall (54) in relation to the (substantially) axial free surfaces, here (47a) and (48a), which radially limit the interspace (70) of the gas flow current. The lower wall or wall (54) is thus formed in the gaseous interspace (70) adjacent to the primary jet (13) and located radially between the material capable of being abraded (46) and the upper part of the blade (18) in question. As observed, the free surfaces (47a) and (48a) belong to the outer annular boundary (44), the free surfaces (47a) and (48a) are located axially on both sides of said lower wall (54), respectively.
[050] Também pode ser visto que, além da superfície livre (substancialmente) axial a montante (47a), aquela dos setores de anel (442), que está localizada axialmente (eixo (X)) logo a montante da parede inferior (54) considerada, possui uma superfície livre (substancialmente) axial a jusante (47b). As superfícies livres (47a) e (47b) se estendem, respectivamente, adjacentes uma à outra, a montante e a jusante da parede inferior (54); e esta parede inferior (54) (pelo menos sua superfície axial (substancialmente) livre (541)) está radialmente (eixo (Z)) projetando-se em direção à superfície axial a montante (substancialmente) livre (47a) e à superfície axial a jusante (substancialmente) livre (47b) do setor de anel (442) considerado.[050] It can also be seen that, in addition to the free surface (substantially) axial upstream (47a), that of the ring sectors (442), which is located axially (axis (X)) just upstream of the bottom wall (54 ) considered, has a (substantially) downstream axial free surface (47b). The free surfaces (47a) and (47b) respectively extend adjacent to each other, upstream and downstream of the lower wall (54); and this bottom wall (54) (at least its (substantially) free axial surface (541)) is radially (axis (Z)) projecting towards the upstream (substantially) free axial surface (47a) and the axial surface downstream (substantially) free (47b) of the ring sector (442) considered.
[051] Como mostrado na Figura 4, cada parede (54) pode, como a parte do estator que a inclui, se estender em um plano perpendicular ao eixo de rotação (X) e isso de forma anular, por seções angulares.[051] As shown in Figure 4, each wall (54) can, like the part of the stator that includes it, extend in a plane perpendicular to the axis of rotation (X) and that in an annular way, by angular sections.
[052] Incluindo preservar a integridade da/ de cada parede (54) em relação aos movimentos das peças devido às condições térmicas e aerodinâmicas acima mencionadas, recomenda-se que esta parede (54) seja localizada axialmente na ou em direção a uma extremidade axialmente a montante (520a) da superfície de vedação axial livre a montante do revestimento (46), a montante da zona (52a) acima mencionada.[052] Including preserving the integrity of/of each wall (54) in relation to the movements of the parts due to the aforementioned thermal and aerodynamic conditions, it is recommended that this wall (54) be located axially at or towards an axially end upstream (520a) of the free axial sealing surface, upstream of the casing (46), upstream of the aforementioned zone (52a).
[053] Como mostrado nas figuras, em relação às duas superfícies de vedação livres a montante (48a) e a jusante (48b), a parede (54) será a priori única, no sentido de que está localizada logo a montante, ou na extremidade a montante, da superfície de vedação livre a montante (48a), uma vez que nenhuma outra parede inferior projetada radialmente existe a jusante no dispositivo de vedação (50), particularmente no material capaz de ser abradado (46) e, em particular, na superfície de vedação livre a jusante (48b).[053] As shown in the figures, in relation to the two free sealing surfaces upstream (48a) and downstream (48b), the wall (54) will be a priori unique, in the sense that it is located right upstream, or in the upstream end of the upstream free sealing surface (48a), since no other radially projecting lower wall exists downstream of the sealing device (50), particularly in material capable of being abraded (46) and in particular on the downstream free sealing surface (48b).
[054] A separação (420) e as representações esquemáticas da energia cinética turbulenta em (430) e (440) (ver Figura 6 ou 7) mostram claramente que a parede (54) define, ou forma, uma perturbação do fluxo no interespaço (70) e que a face a montante (540a) desta parede inferior é disposta para ficar oposta a esse fluxo, assim substancialmente ao longo do eixo (Z). No exemplo preferido mostrado, a face a montante (540a) e a extremidade axialmente a montante (520a) são a extensão radial uma da outra.[054] The separation (420) and the schematic representations of the turbulent kinetic energy at (430) and (440) (see Figure 6 or 7) clearly show that the wall (54) defines, or forms, a disturbance of flow in the interspace (70) and that the upstream face (540a) of this bottom wall is arranged to face that flow, thus substantially along the axis (Z). In the preferred example shown, the upstream face (540a) and the axially upstream end (520a) are the radial extension of one another.
[055] Para promover o fenômeno de dissipação de energia que se busca gerar pela separação na extremidade da aba de vedação labirinto a montante, também é proposto que a parede (54) deve, ainda, se estender radialmente para facear axialmente uma parte (400) da (de cada) aba de vedação labirinto a montante (40a) localizada radialmente a uma distância da extremidade livre (500a) desta aba de vedação labirinto; veja, em particular, a Figura 5.[055] To promote the energy dissipation phenomenon that is sought to be generated by the separation at the end of the upstream labyrinth sealing flap, it is also proposed that the wall (54) should also extend radially to axially face a part (400) ) of (each) upstream labyrinth sealing flap (40a) located radially at a distance from the free end (500a) of this labyrinth sealing flap; see in particular Figure 5.
[056] Sem uma parede circunferencial (54), a direção do jato permaneceria (mais) axial e passaria a extremidade da aba de vedação labirinto a montante (40a) sem separação significativa. De maneira semelhante a uma parede inferior, a parede (54) modifica a topologia do fluxo. O jato de gás tem uma direção mais radial que induz uma separação muito mais importante ao passar essa aba de vedação labirinto a montante. Sendo a seção de vazamento fechada pela separação, a dissipação de energia é, portanto, aumentada, o que é favorável à vedação desejada. Assim, pudemos ver (como na Figura 7) que a energia cinética turbulenta é máxima nas proximidades de uma aba de vedação labirinto a jusante e, portanto, mais importante do que nas proximidades de uma aba de vedação labirinto a montante.[056] Without a circumferential wall (54), the jet direction would remain (more) axial and would pass the end of the upstream labyrinth sealing flap (40a) without significant separation. Similar to a bottom wall, the wall (54) modifies the flow topology. The gas jet has a more radial direction which induces a much greater separation when passing this upstream labyrinth sealing flap. The leakage section being closed off by the separation, energy dissipation is therefore increased, which is favorable for the desired seal. Thus, we could see (as in Figure 7) that the turbulent kinetic energy is maximum in the vicinity of a downstream labyrinth sealing lip and therefore more important than in the vicinity of an upstream labyrinth sealing lip.
[057] Se necessário, em combinação com a característica acima, também é recomendável, em particular, promover um posicionamento otimizado: - que, a partir da superfície de vedação axial livre a montante (48a) do revestimento (46), a parede circunferencial (54) deve se estender sobre uma distância radial (D1) maior ou igual a 1,5 mm, ou - que, a partir desta mesma superfície de vedação axial livre a montante (48a) do referido revestimento, a referida parede circunferencial (54) deve se estender radialmente sobre uma distância radial (D1) de preferência entre 1,25 mm e 5 mm.[057] If necessary, in combination with the above characteristic, it is also recommended, in particular, to promote an optimized positioning: - that, from the upstream free axial sealing surface (48a) of the casing (46), the circumferential wall (54) must extend over a radial distance (D1) greater than or equal to 1.5 mm, or - that, from this same upstream free axial sealing surface (48a) of said coating, said circumferential wall (54) ) should extend radially over a radial distance (D1) preferably between 1.25 mm and 5 mm.
[058] Na Figura 10, também pode ser visto que, em uma forma de realização como a da Figura 5, testada com uma parede radial (62) de conexão entre duas superfícies de vedação axiais livres a montante (48a) e a jusante (48b), respectivamente, de 5 mm de altura (etapa (1)), a curva de evolução da razão em % do delta do fluxo de ar que circula no interespaço, na zona (70), entre o material capaz de ser abradado (46) e a parte superior da pá (18) em questão, de acordo com a altura (D1), é nivelada a 1,5 mm. A eficiência é mais significativa além desse valor. Além de 5 mm, nenhum ganho adicional é demonstrado e ocorrem problemas de integração do rotor na turbina. Observe que com uma diferença de pouco menos de 4%, um valor D1 = 1,25 mm é aceitável, sendo a eficiência já significativa.[058] In Figure 10, it can also be seen that, in an embodiment like that of Figure 5, tested with a radial wall (62) of connection between two free axial sealing surfaces upstream (48a) and downstream ( 48b), respectively, 5 mm high (step (1)), the evolution curve of the ratio in % of the delta of the air flow that circulates in the interspace, in the zone (70), between the material capable of being abraded ( 46) and the upper part of the blade (18) in question, according to the height (D1), is leveled to 1.5 mm. Efficiency is more significant beyond this value. Beyond 5 mm, no further gain is demonstrated and there are problems with integrating the impeller into the turbine. Note that with a difference of just under 4%, a D1 = 1.25 mm value is acceptable, efficiency being already significant.
[059] Deve-se notar também que os seguintes relatórios contribuem para esse desempenho, preferencialmente em combinação (ver as Figuras 5 e 12 para identificação das distâncias envolvidas): 1 < D1/D2 < 1,5, e/ou 1 < L2/L1 < 4, e/ou 1 < L3/L1 < 3.[059] It should also be noted that the following reports contribute to this performance, preferably in combination (see Figures 5 and 12 for identification of the distances involved): 1 < D1/D2 < 1.5, and/or 1 < L2 /L1 < 4, and/or 1 < L3/L1 < 3.
[060] Essas proporções favorecem a interrupção do fluxo, como pode ser visto com a presença das duas principais zonas de alta energia (430, 440).[060] These proportions favor flow disruption, as seen with the presence of the two main high-energy zones (430, 440).
[061] Para confirmação: - D1, que é a projeção da parede inferior (54), ou a distância radial entre a superfície de vedação axial livre a montante (48a) do revestimento capaz de ser abradado (46) e a extremidade livre da parede inferior (54), - D2, que é a distância radial entre a extremidade livre da parede inferior (54) e uma face radialmente externa (560a) do inversor (56) localizada em sua continuidade radial, - L1, que é a espessura axial da (de cada) aba de vedação labirinto a montante (40a), na sua extremidade radial livre, - L2, que é a distância axial entre uma face a jusante (540b) da parede inferior (54) e, localizada em sua continuidade axial, uma face a montante (401a) da aba de vedação labirinto a montante (40a), em sua extremidade radial livre, e - L3, que é a distância axial entre a parede de conexão radial (62) e, localizada em sua continuidade axial, uma face a jusante (403a) da aba de vedação labirinto a montante (40a), em sua extremidade radial livre.[061] For confirmation: - D1, which is the projection of the bottom wall (54), or the radial distance between the upstream free axial sealing surface (48a) of the coating capable of being abraded (46) and the free end of the lower wall (54), - D2, which is the radial distance between the free end of the lower wall (54) and a radially external face (560a) of the inverter (56) located in its radial continuity, - L1, which is the thickness axial distance of (each) upstream labyrinth sealing flap (40a), at its free radial end, - L2, which is the axial distance between a downstream face (540b) of the lower wall (54) and, located in its continuity axially, an upstream face (401a) of the upstream labyrinth sealing lip (40a), at its free radial end, and - L3, which is the axial distance between the radial connection wall (62) and, located in its continuity axially, a downstream face (403a) of the upstream labyrinth sealing lip (40a) at its free radial end.
[062] Esses relatórios foram confirmados como contribuindo para a dissipação de energia adicional acima mencionada, que é um pouco acima de 10%.[062] These reports have been confirmed to contribute to the aforementioned additional power dissipation, which is just over 10%.
[063] Por considerações comparáveis às anteriores, também é proposto, para uma aplicação na parte superior das pás rotativas, portanto, de um rotor: - que a plataforma (38b) deve ser equipada na extremidade a montante com um inversor (56) voltado para a montante, e - que, radialmente, a referida parede circunferencial (54) deve se estender oposta, mas a uma distância do inversor.[063] For considerations comparable to the previous ones, it is also proposed, for an application in the upper part of the rotating blades, therefore, of a rotor: - that the platform (38b) should be equipped at the upstream end with an inverter (56) facing upstream, and - that, radially, said circumferential wall (54) must extend opposite, but at a distance from, the inverter.
[064] Recomenda-se uma distância (D2) superior a 20 mm.[064] A distance (D2) greater than 20 mm is recommended.
[065] Para facilitar a produção em série, montagem e manutenção da parede circunferencial (54), também é recomendado: - que esta parede (54) deve ser definida por uma sobrelevação (58) formada no revestimento considerado (46), projetando-se radialmente a partir da superfície de vedação axial livre a montante (48a), e - que esta parede (54) deve ser integrada com o referido revestimento (46), como mostrado.[065] To facilitate serial production, assembly and maintenance of the circumferential wall (54), it is also recommended: - that this wall (54) should be defined by a superelevation (58) formed in the considered coating (46), projecting it if radially from the upstream free axial sealing surface (48a), and - that this wall (54) must be integrated with said casing (46), as shown.
[066] Em particular, cada revestimento de vedação capaz de ser abradado pode ser formado em uma estrutura alveolar, com células de contorno fechadas individualmente (60); ver a Figura 8 onde o eixo (X) e o eixo (Y), transversal aos eixos (X) e (Z), estão marcados. As células tipicamente poligonais serão conectadas umas às outras para formar um bloco, parte da qual é ilustrada na Figura 8, em uma forma de realização. As células radialmente abertas (60), individualmente têm uma dimensão axial (L4) (comprimento), e a parede circunferencial (54) tem uma espessura axial (E1) maior que a referida dimensão axial (L4) das células (de cada rede) localizada na mesma circunferência (C1), transversal ao referido eixo (X); ver Figuras 8, 9.[066] In particular, each sealing coating capable of being abraded can be formed into a honeycomb structure, with individually closed contour cells (60); see Figure 8 where the (X) axis and the (Y) axis, transversal to the (X) and (Z) axes, are marked. Typically polygonal cells will be connected to each other to form a block, part of which is illustrated in Figure 8, in one embodiment. The radially open cells (60) individually have an axial dimension (L4) (length), and the circumferential wall (54) has an axial thickness (E1) greater than said axial dimension (L4) of the cells (of each network) located on the same circumference (C1), transverse to said axis (X); see Figures 8, 9.
[067] Se esse for o caso, a resistência mecânica e a confiabilidade podem ser combinadas com a facilidade de montagem e manutenção.[067] If this is the case, mechanical strength and reliability can be combined with ease of assembly and maintenance.
[068] Como as paredes de conexão oblíquas e inclinadas (como em US 2009067997/ paredes (112)) impõem restrições de usinagem, também é proposto que as pelo menos duas superfícies de vedação axial livres axialmente a montante (48a) e a jusante (48b), respectivamente, devem ter uma parede de conexão radial (62) entre elas (substancialmente perpendicular ao eixo (X) no exemplo). O exemplo da Figura 7 também mostra que o campo de energia cinética turbulenta (ou pressão), ao passar de uma zona de vedação de rotor/ estator projetada com as características acima, tem duas zonas principais de alta energia (430, 440), imediatamente a jusante das abas de vedação labirinto (40a, 40b), e está quase em contato com as respectivas superfícies (48a, 48b). Por outro lado, esse campo de energia/ pressão é mais fraco no ambiente imediato da etapa (62) do lado direito (zona (450)). O nível de energia cinética turbulenta é representativo de perdas de pressão e, portanto, caracteriza a eficácia da vedação. A energia cinética turbulenta, já alta em (430), é máxima aqui em (440), perto da segunda aba de vedação labirinto.[068] As oblique and inclined connection walls (as in US 2009067997/ walls (112)) impose machining restrictions, it is also proposed that the at least two axially free axial sealing surfaces upstream (48a) and downstream ( 48b), respectively, must have a radial connecting wall (62) between them (substantially perpendicular to axis (X) in the example). The example in Figure 7 also shows that the turbulent kinetic energy (or pressure) field, as it passes from a rotor/stator seal zone designed with the above characteristics, has two main high energy zones (430, 440), immediately downstream of the labyrinth sealing flaps (40a, 40b), and is in close contact with the respective surfaces (48a, 48b). On the other hand, this energy/pressure field is weaker in the immediate environment of step (62) on the right side (zone (450)). The turbulent kinetic energy level is representative of pressure losses and therefore characterizes the effectiveness of the seal. The turbulent kinetic energy, already high at (430), is maximum here at (440), near the second labyrinth sealing flap.
[069] Tudo isso é a favor da limitação do fluxo de gás contornado.[069] All this is in favor of limiting the flow of bypassed gas.
[070] Em conexão com a parede circunferencial (54), a dissipação de energia adicional foi estimada - por cálculo - para ser um pouco maior que 10% em comparação com uma solução sem uma parede circunferencial e sem superfícies livres ou de estadiamento do revestimento ou das abas de vedação labirinto a montante e a jusante, entendendo-se que esse ganho pode ser obtido em cada estágio de cooperação rotor/ estator considerado, como aqui de uma turbina.[070] In connection with the circumferential wall (54), the additional energy dissipation was estimated - by calculation - to be slightly greater than 10% compared to a solution without a circumferential wall and without free or staging surfaces of the coating or the upstream and downstream labyrinth sealing flaps, understanding that this gain can be obtained in each rotor/stator cooperation stage considered, as here of a turbine.
[071] Tecnologicamente, várias soluções podem ser consideradas para formar a parede inferior (54) a montante da zona de vedação considerada.[071] Technologically, several solutions can be considered to form the lower wall (54) upstream of the considered sealing zone.
[072] Uma solução relevante, simples de implementar e eficaz é fornecer chapas brutas relativamente altas (46), feitas de material capaz de ser abradado; direção (Z), Figura 9, onde as escalas X/ Z não são respeitadas. Várias operações de usinagem são então usadas para criar a parede inferior / parede (54) e as duas superfícies escalonadas (48a, 48b), aqui com a etapa radial (62), intermediária entre elas. Axialmente, pelo menos tão espessa (E1) quanto uma célula (60) (L4), a fim de garantir a continuidade da referida parede inferior (e a impermeabilidade dessa parede (54)), a parede circunferencial (54) é perpendicular às superfícies (48a, 48b).[072] A relevant, simple to implement and effective solution is to provide relatively high raw plates (46), made of material capable of being abraded; direction (Z), Figure 9, where the X/Z scales are not respected. Various machining operations are then used to create the bottom wall/wall (54) and the two stepped surfaces (48a, 48b), here with the radial step (62) intermediate between them. Axially, at least as thick (E1) as a cell (60) (L4), in order to guarantee the continuity of said lower wall (and the impermeability of said wall (54)), the circumferential wall (54) is perpendicular to the surfaces (48a, 48b).
[073] A Figura 11 mostra uma montagem, que pode ser mais operacional, de um revestimento capaz de ser abradado. Nesta solução, cada um dos blocos circunferenciais do revestimento capaz de ser abradado (46) é fixado (por exemplo, soldado ou unido) radialmente para fora a um dos setores de anel (442). Cada um desses setores de anel é circunferencialmente preso ao invólucro externo (441). Para esse objetivo, cada o setor de anel (442) pode ser fornecido de forma fixa (por exemplo, soldado a ele) e radialmente para fora: - em direção à extremidade a jusante com pelo menos um membro de retenção (66) enganchado a jusante (ou em forma de C), aberto na direção a montante e (cada um) circunferencialmente engatado com um trilho circunferencial a jusante (68), projetando a jusante, do invólucro externo (441) (ou anexado a ele) e - em direção à extremidade a montante, com pelo menos um elemento de retenção (72) enganchado a montante (ou em forma de C), aberto na direção a montante e (cada um) circunferencialmente engatado com um trilho circunferencial a montante (74), projetando a jusante, do invólucro externo (441) (ou anexado a ele).[073] Figure 11 shows an assembly, which can be more operational, of a coating capable of being abraded. In this solution, each of the circumferential blocks of the abrasionable casing (46) is fixed (eg welded or bonded) radially outwards to one of the ring sectors (442). Each of these ring sectors is circumferentially attached to the outer shell (441). For this purpose, each ring sector (442) can be provided fixedly (e.g. welded to it) and radially outwards: - towards the downstream end with at least one retaining member (66) hooked to downstream (or C-shaped), open in the upstream direction and (each) circumferentially engaged with a downstream circumferential rail (68), projecting downstream, from the outer shell (441) (or attached thereto) and - in towards the upstream end, with at least one retaining member (72) hooked upstream (or C-shaped), open in the upstream direction and (each) circumferentially engaged with an upstream circumferential rail (74), projecting downstream of the outer casing (441) (or attached thereto).
[074] Neste caso, é a superfície axial (substancialmente) livre (72a) do(s) (de cada) membro(s) de retenção a montante (72) que definirá a referida superfície axial livre a montante do setor de anel (referenciado (47a) na forma de realização das Figuras 2 e 5).[074] In this case, it is the (substantially) free axial surface (72a) of the upstream retaining member(s) (72) that will define said upstream free axial surface of the ring sector ( referenced (47a) in the embodiment of Figures 2 and 5).
[075] Como antes, esta superfície axial livre a montante (72a) do setor de anel (442) é axialmente (eixo (X)) imediatamente adjacente à parede inferior (54) que se projeta radialmente a partir dela. Assim, o fluxo de gás a jusante que flui através do interespaço (70) varre a superfície axial (substancialmente) livre (72a) e, em seguida, atinge a parede inferior transversal (54) que está, portanto, (substancialmente) ao longo do eixo (X) adjacente à superfície (72a).[075] As before, this upstream free axial surface (72a) of the ring sector (442) is axially (axis (X)) immediately adjacent to the lower wall (54) projecting radially therefrom. Thus, the downstream gas flow flowing through the interspace (70) sweeps the (substantially) free axial surface (72a) and then hits the transverse bottom wall (54) which is therefore (substantially) along of the axis (X) adjacent to the surface (72a).
[076] Em outra alternativa, como mostrado na Figura 12, as superfícies axiais livres em ambos os lados da parede inferior. Neste caso, as superfícies axiais (substancialmente) livres a montante e a jusante, adjacentes à parede (54), são formadas pelo elemento capaz de ser abradado do setor de anel (442) do impulsor relevante. Assim, o (cada) elemento capaz de ser abradado (46) integra, além da parede inferior (54) e da superfície axial livre a montante (48a), outra superfície axial (substancialmente) livre (48c) localizada a montante da parede inferior (54). Para garantir seu efeito, a parede inferior (54) está projetando-se radialmente para dentro em relação às referidas superfícies axiais (substancialmente) livres respectivamente a montante e a jusante (48c) e (48a) adjacentes a ela.[076] In another alternative, as shown in Figure 12, the free axial surfaces on both sides of the bottom wall. In this case, the upstream and downstream (substantially) free axial surfaces adjacent to the wall (54) are formed by the abraded element of the ring sector (442) of the relevant impeller. Thus, the (each) element capable of being abraded (46) comprises, in addition to the bottom wall (54) and the upstream free axial surface (48a), another (substantially) free axial surface (48c) located upstream of the bottom wall (54). To ensure its effect, the bottom wall (54) is projecting radially inwards with respect to said (substantially) free axial surfaces respectively upstream and downstream (48c) and (48a) adjacent to it.
[077] Pelo exposto e pelo suporte das ilustrações, será entendido que, a fim de criar, na extremidade livre da aba de vedação labirinto a montante (40a), uma separação do gás em circulação, a parede inferior (54), definida por uma sobrelevação no referido revestimento (46), formará, portanto: - uma projeção radial a partir de uma superfície axial livre a montante ((47a, 48a, 48c, 72a), acima) do dispositivo de vedação (50) que é axialmente contíguo ou adjacente a ele, - em particular, uma projeção radial em relação a uma superfície axial livre a montante ((47a, 48c, 72a) acima) do dispositivo de vedação (50) que é axialmente contíguo ou adjacente a ele a montante do mesmo; veja a distância (D3) nas Figuras 5, 11, 12.[077] From the foregoing and from the support of the illustrations, it will be understood that, in order to create, at the free end of the upstream labyrinth sealing flap (40a), a separation of the circulating gas, the lower wall (54), defined by a superelevation in said coating (46), will therefore form: - a radial projection from a free axial surface upstream ((47a, 48a, 48c, 72a), above) of the sealing device (50) which is axially contiguous or adjacent thereto, - in particular, a radial projection with respect to an upstream free axial surface ((47a, 48c, 72a) above) of the sealing device (50) which is axially adjacent or adjacent to it upstream thereof ; see distance (D3) in Figures 5, 11, 12.
Claims (15)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1753535 | 2017-04-24 | ||
| FR1753535A FR3065483B1 (en) | 2017-04-24 | 2017-04-24 | SEALING DEVICE BETWEEN ROTOR AND TURBOMACHINE STATOR |
| PCT/FR2018/051022 WO2018197800A1 (en) | 2017-04-24 | 2018-04-24 | Device for sealing between a rotor and a stator of a turbine engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR112019022128A2 BR112019022128A2 (en) | 2020-05-12 |
| BR112019022128B1 true BR112019022128B1 (en) | 2023-05-23 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11293304B2 (en) | Gas turbine engines including channel-cooled hooks for retaining a part relative to an engine casing structure | |
| US9719363B2 (en) | Segmented rim seal spacer for a gas turbine engine | |
| RU2604777C2 (en) | Gas turbine engine guide vanes sealing device | |
| US20100178160A1 (en) | Device and system for reducing secondary air flow in a gas turbine | |
| US20140363279A1 (en) | Non-integral segmented angel-wing seal | |
| US8845284B2 (en) | Apparatus and system for sealing a turbine rotor | |
| JP6072930B2 (en) | Belly seal with underwrap end | |
| EP3012405B1 (en) | Gas turbine engine with coolant flow redirection component | |
| JP2015031289A (en) | Turbine blade and turbine with improved sealing | |
| BR102018068279A2 (en) | GAS TURBINE ENGINE | |
| US10605106B2 (en) | Turbine of gas turbine engine, comprising a labyrinth seal element | |
| EP2935837B1 (en) | Segmented seal for a gas turbine engine | |
| US8561997B2 (en) | Adverse pressure gradient seal mechanism | |
| US9404376B2 (en) | Sealing component for reducing secondary airflow in a turbine system | |
| US20130025290A1 (en) | Ingestion-tolerant low leakage low pressure turbine | |
| JP7175963B2 (en) | Sealing device between rotor and stator of turbine engine | |
| BR112019022128B1 (en) | SEALING DEVICE AND GAS TURBOMACHINE | |
| EP3693541B1 (en) | Gas turbine rotor disk having scallop shield feature | |
| EP3483397B1 (en) | Support rail truss for gas turbine engines | |
| GB2558758A (en) | A gas turbine engine |