BRPI0504741B1 - Método para reparar um conjunto de pás estacionárias de um motor a turbina e conjunto reparado - Google Patents

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Philip Hagle Michael
Lee Siebert Timothy
John Reverman Jeffrey
Leigh Ferguson Dana
Matthew Ford Gregory
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General Electric Company
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Abstract

"método para reparar um conjunto de pás estacionárias de um motor a turbina e conjunto reparado". é fornecido um método para formar um conjunto reparado de pás estacionárias de um motor a turbina (10) incluindo ao menos um aerofólio (16) unido entre as primeira e segunda plataformas (12, 14) radialmente distanciadas entre estas. o método compreender fornecer um primeiro membro do conjunto de pás (28) o qual compreende ao menos uma porção da primeira plataforma (12), o aerofólio (16) e o primeiro segmento da segunda plataforma (14) unido ao aerofólio (16). além disto é fornecido um segundo membro do conjunto de pás (30) o qual inclui um segundo segmento (40) da segunda plataforma (14) com um recesso (42) com formato e tamanho suficientes para receber o primeiro segmento (34) da segunda plataforma (14). o primeiro segmento (34) é disposto no primeiro recesso (42) após o que os primeiro e segundo segmentos (34, 40) são unidos, por exemplo por brasagem ou por soldagem. é assim provido um conjunto reparado de pás estacionárias de um motor a turbina (10) mais bem estruturado, incluindo os primeiro e segundo membros do conjunto de pás (28, 30) unidos juntos.

Description

(54) Título: MÉTODO PARA REPARAR UM CONJUNTO DE PÁS ESTACIONÁRIAS DE UM MOTOR A TURBINA E CONJUNTO REPARADO (51) Int.CI.: F01D 5/00 (30) Prioridade Unionista: 16/11/2004 US 10/989,791 (73) Titular(es): GENERAL ELECTRIC COMPANY (72) Inventor(es): MICHAEL PHILIP HAGLE; TIMOTHY LEE SIEBERT; JEFFREY JOHN REVERMAN; DANA LEIGH FERGUSON; GREGORY MATTHEW FORD
1/9 “método para reparar um conjunto de pás estacionárias de um motor a turbina e conjunto reparado”
Campo da Invenção [001] Esta invenção se refere ao reparo de componentes de motores a turbina, e mais em particular ao reparo de um conjunto de pás estacionárias de um motor a turbina a gás danificado.
Antecedentes da Invenção [002] Um exemplo de um conjunto de pás estacionárias de um motor a turbina tipicamente submetidas a um desgaste excessivo ou a danos durante a operação do motor ou danificadas durante a manufatura, é um conjunto de pás estacionárias pertencentes à secção operacional quente da turbina de um motor de turbina a gás. Um tal artigo, algumas vezes referido como o bocal da turbina ou o conjunto bocal da turbina, tipicamente inclui ao menos um aerofólio assim como passagens e aberturas para a refrigeração. Em tal local do motor, o conjunto de pás estacionárias, ou defletores estacionários, experimenta altas temperaturas e condições ambientais extremas durante a operação em serviço. Como resultado, podem ocorrer danos até o limite no qual torna-se necessário o reparo ou a substituição do conjunto para uma operação segura e eficiente do motor. Como é bem conhecido na arte, tais componentes de turbina refrigerados a ar são relativamente caros de serem manufaturados, uma vez que estes apresentam um desenho complexo e são feitos de materiais relativamente caros, como por exemplo a partir de ligas “superalloy” para altas temperaturas. Portanto, a prática tem sido a de reparar ao invés de substituir tal componente.
[003] Os relatórios dos métodos e dos dispositivos para o reparo dos conjuntos de pás estacionárias de motores a turbina incluem as patentes americanas US 4.305.697 - Cohen e outros (concedida em 15 de Dezembro de
1981) e US 5.758.416 - Reverman e outros (concedida em 2 de Junho de
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1998). Durante o reparo de um tal conjunto de pás de turbina é importante manter a posição relativa entre os membros do conjunto tal como os aerofólios e as pontas bases distanciadas entre estas entre as quais os aerofólios são fixados. Em um tal tipo de reparo, as plataformas interna e externa e os aerofólios são inicialmente desmontados para o reparo e/ou para a substituição de tais membros individuais. Nesta solução de reparo, a remontagem dos membros novos ou reparados, para fornecer um conjunto reparado, é similar à da manufatura original do conjunto de pás. Esta inclui a união das extremidades dos aerofólios individuais nas plataformas entre estas distanciadas, por exemplo através de brasagem ou de soldagem ao redor das pontas bases de extremidade dos aerofólios, ao mesmo tempo em que todos os ditos membros são mantidos dentro de uma posição relativa precisa. Um tal reparo pode levar a um certo número de uniões, com a formação de uniões que não estavam originalmente projetadas para o artigo.
[004] É assim desejável fornecer um método para que se obtenha um conjunto de pás estacionárias de um motor a turbina, o qual necessite de um número reduzido de membros, de uniões e de etapas de reparo para que se chegue a um conjunto reparado com uma integridade estrutural incrementada na junção entre o aerofólio e as plataformas. Tal características é particularmente importante na porção da plataforma entre os aerofólios nos conjuntos de pás de aerofólios múltiplos.
Descrição da Invenção [005] Em uma forma, a presente invenção fornece um método para formar um conjunto reparado de pás estacionárias de um motor a turbina compreendendo primeira e segunda plataformas radialmente distanciadas entre estas com ao menos um aerofólio entre estas. O aerofólio inclui as primeira e segunda extremidades de aerofólio distanciadas entre estas. O método fornece um primeiro membro do conjunto de pás o qual compreende
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3/9 ao menos uma porção da primeira plataforma unida ao aerofólio na primeira extremidade do aerofólio, e um primeiro segmento da segunda plataforma apresentando uma primeira porção de bordo com um primeiro formato periférico selecionado unido ao aerofólio na segunda extremidade do aerofólio. Além disto é fornecido um segundo membro do conjunto de pás o qual compreende um segundo segmento da segunda plataforma incluindo neste um primeiro recesso apresentando uma segunda porção de bordo substancialmente do mesmo primeiro formato periférico selecionado e com um tamanho suficiente para receber neste o primeiro segmento da segunda plataforma para possibilitar que as primeira e segunda porções de bordo fiquem em justaposição. O primeiro segmento da segunda plataforma é disposto no primeiro recesso do segundo segmento da segunda plataforma, com a primeira porção e a porção de bordo estando em justaposição. Então, os primeiro e segundo membros do conjunto de pás são unidos por sobre as primeira e segunda porções de bordo para fornecer um conjunto reparado de pás estacionárias de um motor a turbina.
[006] Em outra forma, a presente invenção fornece um conjunto reparado de pás estacionárias de um motor a turbina incluindo os membros como supra descritos. Em um tal conjunto, os primeiro e segundo membros do conjunto de pás são unidos nas primeira e segunda porções de bordo justapostas.
Breve Descrição dos Desenhos [007] A figura 1 é uma vista em perspectiva de um típico conjunto de pás estacionárias de um motor a turbina de uma turbina a gás.
[008] A figura 2 é uma vista explodida do conjunto de pás da figura 1 mostrando o método da arte anterior para a montagem dos membros das pás.
[009] A figura 3 é uma vista explodida de uma forma de
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4/9 realização de um conjunto reparado de pás estacionárias de um motor a turbina associado com a presente invenção.
Descrição de Realizações da Invenção [010] A presente invenção será descrita em conexão com uma forma de um bocal estacionário de turbina de um motor a turbina a gás de fluxo axial representando um típico conjunto de pás estacionárias. Um tal motor compreende considerando o fluxo comunicante em série, em geral da frente para traz, um ou mais compressores, uma secção de combustão, e uma ou mais secções de turbina dispostas de forma axialmente simétricas ao redor de um eixo longitudinal do motor. Desta forma, e como ora empregado, as expressões que empregam formas dos termos “axial” ou “axialmente”, por exemplo “axialmente para frente” e “axialmente para traz”, se referem a posições relativas ou a direções gerais com relação ao eixo do motor; as expressões que empregam formas do termo “circunferencialmente” se referem a uma posição circunferencial geral ou a uma direção em geral ao redor do eixo do motor; e as expressões que empregam formas do termo “radial”, por exemplo “radialmente além”, se referem a posições radiais relativas ou a direções em geral para além do eixo do motor.
[011] Um método atual para o reparo de um conjunto danificado de pás estacionárias ou bocais de um motor a turbina a gás, por exemplo como resultado de sua operação em serviço, inclui a desmontagem das plataformas interna e externa de ao menos um aerofólio disposto entre as plataformas. A vista em perspectiva da figura 1 mostra um típico conjunto de pás estacionárias ou de bocais de um motor a turbina a gás no geral indicado por 10. O conjunto de pás estacionárias 10 inclui uma primeira ou plataforma externa 12, uma segunda ou plataforma interna 14 distanciada da primeira plataforma 12 e uma pluralidade de aerofólios 16, nesta forma de realização dois aerofólios, unidos entre as plataformas 12 e 14.
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5/9 [012] Incluída nesta forma de realização do conjunto 10 de pás estacionárias da figura 1, se encontra uma saliência de parada de carga a qual se estende de forma circunferencial 19 ao longo de uma porção anterior 21 axial da plataforma interna 14 e que se projeta de forma geral radial 23 para além dos aerofólios 16. Em geral, na manufatura original da plataforma interna 14, e antes de sua montagem sobre o conjunto de bocais da turbina, a saliência de parada de carga 18 é fundida em precisão como uma peça integral da plataforma 14. Neste exemplo, a saliência de parada de carga 18 atua como uma porção de montagem de porte de carga anterior radialmente interna para o conjunto de bocais da turbina 1. Como resultado de ser integral em relação à plataforma interna 14, ao invés de na forma de um membro à parte unido na plataforma interna 14, a junção entre a parada de carga 18 e a plataforma interna 14 se mostra mais apta, do ponto de vista estrutural, para o porte de cargas.
[013] Uma vista explodida dos membros do conjunto de pás de turbina 10 da figura 1 é mostrado na vista em perspectiva da figura 2. Durante um método de reparo, de acordo com o estado da arte, de um conjunto de pás de um motor a turbina danificado durante o serviço do motor, durante a sua manufatura ou por qualquer outra forma, são desmontados a primeira ou plataforma externa 12, a segunda ou plataforma interna 14 e os aerofólios 16. Na forma de realização da figura 2, os aerofólios 16 incluem primeiras pontas bases 20 de aerofólio e segundas pontas bases 22 de aerofólio, as quais estão dispostas respectivamente nas aberturas da plataforma 24 e 26 para engate e união com e entre as plataformas 12 e 14. Após tal desmontagem, qualquer membro danificado é substituído por um membro novo ou por um membro reparado e o artigo é remontado para uso. Neste exemplo do estado da arte, são necessárias ao menos quatro uniões distintas, por exemplo, uniões por soldagem ou por brasagem, enquanto que os quatro membros separados são
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6/9 mantidos posicionados um em relação aos outros, dentro de acuradas posições conforme o projeto. Um tal artigo reparado que emprega os métodos da arte anterior pode incluir a formação de uniões ou juntas, as quais não estavam originalmente projetadas para o artigo.
[014] Uma forma da presente invenção fornece um método para a obtenção de um conjunto reparado de pás estacionárias de um motor a turbina empregando poucos membros distintos e, portanto, poucas uniões, e menores tempo de reparo e custo. Em adição, a presente invenção permite a inclusão de um material de substituição novo e integral incluindo a saliência de parada de carga 18. Como resultado, o conjunto reparado de pás de motor a turbina associado com a presente invenção apresenta uma estabilidade estrutural melhorada para o porte de cargas.
[015] A vista explodida e em perspectiva da figura 3 mostra os membros usados de acordo com uma forma de realização da presente invenção. Um primeiro membro do conjunto de pás é mostrado de forma geral com 28 e um segundo membro do conjunto de pás é mostrado de forma geral com 30.
[016] O primeiro membro do conjunto de pás 28 compreende ao menos uma parte, e neste exemplo toda, a primeira ou plataforma interna 12 unida com ao menos um aerofólio 16 na primeira extremidade de aerofólio 32, a qual não precisa necessariamente incluir uma ponta base, tal como a ponta base 20 de aerofólio da figura 2. O primeiro membro do conjunto de pás 28 também compreende um primeiro segmento da segunda plataforma 34 o qual apresenta uma primeira porção de bordo 36 com um formato periférico selecionado. O segmento 34 é unido ao aerofólio 16 em uma segunda extremidade de aerofólio 38, a qual também não precisa necessariamente incluir uma ponta base, tal qual a ponta base de aerofólio 22 da figura 2.
[017] O segundo membro do conjunto de pás 30, algumas vezes
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7/9 também referido como plataforma ou cinta interna tipo “quadro de janela”, compreende um segundo segmento da segunda plataforma 40, o qual compreende neste um primeiro recesso 42, definido por uma segunda porção de bordo 44, a qual apresenta substancialmente o formato periférico selecionado da primeira porção de bordo 36. O primeiro recesso 42 apresenta um tamanho suficiente para receber dentro deste o primeiro segmento da segunda plataforma 34 de forma a permitir que a primeira porção de bordo 36 e a segunda porção de bordo 44 fiquem em justaposição quando o segmento 34 se encontra no primeiro recesso 42.
[018] Em uma forma de realização da figura 3, o primeiro membro do conjunto de pás 28 inclui uma saliência de parada de carga 18 que se estende circunferencialmente 19 ao longo do primeiro segmento da segunda plataforma 34 e radialmente 23 para além dos aerofólios 16. Durante a operação do motor, a carga aerodinâmica recai sobre os aerofólios 16, e deve ser transferida, através da saliência de parada de carga 18, para a estrutura do motor de suporte do conjunto de pás de turbina 10. Através da inclusão da saliência de parada de carga 18 sobre o primeiro membro do conjunto 28, de acordo com uma forma da presente invenção, é evitada uma união adicional de reparo, e a carga aerodinâmica não passa através da união de reparo que assim pode ter uma construção diversa da originalmente projetada para o conjunto de pás de turbina 10. A saliência de parada de carga 18 apresenta uma porção de bordo da saliência 46 com um segundo formato periférico. Nesta forma de realização, o segundo membro do conjunto de pás 30 inclui um segundo recesso 48 o qual apresenta uma segunda porção de bordo de recesso 50 substancialmente com o segundo formato periférico. O segundo recesso 48 apresenta um tamanho suficiente para receber neste a saliência de parada de carga 18 de modo a permitir que a porção de bordo da saliência 46 e que a segunda porção de bordo de recesso 50 fiquem em
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8/9 justaposição quando a saliência 18 está dentro do segundo recesso 48.
[019] Os primeiro e/ou segundo membros do conjunto de pás 28 e 30, respectivamente, podem ser fornecidos como membros novos ou como partes úteis salvas de conjuntos de pás de turbinas previamente manufaturadas. Uma vez que as uniões existentes em tais porções salvas foram controladas de forma acurada durante a manufatura original, tais porções incluem as construções de união originalmente projetadas para o artigo. Quando os primeiro e/ou segundo membros do conjunto de pás 28 e 30 são fornecidos como membros novos, um material de substituição melhorado pode ser incluído para melhorar as características tais como a estabilidade estrutural e a vida operacional útil do conjunto de pás de turbina 10. A redução do número de membros das uniões de reparo, de acordo com as formas de realização da presente invenção, possibilita um artigo de mais fácil produção e estruturalmente mais estável e completo em suas porções de porte de carga.
[020] Em uma forma do método da presente invenção, o primeiro segmento da segunda plataforma 34 do primeiro membro do conjunto de pás 28 é disposto em um primeiro recesso 42 do segundo membro do conjunto de pás 30 com as primeira e segunda porções de bordo 36 e 44 em justaposição. Então os primeiro e segundo conjuntos de pás 28 e 30 são unidos através das primeira e segunda porções de bordo 36 e 44, por exemplo por brasagem ou soldagem, para prover a um conjunto reparado das pás de um motor a turbina 10.
[021] Na forma de realização da figura 3, o método inclui, em adição, dispor uma saliência de parada de carga 18 do primeiro membro do conjunto de pás 28 em um segundo recesso 48 do segundo membro do conjunto de pás 30 com a porção de bordo da saliência 46 e a segunda porção de bordo do recesso 50 em justaposição. Então, as porções de bordo 46 e 50 são unidas, por exemplo, por brasagem ou por soldagem, para prover a um
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9/9 conjunto reparado de pás de um motor a turbina 10.
[022] A presente invenção foi descrita de acordo com formas de realização, estruturas e métodos específicos. Contudo, deverá ser entendido que estas têm a intenção de serem típicas e representativas ao invés de limitar de qualquer modo o escopo da presente invenção. Os peritos das várias áreas envolvidas, por exemplo relativas aos motores à turbina e aos seus projeto, construção e reparo, irão entender que a invenção está apta a sofrer variações e modificações sem fugir do escopo conforme as reivindicações pendentes.
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Claims (8)

  1. Reivindicações
    1. MÉTODO PARA FORMAR UM CONJUNTO REPARADO DE PÁS ESTACIONÁRIAS DE UM MOTOR A TURBINA (10) compreendendo uma primeira plataforma (12), uma segunda plataforma (14) afastada na direção radial (23) da primeira plataforma (12), e uma pluralidade de aerofólios (16) entre estas, cada aerofólio (16) incluindo uma primeira extremidade de aerofólio (32) e uma segunda extremidade de aerofólio (38) distanciada da primeira extremidade de aerofólio (32), caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:
    fornecer um primeiro membro do conjunto de pás (28) compreendendo ao menos uma porção da primeira plataforma (12) unida ao aerofólio (16) na primeira extremidade do aerofólio (32), e um primeiro segmento da segunda plataforma (34) apresentando uma primeira porção de bordo (36) com um primeiro formato periférico selecionado unido ao aerofólio (16) na segunda extremidade do aerofólio (38) e incluindo material da segunda plataforma (14) entre a pluralidade de aerofólios (16);
    fornecer um segundo membro do conjunto de pás (30) o qual compreende um segundo segmento da segunda plataforma (40) incluindo neste um primeiro recesso (42) apresentando uma segunda porção de bordo (44) substancialmente do mesmo primeiro formato periférico selecionado e com um tamanho suficiente para receber neste o primeiro segmento da segunda plataforma (34) para possibilitar que as primeira e segunda porções de bordo (36, 44) fiquem em justaposição;
    dispor o primeiro segmento da segunda plataforma (34) do primeiro membro do conjunto de pás (28) no primeiro recesso (42) do segundo segmento da segunda plataforma (40) do segundo membro do conjunto de pás (30), com as primeira e segunda porções de bordo (36, 44) estando em justaposição; e
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  2. 2/4 unir o primeiro membro do conjunto de pás (28) e o segundo membro do conjunto de pás (30) através das primeira e segunda porções de bordo (36, 44) para fornecer um conjunto reparado de pás estacionárias de um motor a turbina (10).
    2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual no qual a primeira plataforma (12) é uma plataforma externa na direção radial (23) do conjunto de pás (10), e a segunda plataforma (14) é uma plataforma interna na direção radial (23) do conjunto de pás (10).
  3. 3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual o primeiro segmento da segunda plataforma (34) e o segundo segmento da segunda plataforma (40) juntos definem a segunda plataforma (14).
  4. 4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual:
    o primeiro segmento da segunda plataforma (34) inclui uma saliência de parada de carga (18) que se estende na direção circunferencial (19) ao longo do primeiro segmento da segunda plataforma (34) e na direção radial (23) para além do ao menos um aerofólio (16), a saliência de parada de carga (18) apresentando uma porção de bordo da saliência (46) com um segundo formato periférico selecionado;
    o segundo segmento da segunda plataforma (40) inclui um segundo recesso (48) apresentando uma segunda porção de bordo do recesso (50) substancialmente com o segundo formato periférico e com um tamanho suficiente para receber neste a saliência de parada de carga (18) para permitir que a porção de bordo da saliência (46) e a segunda porção de bordo do recesso (50) fiquem em justaposição;
    dispor o primeiro segmento da segunda plataforma (34) do primeiro membro do conjunto de pás (28) no primeiro recesso (42) do segundo
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    3/4 segmento da segunda plataforma (40) do segundo membro do conjunto de pás (30), com as primeira e segunda porções de bordo (36, 44) estando em justaposição e com a porção de bordo da saliência (46) e a segunda porção de bordo do recesso (50) estando em justaposição; e unir o primeiro membro do conjunto de pás (28) e o segundo membro do conjunto de pás (30) através das primeira e segunda porções de bordo (36, 44) e através da porção de bordo da saliência (46) e da segunda porção de bordo do recesso (50) para fornecer um conjunto reparado de pás estacionárias de um motor a turbina (10).
  5. 5. CONJUNTO REPARADO de pás estacionárias de um motor a turbina (10) compreendendo uma primeira plataforma (12), uma segunda plataforma (14) afastada na direção radial (23) da primeira plataforma (12), e uma pluralidade de aerofólios (16) entre estas, os aerofólios (16) incluindo uma primeira extremidade de aerofólio (32) e uma segunda extremidade de aerofólio (38) distanciada da primeira extremidade de aerofólio (32), caracterizado pelo fato de compreender:
    um primeiro membro do conjunto de pás (28) compreendendo ao menos uma porção da primeira plataforma (12) unida a ao menos um aerofólio (16) na primeira extremidade de aerofólio (32) e um segundo segmento da segunda plataforma (34) unido ao aerofólio (16) na segunda extremidade de aerofólio (38) e incluindo material da segunda plataforma (14) entre a pluralidade de aerofólios (16), o primeiro segmento da segunda plataforma (34) incluindo uma primeira porção de bordo (36); e um segundo membro do conjunto de pás (30) compreendendo um segundo segmento da segunda plataforma (40) incluindo neste um primeiro recesso (42) apresentando uma segunda porção de bordo (44);
    o segundo segmento da segunda plataforma (40) estando localizado no primeiro recesso (42) com a primeira porção de bordo (36) do
    Petição 870170060040, de 18/08/2017, pág. 26/28
    4/4 primeiro segmento da segunda plataforma (34) unida na segunda porção de bordo (44) do segundo segmento da segunda plataforma (40) para compreender a segunda plataforma (14).
  6. 6. CONJUNTO REPARADO (10), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato no qual a primeira plataforma (12) é uma plataforma externa na direção radial (23) do conjunto de pás (10), e a segunda plataforma (14) é uma plataforma interna na direção radial (23) do conjunto de pás (10).
  7. 7. CONJUNTO REPARADO (10), de acordo com a reivindicação
    5, caracterizado pelo fato no qual o primeiro segmento da segunda plataforma (34) e o segundo segmento da segunda plataforma (40) juntos definem a segunda plataforma (14).
  8. 8. CONJUNTO REPARADO (10), de acordo com a reivindicação
    6, caracterizado pelo fato no qual:
    o primeiro membro do conjunto de pás (28) inclui uma saliência de parada de carga (18) que se estende na direção circunferencial (19) ao longo do primeiro segmento da segunda plataforma (34) e na direção radial (23) para além do ao menos um aerofólio (16), a saliência de parada de carga (18) apresentando uma porção de bordo da saliência (46);
    o segundo membro do conjunto de pás (30) inclui um segundo recesso (48) apresentando uma segunda porção de bordo do recesso (50);
    a saliência de parada de carga (18) estando localizada no segundo recesso (48) com a porção de bordo da saliência (46) do primeiro membro do conjunto de pás (28) unido na segunda porção de bordo do recesso (50) do segundo segmento da segunda plataforma (40).
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