BRPI0908164B1

BRPI0908164B1 - Pá de turbina, turbina e turbomáquina

Info

Publication number: BRPI0908164B1
Application number: BRPI0908164-0A
Authority: BR
Inventors: Erwan Botrel; Régis Grohens
Original assignee: Snecma
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2020-01-07
Also published as: EP2268901A1; CN101960097A; EP2268901B1; BRPI0908164A2; WO2009115728A1; FR2928405B1; US20110135496A1; JP5349503B2; US8672629B2; CA2716543C; FR2928405A1; CN101960097B; CA2716543A1; RU2010140596A; JP2011513638A

Abstract

pá de turbina, turbina e turbomáquina pá (2) de turbina que apresenta uma cavidade aberta (5) em sua extremidade distal (3), a dita cavidade (5) sendo delimitada por uma parede de fundo (7) e uma parede lateral (9, 10) que se estende ao longo do perímetro da dita extremidade distal (3) no prolongamento das paredes intradorso (8) e extradorso (11) da pá (2), a parede lateral (9, 10) da cavidade (5) apresentando uma abertura (20) na proximidade da borda de ataque (12) da pá (2) que desemboca na cavidade (5). um defletor (21) se estende pelo menos na porção mediana da cavidade (5) entre a borda de ataque (12) e a borda de fuga (14).

Description

“PÁ DE TURBINA, TURBINA E TURBOMÁQUINA” [0001] A invenção se refere a uma pá de turbina e, mais especialmente, pode se referir a uma pá vazada de rotor de turbina a gás, de tipo alta pressão, de turborreator.

[0002] Como representado nas figuras 1 e 2, é conhecido prever na extremidade distal 3 de uma pá vazada, uma cavidade aberta 5, ou “banheira”, delimitada por uma parede de fundo 7 que se estende em toda a extremidade da pá e por uma parede lateral composta por dois rebordos 9 e 10. Esses rebordos se estendem entre a borda de ataque 12 e a borda de fuga 14 da pá. O rebordo 9 prolonga a parede no lado intradorso 8 da pá e o outro rebordo 10 prolonga a parede no lado extradorso 11 da pá. Esses rebordos são chamados abaixo rebordos de intradorso e de extradorso.

[0003] Os rebordos 9 e 10 permitem assegurar uma zona de desgaste entre a parede de fundo 7 do cárter 16 que permite absorver os contatos entre a extremidade distal da pá 3 e o cárter 16. Além disso, eles permitem limitar a passagem de gás do intradorso para o extradorso gerador de perdas aerodinâmicas prejudiciais ao rendimento. Devido às altas temperaturas dos gases que atravessam a turbina e às velocidades de rotação elevadas da pá, as paredes da pá e da cavidade 5 podem atingir localmente temperaturas críticas.

[0004] O documento EP 1 221 537 propõe resfriar essas paredes operando para isso uma abertura na parede lateral da cavidade na proximidade da borda de ataque da pá, preferencialmente no lado extradorso. Além disso essa abertura pode eventualmente apresentar um pequeno rebordo interno que canaliza os gases que entram dentro da cavidade pela dita abertura. No entanto a solução proposta por esse documento não permite resfriar suficientemente certas zonas da cavidade.

[0005] De fato, o gradiente das temperaturas T dos gases na proximidade da pá de acordo com a altura H da veia dos gases (figura 3) é especialmente prejudicial para certas zonas da cavidade. Assim, esse gradiente das temperaturas conjugado com a topologia do escoamento dos gases ao longo da pá, faz com que os gases mais quentes impactem a zona crítica C da pá. Essa zona C está situada na

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2/5 extremidade 3 da pá na proximidade da borda de fuga 14, no lado intradorso 8. [0006] O objetivo da presente invenção é melhorar o resfriamento dessa zona e do conjunto da cavidade aberta da extremidade distal de uma pá de turbina. Mais especialmente, a presente invenção se propõe a melhorar o resfriamento local da zona situada no topo da pá, na proximidade da borda de fuga, no lado intradorso. [0007] Para atingir esse objetivo, a invenção tem como objeto uma pá de turbina que apresenta uma cavidade aberta em sua extremidade distal, a dita cavidade sendo delimitada por uma parede de fundo e uma parede lateral que se estende ao longo do perímetro da dita extremidade distal no prolongamento das paredes intradorso e extradorso da pá, a parede lateral da cavidade apresentando uma abertura na proximidade da borda de ataque da pá que desemboca na cavidade e, um defletor que se estende pelo menos na porção mediana da cavidade entre a borda de ataque e a borda de fuga.

[0008] A vantagem de uma tal pá é que o defletor permite orientar o fluxo de gás relativamente menos quente (ver a figura 3), que entrou na cavidade pela abertura da parede lateral, diretamente para uma zona preferencial das paredes da cavidade. Essa corrente de gás impacta essa zona preferencial e permite um resfriamento por convecção aumentado dessa última. O objetivo é orientar uma quantidade otimizada de gás para uma zona especialmente solicitada do ponto de vista térmico. Assim, além de resfriar corretamente essa última zona, é possível obter um resfriamento homogêneo do conjunto das paredes da cavidade.

[0009] A invenção também se refere a uma turbina que compreende pelo menos uma pá de acordo com a invenção e a uma turbomáquina, tal como um turborreator de avião, que compreende pelo menos uma tal turbina.

[0010] A invenção e suas vantagens serão melhor compreendidas com a leitura da descrição detalhada que se segue de diferentes modos de realização representados a título de exemplos não limitativos. Essa descrição faz referência às figuras anexas, nas quais:

- a figura 1 é uma vista em perspectiva da extremidade distal de uma pá conhecida,

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3/5

- a figura 2 é uma vista da pá da figura 1 de acordo com o plano de corte

II,

- a figura 3 é uma representação gráfica da evolução do gradiente de temperatura T dos gases na altura H da veia dos gases na proximidade de uma pá,

- a figura 4 é uma vista em perspectiva de um primeiro modo de realização de uma pá de acordo com a invenção,

- a figura 5 é uma vista em perspectiva de um segundo modo de realização de uma pá de acordo com a invenção,

- a figura 6 é uma vista em perspectiva de um terceiro modo de realização de uma pá de acordo com a invenção.

[0011] Um primeiro modo de realização da invenção é descrito em referência à figura 4. Nesse modo de realização, a abertura 20 da parede lateral 9, 10 da cavidade 5 é situada na proximidade da borda de ataque 12 da pá 2, no lado intradorso 8. Sem ser restritiva, essa posição de abertura 20 permite retirar os gases de resfriamento (quer dizer substancialmente menos quente) na parte exterior da veia dos gases de maneira especialmente eficaz. Bem evidentemente, de acordo com a geometria da pá e com o ângulo de incidência dos gases, a abertura 20 pode ser posicionada mais a jusante no rebordo intradorso 9 ou então do outro lado no rebordo extradorso 10.

[0012] Nesse exemplo, a abertura 20 da parede lateral 9, 10 da cavidade 5 é um entalhe. Esse entalhe pode ter uma altura variável de acordo com diferentes modos de realizações. Aqui, o entalhe se estende em toda a altura da parede lateral 9, 10 da cavidade 5. Essa altura de entalhe apresenta a vantagem, para uma largura dada, de fornecer à cavidade uma vazão máxima de gás.

[0013] Nesse primeiro modo de realização, o defletor 21 apresenta várias características interessantes. O defletor 21 é substancialmente perpendicular à parede de fundo 7 da cavidade 5. Esse posicionamento do defletor 21 em relação à parede de fundo 7 da cavidade 5 melhora a orientação do gás na direção da zona C a resfriar.

[0014] A face ativa 24 do defletor 21 é côncava, a concavidade do defletor 21

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4/5 tendo substancialmente a mesma orientação que a concavidade da pá 2. Desse modo, o defletor 21 apresenta uma vantagem dupla. Primeiramente, para um comprimento dado, um defletor côncavo se inscreve de maneira ótima na cavidade

5. Em seguida, isso permite que o defletor 21 imponha ao fluxo de gás uma linha de corrente que se ajusta da melhor maneira possível à forma do rebordo intradorso 9 da cavidade 5. Assim ao mesmo tempo em que se orienta o fluxo de gás de resfriamento na direção da zona C, outras zonas da cavidade 5 são também resfriadas por essa corrente de gás de resfriamento que circula ao longo do rebordo intradorso 9. Evidentemente a concavidade do defletor 21 não está limitada ao exemplo representado e pode ser vantajosamente ajustada a cada tipo de pá.

[0015] A extremidade a montante 18 do defletor 21 está distante da borda de ataque 12 da pá 2. Do mesmo modo a extremidade a jusante 19 do defletor 21 está distante da borda de fuga 14 da pá 2. Essas distâncias em relação às bordas de ataque e de fuga permitem ajustar a orientação do fluxo e a quantidade de gás de resfriamento guiada. As distâncias relativas do defletor em relação aos rebordos intradorso 9 e extradorso 10 são também parâmetros importantes que permitem otimizar um tal sistema.

[0016] Ainda em referência à figura 4, a parte a montante 22 do defletor 21 é orientada na direção da borda de ataque 12 da pá 2. Da mesma maneira, a parte a jusante 23 do defletor 21 é orientada na direção da borda de fuga 14 da pá 2. Essas orientações das partes a montante 22 e a jusante 23 do defletor 21 são vantajosas para guiar o fluxo de gás de resfriamento na direção da zona C. Além disso, essas orientações permitem impor ao fluxo de gás linhas de corrente especialmente eficazes para a homogeneidade do resfriamento do conjunto das paredes da cavidade 5.

[0017] Um segundo modo de realização da invenção é descrito em referência à figura 5. Nesse exemplo, a abertura 20 da parede lateral 9, 10 da cavidade 5 é um furo. A forma cilíndrica do furo representado nesse exemplo não é limitativa. O furo pode ter, entre outras coisas, uma forma oblonga ou triangular. Como abertura de parede lateral da cavidade 5, o furo apresenta a vantagem de poder ajustar de

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5/5 maneira precisa a vazão de gás de resfriamento que entra na cavidade 5.

[0018] Esse segundo exemplo representa uma pá vazada 2 alimentada em gás de resfriamento e, o defletor 21 compreende furos de resfriamento 26 que se comunicam com pelo menos uma parte vazada da pá. Esses furos de resfriamento são perfurações radiais no defletor 21. Eles desembocam em uma cavidade interna da pá 2 situada sob o defletor 21. O resfriamento do defletor 21 é assim assegurado por bombeamento e condução térmica. Além disso, o resfriamento do defletor 21 permite vir abaixar apor convecção a temperatura dos gases desviados por esse último, aumentando conseqüentemente a eficácia térmica do sistema.

[0019] Um terceiro modo de realização da invenção é descrito em referência à figura 6. Esse terceiro exemplo representa uma pá vazada 2 alimentada em gás de resfriamento e, o defletor 21 compreende furos de aspiração de pó 25 que se comunicam com pelo menos uma parte vazada da pá. Esses furos de aspiração de pó são similares aos furos de resfriamento e asseguram, como esses últimos, o resfriamento da cavidade 5. No entanto, o diâmetro deles é maior do que aquele dos furos de resfriamento clássicos. O diâmetro maior dos furos de aspiração de pó permite a evacuação de poeiras eventualmente presentes dentro da ou das cavidade(s) interna(s) da pá. Assim, em um defletor que apresenta os dois tipos de furos, as poeiras passarão preferencialmente pelos furos de aspiração de pó ao invés de pelos furos de resfriamento mais estreitos. É evitada, portanto, a obturação dos furos de resfriamento de pequeno diâmetro.

[0020] Devido ao diâmetro grande desses furos de aspiração de pó, é necessário que o defletor 21 apresente uma espessura maior do que nos exemplos precedentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Pá (2) de turbina que apresenta uma cavidade aberta (5) em sua extremidade distal (3), a dita cavidade (5) sendo delimitada por uma parede de fundo (7) e uma parede lateral (9, 10) que se estende ao longo do perímetro da dita extremidade distal (3) no prolongamento das paredes intradorso (8) e extradorso (11) da pá (2), a parede lateral (9, 10) da cavidade (5) apresentando uma abertura (20) na proximidade da borda de ataque (12) da pá (2) que desemboca na cavidade (5), caracterizada pelo fato de que um defletor (21) se estende pelo menos na porção mediana da cavidade (5) entre a borda de ataque (12) e a borda de fuga (14), em que a extremidade a montante (18) do defletor (21) está distante da borda de ataque (12) da pá (2), e em que a extremidade a jusante (19) do defletor (21) está distante da borda de fuga (14) da pá (2).
2. Pá de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a abertura (20) da parede lateral (9, 10) da cavidade (5) é situada na proximidade da borda de ataque (12) da pá (2), no lado intradorso (8).
3. Pá de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o defletor (21) é substancialmente perpendicular à parede de fundo (7) da cavidade (5).
4. Pá de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a face ativa (24) do defletor (21) é côncava, a concavidade do defletor (21) tendo substancialmente a mesma orientação que a concavidade da pá (2).
5. Pá de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a parte a montante (22) do defletor (21) é orientada na direção da borda de ataque (12) da pá (2).
6. Pá de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a parte a jusante (23) do defletor (21) é orientada na direção da borda de fuga (14) da pá (2).
7. Pá de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que a abertura (20) da parede lateral (9, 10) da cavidade

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2/2 (5) é um furo.
8. Pá de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que a abertura (20) da parede lateral (9, 10) da cavidade (5) é um entalhe.
9. Pá de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que é vazada e alimentada com gás de resfriamento e em que o defletor (21) compreende furos de resfriamento (26) que se comunicam com pelo menos uma parte vazada da pá (2).
10. Pá de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que é vazada e alimentada com gás de resfriamento e em que o defletor (21) compreende furos de aspiração de pó (25) que se comunicam com pelo menos uma parte vazada da pá (2).
11. Turbina, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos uma pá como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.
12. Turbomáquina, tal como um turborreator de avião, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos uma turbina como definida na reivindicação 11.