BRPI0917800B1 - turbina de alta pressão de uma turbomáquina, e, motor de aeronave - Google Patents
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Abstract
turbina de alta pressão de uma turbomáquina, setor de distribuidor de turbina, flange anular, e, motor de aeronave a invenção refere-se a uma nova solução de montagem de um distribuidor de uma turbina de turbomáquina, formada de uma fileira anular de pás fixas de estabilização de fluxo. de acordo com a invenção, a borda externa (11) de distribuidor está em apoio axial contra a linha de cárter externo (5, 50) da turbina e a borda interna (10) de distribuidor está em ligação deslizante axial (lg) com a linha de cárter interno (3, 30) da turbina, a ligação deslizante axial (lg) permitindo à borda interna (1 o) de ser livre ao longo do eixo motor com a parada axial realizada pelo apoio axial da borda externa da pá.
Description
“TURBINA DE ALTA PRESSÃO DE UMA TURBOMÁQUINA, E, MOTOR DE AERONAVE” DOMÍNIO TÉCNICO
[0001] A invenção refere-se à montagem de um distribuidor de uma turbina. [0002] Ela tem por aplicação principal a montagem de um distribuidor de uma turbina de alta pressão em um motor de aeronave, como um turborreator.
ARTE ANTERIOR
[0003] Em uma turbina de alta pressão de turborreator, o distribuidor até agora tem sido montado pendurado com a parte inferior de cárter ou ainda chamada “linha de cárter interno”. A seguir, será designada a linha de cárter interno como sendo o conjunto dos elementos estruturais suportados ou fixados diretamente ao cárter interno de turbina. De maneira análoga, a expressão “a linha de cárter externo” será utilizada para designar o conjunto dos elementos estruturais suportados ou fixados diretamente ao cárter externo de turbina. Várias soluções de acoplamento já foram previstas. Podem-se distinguir essencialmente duas categorias: a correntemente utilizada necessitando da fixação por cavilhas como meio de acoplamento à linha de cárter interno, como a descrita no pedido de patente EP 1.369.552 e, a que utiliza outros meios de acoplamento como piões.
[0004] Tais soluções utilizando piões, por exemplo, são descritas nos pedidos de patente FR 2.189.632 e EP 0.513.956.
[0005] Uma solução com pião atualmente empregada pela requerente é mostrada em figura 1.
[0006] As designações “a montante” e “a jusante” são relativas no sentido do fluxo dos gases (da esquerda para a direita na figura 1). Do mesmo modo, as designações “externo”, “exterior”; “interno” e “interior”, “azimutal” são relativos à posição dos elementos em relação à árvore de turbina (situada na parte inferior na figura 1). Assim uma posição azimutal corresponde a um ângulo azimutal em relação ao eixo de rotação da árvore de turbina. Pode-se ver na figura 1 que o distribuidor alta pressão comporta um setor definindo uma fileira de pás fixas de estabilização de fluxo 1 colocada a montante da fileira de pás móveis 2 da turbina de alta pressão. A borda interna 10 de um setor 1 é acoplada a uma peça dita cone interno 30 da linha de cárter interno 3 da turbina por intermédio de piões 4. Esta linha de cárter interno 3 compreende notadamente o cárter difusor 31. A borda externa 11 de um setor 1 está em apoio axial contra uma peça anular 50 que suporta as pás móveis 2 e que é fixada diretamente ao cárter externo 5 da turbina. Graças a esta montagem (apoio axial da borda exterior e acoplamento por pião da borda interior), as pás fixas 1 de distribuidor podem, quando do funcionamento da turbina, balançar em direção a jusante ou a montante, em alguns graus com o objetivo de recuperar as dilatações diferenciais susceptíveis de produzir-se entre o cárter externo 5 e o cárter interno 3. Além disso, tal montagem permite não criar uma sobre-tensão e garantir a estanqueidade. Em funcionamento da turbina, sob o empuxo dos gases, as pás fixas 1 do distribuidor estão apoio axial em duas zonas simbolizadas pelas elipses, uma interna Z1 e uma externa Z2 com uma distribuição mais ou menos equilibrada dos esforços. Em outros termos, a metade dos esforços de empuxo das pás fixas 1 de distribuidor são aplicadas em zona Zl, a outra metade em zona Z2.
[0007] Assim, qualquer que seja a solução de acoplamento atualmente retida para a montagem do distribuidor de turbina, e em particular a com o pião utilizado pela requerente, é necessário prever um dimensionamento suficiente igualmente da linha interna como da linha externa de cárter, para poder retomar os esforços aplicados. Tal dimensionamento acompanha-se necessariamente de uma massa dada das linhas interna e externa de cárter, em particular do cárter difusor, que pode ser grande.
[0008] O objetivo da invenção é então propor uma solução que permita reduzir a massa do cárter difusor de uma turbina, reduzindo ou mesmo suprimindo os esforços aplicados sobre a linha interna de cárter, quando do funcionamento pelo empuxo dos gases.
[0009] Em outros termos, a invenção tem por objetivo realizar uma montagem de distribuidor de turbina permitindo ter a totalidade dos esforços de empuxo aplicados sobre a linha externa de cárter e recuperar as dilatações diferenciais axiais susceptíveis de produzir-se entre a linha de cárter externo e a linha de cárter interno.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[0010] Para esse efeito, a invenção refere-se a uma turbina de alta pressão de uma turbomáquina, compreendendo pelo menos um distribuidor formado de uma fileira anular de pás fixas de estabilização de fluxo e uma roda com pás montada giratória a jusante do distribuidor, o referido distribuidor comportando uma borda externa e uma borda interna, caracterizada pelo fato de que a borda externa está apoio axial contra a linha de cárter externo da turbina e a borda interna está em ligação deslizante axial com a linha de cárter interno da turbina a ligação deslizante axial permitindo à borda interna ser livre ao longo do eixo motor com a parada axial realizada pelo apoio axial da borda externa da pá.
[0011] A ligação axial deslizante procurada no âmbito da invenção é, portanto, uma ligação em corrediça ao sentido tecnológico do termo, que autoriza, portanto, um grau de liberdade ao longo do eixo do motor, em outros termos turbomáquina para a borda interna da pá.
[0012] A parada axial da pá é realizada pelo apoio axial da borda externa da pá: o objetivo procurado de acordo com a invenção, portanto, é atingido dado que, com tal ligação axial deslizante sobre a linha interna do cárter, a integralidade dos esforços de empuxo em funcionamento turbomáquina é, de fato, aplicada sobre a linha externa do cárter.
[0013] Em nenhum caso, a ligação axial deslizante definida no âmbito da invenção é uma montagem autorizando certo trajeto axial, tal como uma montagem com junta deslizante. Uma montagem da borda interna da pá com junta deslizante não entra no âmbito da invenção na medida em que ela retoma necessariamente uma parte dos esforços de empuxo da turbomáquina em funcionamento.
[0014] A linha de cárter externo pode compreender um suporte anular fixado ao cárter externo e, contra o qual a borda externa das pás de distribuidor está em apoio.
[0015] De acordo com um modo de realização preferido, - a linha de cárter interno compreende um elemento anular com uma pluralidade de ranhuras axiais, - cada borda interna de distribuidor compreende prolongamentos que se estendem em direção à linha de cárter interno e que são de formato em ganchos, dos quais um grupo é orientado em direção a montante da turbina e do qual o outro grupo é orientado para a jusante da turbina, os ganchos sendo encaixados em um par de flanges fixados entre si, a ligação deslizante axial sendo realizada por uma pluralidade de piões que se estendem radialmente desde pelo menos um dos flanges em direção ao interior da turbina e que são alojados individualmente em uma das ranhuras axiais do elemento anular da linha de cárter interno.
[0016] De acordo com o modo de realização preferido da invenção, realiza-se, portanto, uma coroa rígida de distribuidor alta pressão com um par de flanges anulares fixadas entre si, o conjunto estando em ligação deslizante axial com a linha de cárter interno sob câmara. Esta ligação permite ao conjunto ser centrado e livre axialmente. A parada axial (retomada de esforço) realiza-se pelo apoio axial da borda externa da pá, em particular o trilho externo a jusante, sobre a linha de cárter externo.
[0017] Com vantagem, o par de flanges é fixado entre si por fixação por cavilhas. [0018] É preferível prever que a parte dos prolongamentos a montante de distribuidor e os flanges a montante são conformadas para delimitar uma passagem suficientemente larga para alimentar com ar o distribuidor desde a montante.
[0019] Preferivelmente, o flange a partir do qual se estende para o interior a pluralidade de piões é o flange a montante e no qual o elemento anular da linha de cárter interno compreende as ranhuras axiais nas quais são alojados os piões é um elemento que é fixado ao cárter interno de turbina a montante do distribuidor.
[0020] Quando o distribuidor compreende pelo menos um setor, um dos flanges pode compreender uma pluralidade de linguetas axiais cuja largura unitária corresponde à distância separando dois ganchos de um mesmo setor de distribuidor orientados identicamente, as linguetas de flange e os ganchos de setor sendo dispostos entre si para constituir um sistema de macho/fêmea permitindo o posicionamento azimutal das pás de distribuidor.
[0021] O flange compreendendo as linguetas é preferivelmente o flange a jusante.
[0022] Cada flange é preferivelmente constituído por uma única peça monobloco cuja forma anular tem um comprimento permitindo a montagem de toda a fileira anular de pás fixas.
[0023] A invenção refere-se igualmente a um setor de distribuidor de turbina compreendendo, pelo menos, uma pá fixa de estabilização de fluxo, da qual uma borda lateral compreende prolongamentos de formato em ganchos divididos em dois grupos orientados diferentemente, um em direção à borda de ataque, o outro em direção à borda de fuga da pá.
[0024] O setor de distribuidor de turbina pode compreender uma única pá fixa de estabilização de fluxo.
[0025] Um prolongamento de uma borda lateral pode compreender com vantagem um grupo de dois ganchos.
[0026] A invenção refere-se igualmente a um flange anular compreendendo ganchos destinados a cooperar por encaixe com um dos grupos de ganchos do setor como descrito previamente.
[0027] O flange anular pode compreender piões.
[0028] A invenção refere-se igualmente a um motor de aeronave compreendendo uma turbina de alta pressão tal como foi descrita previamente.
[0029] A invenção tem como principais vantagens: - a supressão de esforços sobre a linha de cárter interno, - a possível redução das espessuras dimensionando as linhas de cárter interno, em particular do cárter difusor, e, portanto, a possível redução de massa. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0030] Outras vantagens e características aparecerão melhor na leitura da descrição detalhada feita com referência às figuras seguintes entre as quais: - a figura 1 é uma vista em corte longitudinal parcial de uma turbina de alta pressão de turborreator de acordo com o estado da arte, - a figura 2 é uma vista em corte longitudinal parcial de um modo de realização de turbina de alta pressão de acordo com a invenção, - as figuras 3A a 3E mostram as diferentes etapas sucessivas de montagem das pás de distribuidor de uma turbina de alta pressão de acordo com a invenção. DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODOS DE REALIZAÇÃO PARTICULARES [0031] Uma turbina de alta pressão de acordo com o estado da técnica, como representado na figura 1, foi descrita acima. O inconveniente da montagem de tal turbina é definir uma distribuição dos esforços de empuxo dos gases igual entre a zona Z1 e a zona Z2. Portanto, é necessário prever uma linha de cárter interno 3, em particular um cárter de difusor 31, dimensionado suficientemente para receber os esforços de empuxo em zona Z1.
[0032] O objetivo da invenção é fazer passar a totalidade dos esforços axiais do distribuidor HP 1 pela linha externa de cárter 5, seja na zona Z2.
[0033] Para isto, está previsto realizar uma ligação deslizante axial na zona Z1 (simbolizada por um traço horizontal preto LG na figura 2). No modo de realização ilustrado, a ligação deslizante axial é realizada graças a uma coroa anular rígida constituída por um flange a montante 60, um flange a jusante 61 e pelo menos um setor distribuidor 1 enganchado aos flanges 60, 61. A coroa rígida assim constituída é travada por um sistema de um parafuso 7 e de uma porca 8.
[0034] Mais precisamente, a linha de cárter interno 3 compreende um cone interno 30 com uma pluralidade de ranhuras axiais 300 (figura 2D).
[0035] Cada borda interna 10 do(s) setor(es) de distribuidor 1 compreende prolongamentos 100 que se estendem em direção à linha de cárter interno 3 e que são conformados em ganchos dos quais um grupo 100a é orientado em direção a montante da turbina e do qual o outro grupo 100b é orientado na direção a jusante da turbina. Os ganchos 110a, 110b são encaixados nos ganchos de forma complementar 600, 610 do par de flanges 60, 61. Estes últimos 60, 61 são fixados entre si pelo sistema de parafuso/porca 7, 8.
[0036] A ligação deslizante axial LG é realizada por uma pluralidade de piões anti-rotação 601 que se estendem radialmente desde o flange a montante em direção ao interior da turbina (figura 2 e 3B) e que são alojados individualmente em uma das ranhuras axiais 300 do cone interno 30 da linha de cárter interno 3.
[0037] A coroa assim definida tem uma interface com o cone interno 30 em continuidade da linha de cárter interno 3 sob câmara. Esta ligação tem várias funções: uma função de centralização, uma função deslizante axial e uma função anti-rotação.
[0038] A função deslizante da ligação permite à coroa rígida ter uma liberdade seguindo o eixo motor. A coroa rígida sob o esforço dos distribuidores HP vem unicamente em contato sobre a linha de cárter externo 5 (a nível do trilho externo a jusante DHP 11; zona Z2) sem criar esforços axiais sobre o cone interno 30. Em outros termos, os esforços são transmitidos pelo cárter externo 5.
[0039] Os ganchos 100a, 600 respectivamente da borda interna a montante 100a do setor DHP e do flange a montante 60 são concebidos para assegurar as funções seguintes: - alimentação com ar dos setores 1 de distribuidor DHP por delimitação de uma passagem de ar C prevista para esse efeito (figuras 3B, 3C), - posicionamento azimutal dos setores 1 de distribuidor DHP.
[0040] Mais precisamente, para realizar o posicionamento azimutal dos setores 1, o flange a jusante 61 compreende uma pluralidade de linguetas axiais 611 cuja largura unitária corresponde à distância separando dois ganchos 100a de um mesmo setor de distribuidor orientados identicamente. As linguetas 611 de flange 61 e os ganchos de setor 600 são dispostos entre si para constituir um sistema de macho/fêmea permitindo o posicionamento azimutal do(s) setor(es) de distribuidor (figura 3A).
[0041] Para realizar a montagem do distribuidor, procede-se assim do seguinte modo (o sentido das ações sendo referido por uma seta nas figuras 3A a 3D): - colocação dos setores 1 de distribuidor no flange a jusante 61 por encaixe complementar dos ganchos 100b e dos ganchos 610 de flange 61 a jusante (figura 3A), - montagem do flange a montante 60 no subconjunto constituído pelo flange a jusante 61 e os setores 1 por encaixe complementar dos ganchos 100a e dos ganchos 600 de flange a montante (figura 3B), - aparafusamento da coroa rígida assim constituída por fixação com cavilhas 7, 8, cada cavilha sendo constituída de um parafuso 7 e uma cavilha 8 (figura 3C), - montagem da coroa aparafusada com o cone interno 30 da linha de cárter interno 3 por introdução de cada um dos piões 601 em uma das ranhuras axiais 300 correspondentes dispostas no cone interno (figura 3D), - fixação do cone interno 30 montado em ligação deslizante axial LG com a coroa, com a linha de cárter interno 3, a fim de finalizar a montagem (figura 3E). [0042] É evidente que vários aperfeiçoamentos ou variantes podem ser previstos sem, no entanto, sair do quadro da invenção.
[0043] Por exemplo, embora no modo de realização ilustrado, cada setor 1 compreende apenas uma pá fixa, a invenção pode também ser realizada com setores compreendendo individualmente várias pás fixas.
REIVINDICAÇÕES
Claims (10)
1. Turbina de alta pressão de uma turbomáquina, compreendendo uma linha de um cárter externo (5, 50), uma linha de um cárter interno (3, 30) pelo menos um distribuidor (1) formado de uma fileira anular de pás fixas de estabilização de fluxo e uma roda com pás (2) montada giratória a jusante do distribuidor, o referido distribuidor comportando uma borda externa (11) e uma borda interna (10), a borda externa (11) apoia axialmente contra a linha do cárter externo (5, 50) da turbina e da borda interna (10) em ligação deslizante axial (LG) com a linha de cárter interno (3, 30) da turbina, caracterizada pelo fato de que a ligação deslizante axial (LG) permite a borda interna (10) ser livre ao longo do eixo motor com a parada axial realizada pelo apoio axial da borda externa (11), de modo que todos os esforços de empuxo sejam aplicados na linha de cárter externo (5, 50).
2. Turbina de alta pressão de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a linha de cárter externo (5, 50) compreende um suporte anular (50) fixado ao cárter externo (5) e, contra o qual a borda externa (11) de distribuidor está em apoio.
3. Turbina de alta pressão de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que: - a linha de cárter interno (3, 30) compreende um elemento anular (30) com uma pluralidade de ranhuras axiais (300), - cada borda interna (10) de distribuidor compreende prolongamentos que se estendem para a linha de cárter interno (3) e que são conformados em ganchos dos quais um grupo (100a) é orientado em direção a montante da turbina e cujo outro grupo (100b) é orientado em direção a jusante da turbina, os ganchos (100a, 100b) sendo encaixados em um par de flanges (60, 61) fixados entre si, a ligação deslizante axial (LG) sendo realizada por uma pluralidade de piões (601) que se estendem radialmente desde pelo menos um dos flanges (60) para o interior da turbina e que são alojados individualmente em uma das ranhuras axiais do elemento anular da linha de cárter interno.
4. Turbina de alta pressão de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o par de flanges (60, 61) é fixado entre si por fixação com cavilhas (7, 8).
5. Turbina de alta pressão de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 ou 4, caracterizada pelo fato de que a parte dos prolongamentos a montante (100a) de distribuidor e os flanges a montante (60) são conformados para delimitar uma passagem suficientemente (C) larga para alimentar com ar o distribuidor desde a montante.
6. Turbina de alta pressão de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizada pelo fato de que o flange (60) a partir do qual se estende para o interior a pluralidade de piões (601) é o flange a montante e no qual o elemento anular (30) da linha de cárter interno (3) compreendendo as ranhuras axiais (300) nas quais são alojados os piões é um elemento que é fixado ao cárter interno (3) de turbina a montante do distribuidor.
7. Turbina de alta pressão de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizada pelo fato de que o distribuidor compreende pelo menos um setor, em que um dos flanges compreende uma pluralidade de linguetas axiais (611) cuja largura unitária corresponde à distância separando dois ganchos (100a) de um mesmo setor de distribuidor orientados identicamente, as linguetas de flange (611) e os ganchos (100a) de setor sendo dispostos entre si para constituir um sistema de macho/fêmea que permite o posicionamento azimutal do(s) setor(es) de distribuidor.
8. Turbina de alta pressão de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o flange compreendendo as linguetas é o flange a jusante (61).
9. Turbina de alta pressão de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 8, caracterizada pelo fato de que cada flange (60, 61) é constituído por uma única peça monobloco incluindo a forma anular com um comprimento permitindo a montagem de toda a fileira anular de pás fixas (1).
10. Motor de aeronave caracterizado pelo fato de compreender uma turbina de alta pressão tal como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.
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