BRPI0922104B1 - flange anular radical de um elemento de rotor ou de estator de uma turbina para turbomáquina, turbina de baixa pressão para tubomáquina, e, turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor. - Google Patents

flange anular radical de um elemento de rotor ou de estator de uma turbina para turbomáquina, turbina de baixa pressão para tubomáquina, e, turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor. Download PDF

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Abstract

uma turbina para turbomáquina, turbina de baixa pressão para turbomáquina, e, turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor flange anular radial (38) que compreende em uma periferia interna ou externa uma alternância de partes cheias (48, 49) que compreendem orifícios (58) de passagem de cavilhas de fixação e de partes vazadas (46, 66, 72, 74, 76, 80) das quais os fundos (54, 70, 73, 80) são substancialmente planos, o fundo (54, 73) de pelo menos uma parte vazada de acoplamento (46, 74) sendo situado radialmente no interior (ou no exterior, respectivamente) de um círculo (60, 75) centrado no eixo do flange e tangente exteriormente (ou interiormente, respectivamente) aos orifícios (58), as duas partes cheias (66, 76) situadas de um lado e de outro da parte vazada de acoplamento 46, 74) tendo um fundo (68, 78) de forma encurvada côncava situado radialmente no exterior (ou interior, respectivamente) em relação aos fundos (54, 70, 73, 80) das outras partes vazadas.

Description

“FLANGE ANULAR RADIAL DE UM ELEMENTO DE ROTOR OU DE ESTATOR DE UMA TURBINA PARA TURBOMÁQUINA, TURBINA DE BAIXA PRESSÃO PARA TURBOMÁQUINA, E, TURBOMÁQUINA, TAL COMO UM TURBORREATOR OU UM TURBOPROPULSOR” [0001] A invenção se refere a flanges anulares de fixação de elementos de rotor ou de estator em uma turbina, assim como a uma turbomáquina que compreende uma tal turbina.
[0002] Em uma turbomáquina, os discos de rotor (de turbina por exemplo) são ligados entre si por flanges anulares em sua periferia radialmente interna, esses flanges sendo aplicados uns sobre os outros e fixados juntos por cavilhação.
[0003] Outros elementos, tais como suportes anulares de juntas de labirinto, podem também compreender em sua periferia interna flanges anulares, que são apertados entre dois flanges anulares de discos de rotor e fixados pelas mesmas cavilhas que os discos de rotor.
[0004] Esses flanges anulares são em geral ondulados, quer dizer compreendem uma alternância de partes cheias e de partes vazadas para reduzir a massa dos mesmos. Os furos de passagem das cavilhas de fixação são formados nas partes cheias.
[0005] Para assegurar a fixação de vários flanges justapostos, é preciso que os furos de passagem formados nas partes cheias dos flanges estejam todos alinhados para evitar que as partes vazadas de um dos flanges sejam deslocadas angularmente e se encontrem alinhadas com os furos de passagem de cavilhas formados nas partes cheias dos outros flanges, o que levaria a apertar esse flange entre dois outros flanges e sem fixar o mesmo nos outros flanges.
[0006] No pedido FR 0802918 da requerente, foi proposto que pelo menos um fundo de parte vazada da periferia interna esteja situado radialmente no interior de
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2/8 um círculo centrado no eixo do flange e tangente exteriormente aos orifícios das partes cheias. Assim, quando um flange é deslocado angularmente de tal maneira que seus orifícios não estão alinhados com os orifícios dos outros flanges, o fundo de pelo menos uma parte vazada desse flange está situado na passagem de pelo menos uma cavilha de fixação e impede sua inserção nos orifícios dos outros flanges, evitando assim qualquer risco de montagem errada desse flange.
[0007] Foi constatado que uma tal parte vazada de acoplamento induz uma modificação do fluxo das tensões tangenciais no flange, o que leva a um aumento das tensões ao nível das partes cheias adjacentes à parte vazada de acoplamento. Essas tensões são máximas nas zonas das partes cheias adjacentes à parte vazada de acoplamento que são conectadas às partes vazadas seguintes. É observado também um aumento das tensões ao nível dos orifícios das partes cheias adjacentes à parte vazada de acoplamento.
[0008] Esse aumento das tensões locais pode levar à formação de rachaduras ou fissuras nas zonas de concentração de tensões, o que limita a duração de vida do flange ondulado.
[0009] A invenção tem notadamente como objetivo trazer uma solução simples, econômica e eficaz a esse problema.
[0010] Ela propõe para isso, um flange anular radial de um elemento de rotor ou de estator de uma turbina para turbomáquina, que compreende em uma periferia interna (ou externa, respectivamente) uma alternância de partes cheias e de partes vazadas, as partes cheias compreendendo orifícios de passagem de cavilhas de fixação, os fundos das partes vazadas sendo substancialmente planos e o fundo de pelo menos uma parte vazada de acoplamento da periferia interna (ou externa, respectivamente) sendo situado radialmente no interior (ou no exterior, respectivamente) de um círculo centrado no eixo do flange e tangente exteriormente
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3/8 (ou interiormente, respectivamente) aos orifícios das partes cheias, caracterizado pelo fato de que as duas partes cheias situadas de um lado e de outro da parte vazada de acoplamento têm um fundo de forma encurvada côncava situado radialmente no exterior (ou interior, respectivamente) em relação aos fundos das outras partes vazadas.
[0011] A realização de fundos que são encurvados côncavos e não mais planos de um lado e de outro da parte vazada de acoplamento assim como o posicionamento desses fundos encurvados côncavos radialmente para o exterior (ou interior, respectivamente) em relação aos fundos planos das outras partes vazadas, permite distribuir as tensões tangenciais no comprimento de cada fundo encurvado côncavo.
[0012] A invenção evita assim um aumento das tensões tangenciais na borda dos orifícios das partes cheias adjacentes à parte vazada de acoplamento assim como nas zonas de conexão dessas partes cheias adjacentes às partes vazadas encurvadas côncavas.
[0013] Os fundos encurvados côncavos das duas partes vazadas são de preferência em arco de círculo, de raio R2.
[0014] De acordo com uma outra característica da invenção, os fundos encurvados côncavos das duas partes vazadas são conectados às partes cheias adjacentes por arcos de círculo de raio R1, o raio R2 do fundo encurvado côncavo das ditas duas partes vazadas sendo superior ao raio R1 das conexões às partes cheias adjacentes.
[0015] Vantajosamente, o raio R2 do fundo encurvado côncavo das ditas duas partes vazadas é superior ou igual a três vezes o raio R1 das conexões às partes cheias adjacentes.
[0016] O raio R1 das conexões pode ser compreendido entre 4 e 6 mm e os
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4/8 fundos encurvados côncavos das ditas duas partes vazadas podem ter um raio da ordem de 18 mm.
[0017] A invenção também se refere a uma turbina de baixa pressão para turbomáquina, caracterizada pelo fato de que ela compreende pelo menos um flange anular tal como descrito precedentemente.
[0018] A invenção se refere ainda a uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor, caracterizada pelo fato de que ela compreende uma turbina de baixa pressão do tipo descrito acima.
[0019] A invenção será melhor compreendida e outros detalhes, vantagens e características da invenção aparecerão com a leitura da descrição seguinte feita a título de exemplo não limitativo, em referência aos desenhos anexos nos quais:
- a figura 1 é uma meia vista esquemática parcial em corte axial de uma turbina de baixa pressão;
- a figura 2 é uma vista esquemática parcial de frente de um flange anular radial que compreende uma parte vazada de acoplamento de acordo com a técnica anterior, que ilustra um posicionamento angular correto;
- a figura 3 é uma vista esquemática parcial de frente de um flange anular radial de acordo com a invenção;
- a figura 3a é uma vista ampliada do detalhe IIIa da figura 3;
- a figura 4 é uma vista esquemática parcial de frente de um outro modo de realização de um flange anular radial de acordo com a invenção.
[0020] É feito primeiro referência à figura 1 que representa um rotor de turbina de baixa pressão de eixo 10 que compreende uma alternância de pás móveis 12 e de pás fixas 14 alojadas em um cárter externo 16. As extremidades radialmente internas das pás móveis 12 são fixadas na periferia externa de discos 18, 20, 22, 24 de rotor. Cada disco 18, 20, 22, 24 compreende em sua periferia externa paredes
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5/8 troncônicas a montante 26 e a jusante 28 de ligação aos outros discos com o auxílio de flanges anulares 30, 32 que se estendem radialmente para o interior e que são fixados um no outro por cavilhas 33. O conjunto dos discos é ligado a uma árvore de turbina 34 por intermédio de um cone de acionamento 36 que compreende um flange anular 38 apertado entre os flanges anulares 30, 32 dos discos 20 e 22.
[0021] A fim de evitar uma circulação de ar parasita entre a periferia interna de uma fileira de pás fixas 14 e as paredes troncônicas a jusante 28 e a montante 26 dos discos, um flange anular radial 38 que leva em sua periferia externa uma junta de labirinto 40 é intercalado entre os flanges radiais 30, 32 das paredes troncônicas a jusante 28 e a montante 26 dos discos, a junta de labirinto 40 operando junto com uma pista de material abrasivo 42 montada na periferia interna de uma fileira de pás fixas 14.
[0022] Os flanges anulares radiais 30, 32 das paredes troncônicas a montante 26 e a jusante 28 e o flange radial 38 de uma junta de labirinto 40 são ondulados para reduzir sua massa e compreendem uma alternância de partes vazadas e de partes cheias. A figura 2 representa a reunião de um flange anular radial 30 de uma parede troncônica a montante e de um flange radial 38 de um ajunta de labirinto, as partes vazadas 44, 46 e as partes cheias 48, 49, 50 do flange 38 da junta de labirinto e do flange anular radial 30 sendo alinhadas axialmente, respectivamente.
[0023] As partes vazadas 44, 46 do flange radial 38 têm um fundo substancialmente plano 52, 54 e são conectadas às partes cheias 48, 49 por zonas encurvadas 56, 57. As partes cheias 48, 49 têm uma forma arredondada e compreendem orifícios 58 destinados a receber cavilhas de fixação que permitem fixar juntos os flanges anulares 30, 32 das paredes troncônicas a montante e a jusante e o flange anular 38 da junta de labirinto.
[0024] O posicionamento correto do flange 38 da junta de labirinto entre os
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6/8 flanges anulares 30, 32 das paredes troncônicas é assegurado graças ao fato de que o fundo 54 de pelo menos uma parte vazada 46 do flange 38 da junta de labirinto está situado radialmente no interior de um círculo 60 centrado no eixo do flange 38 e tangente exteriormente aos orifícios 58 das partes cheias (figura 2).
[0025] Assim, por ocasião da montagem do flange 38 da junta de labirinto entre os dois flanges anulares 30, 32 das paredes troncônicas com um deslocamento angular tal que suas partes vazadas 44, 46 são alinhadas axialmente com as partes cheias 50 dos flanges anulares 30, 32 das paredes troncônicas, o fundo 54 da parte vazada 46 está situado na passagem de uma cavilha, o que torna impossível a inserção de cavilhas de fixação nos orifícios 58 das partes cheias dos flanges anulares das paredes troncônicas.
[0026] No entanto, a integração de uma parte vazada de acoplamento 46 induz uma modificação do fluxo de tensões tangenciais 62 no flange radial 38 da junta de labirinto. De fato, devido ao deslocamento radialmente para o interior do fundo 54 de pelo menos uma parte vazada 46, o fluxo de tensões tangenciais 62 é também deslocado radialmente para o interior ao nível da parte vazada de acoplamento 46.
[0027] Essa modificação do fluxo leva a um aumento das tensões nas partes cheias 49 adjacentes à parte vazada de acoplamento 46. As tensões são máximas nas zonas de conexão 57 das partes cheias 49 com as partes vazadas 44 situadas de um lado e de outro da parte vazada de acoplamento 46. É observado também um aumento das tensões tangenciais nas partes 64 das bordas dos orifícios 58 das partes cheias adjacentes 49 que estão situadas circunferencialmente em frente às zonas de conexão 57 de tensões máximas precitadas.
[0028] Essa modificação de fluxo de tensões pode induzir a formação de rachaduras ou de fissuras e, portanto, ter um efeito nefasto sobre a resistência mecânica em funcionamento desse flange.
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7/8 [0029] De acordo com a invenção, esses inconvenientes são evitados graças ao fato de que as duas partes vazadas 66 situadas de um lado e de outro da parte vazada de acoplamento 46 têm um fundo 68 de forma encurvada côncava que está situado radialmente no exterior em relação ao fundo 70 das outras partes vazadas 72 (figura 3).
[0030] As tensões tangenciais são assim distribuídas nos comprimentos dos fundos encurvados côncavos 68 das partes vazadas 66 situada de um lado e de outro da parte vazada de acoplamento 46, o que evita aumentar as tensões nas zonas 57 que conectam os fundos encurvados côncavos 68 com as partes cheias 49 adjacentes à parte vazada de acoplamento 46. O nível de tensão é também diminuído na borda dos orifícios 58 dessas partes cheias adjacentes 49.
[0031] Em uma variante de realização da invenção representada na figura 4, o ondulado é realizado na periferia externa do flange anular. Nesse caso, a parte vazada de acoplamento 74 tem um fundo plano 73 que é situado radialmente no exterior de um círculo 75 centrado no eixo do flange e tangente interiormente aos orifícios 58 das partes cheias 48, 49. As partes vazadas 76 situadas de um lado e de outro da parte vazada de acoplamento 74 têm um fundo 78 de forma encurvada côncava situado radialmente no interior em relação aos fundos planos 80 das outras partes vazadas 82.
[0032] Os fundos encurvados côncavos 68, 78 da periferia interna ou externa são arcos de círculo de raio R2 conectados às partes cheias adjacentes 48, 49 por arcos de círculo 56, 57 de raio R1 inferiores ao raio R2 dos fundos encurvados côncavos.
[0033] O raio R2 dos fundos encurvados côncavos 68, 78 é superior ou igual a três vezes o raio R1 dos arcos de círculo de conexão 56, 57 às partes cheias adjacentes 48, 49.
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8/8 [0034] O raio R1 pode ser compreendido entre 4 e 6 milímetros.
[0035] Em uma outra variante da invenção, o flange anular 38 compreende pelo menos uma parte vazada de acoplamento 46, 74 em sua periferia interna ou externa e as outras partes vazadas 72, 82 têm todas um fundo encurvado côncavo 68, 78 tal como descrito precedentemente.
[0036] Em uma realização especial da invenção na qual o ondulado é realizado na periferia externa do flange anular, a distância que separa os centros de dois orifícios 58 diametralmente opostos é de 530 milímetros. Os fundos encurvados côncavos 78 se estendem em uma distância de arco de cerca de 15 milímetros e têm um raio R2 da ordem de 18 mm.
[0037] A realização de fundos encurvados côncavos 68, 78 tal como descrito precedentemente pode ser realizada de modo simples em flanges que já compreendem uma parte vazada de acoplamento 46, 74 pois basta usinar mais as partes vazadas 66, 76 situadas de um lado e de outro da parte vazada de acoplamento 46, 74.

Claims (9)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Flange anular radial (38) de um elemento de rotor ou de estator de uma turbina para turbomáquina, que compreende em uma periferia interna (ou externa, respectivamente) uma alternância de partes cheias (48, 49) e de partes vazadas (46, 66, 72, 74, 76, 80), as partes cheias (48, 49) compreendendo orifícios (58) de passagem de cavilhas de fixação, os fundos (54, 70, 73, 80) das partes vazadas (46, 72, 74, 80) sendo substancialmente planos e o fundo (54, 73) de pelo menos uma parte vazada de acoplamento (46, 74) da periferia interna (ou externa, respectivamente) sendo situado radialmente no interior (ou no exterior, respectivamente) de um círculo (60, 75) centrado no eixo do flange e tangente exteriormente (ou interiormente, respectivamente) aos orifícios (58) das partes cheias (48, 49), caracterizado pelo fato de que as duas partes vazadas (66, 76) situadas de um lado e de outro da parte vazada de acoplamento (46, 74) têm um fundo (68, 78) de forma encurvada côncava situado radialmente no exterior (ou interior, respectivamente) em relação aos fundos (54, 70, 73, 80) das outras partes vazadas (72, 82).
  2. 2. Flange, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os fundos encurvados côncavos (68, 78) das ditas duas partes vazadas (66, 76) são em arco de círculo de raio R2.
  3. 3. Flange, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os fundos encurvados côncavos (68, 78) das ditas duas partes vazadas (66, 76) são conectados às partes cheias adjacentes por arcos de círculo de raio R1.
  4. 4. Flange, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o raio R2 do fundo encurvado côncavo (68, 78) das ditas duas partes vazadas (66, 76) é superior ao raio R1 das conexões (56, 57) às partes cheias adjacentes.
  5. 5. Flange, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o raio R2 do fundo encurvado côncavo (68, 78) das ditas duas partes vazadas (66, 76) é superior ou igual a três vezes o raio R1 das conexões (56, 57) às partes cheias adjacentes.
  6. 6. Flange, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5,
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    2/2 caracterizado pelo fato de que o raio R1 das conexões (56, 57) está compreendido entre 4 e 6 mm.
  7. 7. Flange, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizado pelo fato de que os fundos encurvados côncavos (68, 78) das ditas duas partes vazadas (66, 76) têm um raio da ordem de 18 mm.
  8. 8. Turbina de baixa pressão para turbomáquina, caracterizada pelo fato de que ela compreende pelo menos um flange anular (38) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.
  9. 9. Turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor, caracterizada pelo fato de que ela compreende uma turbina de baixa pressão como definida na reivindicação 8.
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