BRPI1014437B1

BRPI1014437B1 - Motor de turbina a gás de duplo corpo

Info

Publication number: BRPI1014437B1
Application number: BRPI1014437-4A
Authority: BR
Inventors: Jacques René Bart; Didier René André Escure; Ornella Gastineau
Original assignee: Snecma
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2021-05-25
Also published as: CN102395772B; WO2010119115A1; JP5710590B2; RU2553634C2; CA2758175A1; EP2419616B1; EP2419616A1; US8919133B2; CA2758175C; RU2011146530A; JP2012524203A; CN102395772A; FR2944558A1; FR2944558B1; BRPI1014437A2; US20120017603A1

Abstract

motor de turbina a gás de duplo corpo a presente invenção refere-se a um motor de turbina a gás (1) de duplo corpo, compreendendo um corpo de baixa pressão bp (9c) e um corpo de alta pressão hp (10c), montados rotativos em tomo de um mesmo eixo em um cárter fixo (2), o corpo de baixa pressão bp (9c) apresentando a um compressor e uma turbina ligados por uma árvore de baixa pressão bp (9) a referida árvore de baixa pressão bp sendo suportada por um mancal bp a montante (p2), um primeiro mancal bp a jusante (p5') e um mancal bp a jusante suplementar (p6) pelo cárter fixo, o corpo de alta pressão hp (10c) sendo suportado por um mancal hp a montante (p3) e um mancal hp a jusante (p4) que é um mancal inter-árvores compreendendo uma pista interna solidária do rotor de turbina hp (10c) e uma pista externa solidária da árvore bp (9).

Description

[0001] A presente invenção refere-se aos motores de turbina a gás, notadamente de aplicação aeronáutica, compreendendo um corpo de baixa pressão e um corpo de alta pressão. Ela visa a disposição dos mancais suportando, dentro do cárter do motor, as árvores BP e HP e mais particularmente os mancais a jusante.

[0002] Um motor de turbina a gás de duplo corpo compreende um primeiro conjunto rotativo, dito corpos de baixa pressão, BP, formados de uma árvore ligando um compressor BP à montante, à montante e à jusante sendo definidos em relação ao escoamento do ar na máquina, e uma turbina BP a jusante. Cada um dos elementos de compressor e de turbina pode ser composto de um ou uma pluralidade de estágios. Os dois elementos BP são espaçados axialmente um do outro e dispõe um lugar para um segundo conjunto rotativo, dito corpo de alta pressão, HP, formado de um compressor HP, dispostos a jusante do compressor BP, e de uma turbina HP disposta a montante da turbina BP. O compressor HP e a turbina HP são ligados mecanicamente um ao outro por um órgão de ligação na forma de tambor. A câmara de combustão do motor, fixada em relação aos dois corpos, é anular e alojada circunferencialmente em torno do referido tambor. Ela recebe o ar comprimido sucessivamente pelos compressores dos estágios BP e dos estágios HP, e libera gases de combustão em elevada energia aos estágios de turbina HP e BP sucessivamente. O motor pode compreender um rotor de ventilador na frente acionado pela árvore do corpo BP. Outras disposições são conhecidas.

[0003] Um motor conhecido como o CFM56 compreende elementos de cárter estruturais suportando notadamente os conjuntos rotativos por mancais. A montante, um elemento de cárter, dito cárter intermediário, compreende igualmente um cubo suportando a árvore BP por intermédio de um mancal BP a montante. A jusante um elemento de cárter, dito cárter de escapamento, compreende igualmente um cubo suportando a árvore BP através de um mancal BP a jusante. O corpo HP é suportado pela árvore BP a jusante por meio de um mancal inter-árvores.

[0004] Um motor montado sobre uma aeronave sofre cargas dinâmicas transversais quando este último efetua operações de mudança de direção. Com tal disposição dos mancais e para realizações de motor notadamente cujo comprimento é grande em relação à finura da árvore do corpo de baixa pressão BP, o presente depositante analisou o comportamento dos rotores HP e BP quando o motor é submetido a tais cargas de operação. O deslocamento transversal dos rotores ao longo do eixo motor é um parâmetro crítico na medida em que este deslocamento tem uma influência direta sobre os consumos de jogos em extremidade das pás com os anéis de estator. Estes consumos de jogos devem ser mantidos em valores baixos se se desejar conservar desempenhos ótimos.

[0005] O depositante, portanto, fixou-se como objetivo reduzir os jogos radiais em extremidade de pás dos rotores de compressor e de turbina sob cargas de operação.

[0006] Mais particularmente o depositante fixou-se como objetivo melhorar a disposição dos mancais suportando os rotores em um motor de turbina a gás de duplo corpo com o objetivo de reduzir os deslocamentos transversais ao longo do eixo do motor quando o motor, montado sobre uma aeronave, sofre cargas de operação.

[0007] Chega-se tal objetivo, de acordo com a invenção, com um motor de turbina a gás de duplo corpo, compreendendo um corpo de baixa pressão, BP, e um corpo de alta pressão, HP, montados rotativos em torno de um mesmo eixo em um cárter fixo do motor, o corpo de baixa pressão apresentando um compressor BP e uma turbina BP ligados por uma árvore de baixa pressão BP, a referida árvore BP sendo suportada por um mancal BP a montante e um primeiro mancal BP a jusante nos elementos de cárter estruturais, o corpo HP sendo suportado por um mancal HP a montante e um mancal HP a jusante, o referido motor sendo caracterizado pelo fato de que a árvore BP é suportada a jusante, em um elemento de cárter estrutural, por um mancal BP a jusante suplementar.

[0008] O mancal BP a jusante suplementar permite assegurar, em cooperação com o mancal BP a jusante, um melhor encaixe da árvore BP em relação ao elemento de cárter a jusante.

[0009] De acordo com outra característica, o mancal BP a jusante suplementar é disposto a montante em relação ao referido mancal BP a jusante. Assim o mancal BP a jusante suplementar é de diâmetro superior ao do referido mancal BP a jusante.

[0010] Ele é, notadamente, também de diâmetro superior ao do mancal HP a jusante, o mancal HP a jusante sendo um mancal inter-árvores entre a árvore BP e o rotor HP, o corpo HP sendo suportado pela árvore BP.

[0011] De acordo com um modo de realização, o mancal BP a jusante suplementar é disposto axialmente entre o mancal HP a jusante e o mancal BP a jusante.

[0012] De acordo com outro modo de realização, o mancal HP a jusante e o mancal BP a jusante suplementar são dispostos em planos transversais respectivos próximos um do outro.

[0013] Com vantagem, o mancal BP a jusante e o mancal BP a jusante suplementar sendo suportados pelo mesmo elemento de cárter estrutural, o referido elemento de cárter estrutural apresenta meios de enrijecimento radial. Mais particularmente, o referido elemento de cárter estrutural forma o cárter estrutural de escapamento.

[0014] Outras características e vantagens da invenção aparecerão na leitura que segue da descrição de um modo de realização da invenção, dada a título de exemplo, não limitativo, em referência aos desenhos anexos nos quais: - a figura 1 representa esquematicamente em semi-corte axial um motor de turbina a gás com um ventilador dianteiro, de acordo com a arte anterior, - a figura 2 representa em maiores detalhes a parte a jusante do motor da figura 1, - a figura 3 representa, em vista em semi-corte axial, a parte traseira do motor comportando um mancal BP a jusante suplementar de acordo com a invenção, - a figura 4 representa a circulação do ar de ventilação do alojamento do mancal de acordo com a invenção, - a figura 5 representa uma variante de disposição dos mancais de acordo com a invenção.

[0015] O motor de turbina a gás 1 da figura 1 compreende no interior de um cárter e de a montante para a jusante, um ventilador dianteiro 3 do qual uma parte do fluxo de ar que ele comprime é ejetada na atmosfera e uma parte radialmente interna é guiado através do motor. Este compreende sucessivamente uma pluralidade de estágios de compressor formando o compressor de baixa pressão, BP, 4. Depois os estágios do compressor de alta pressão HP, 5. O ar penetra em um difusor pelo qual é admitido na câmara de combustão 6. A jusante da câmara de combustão os gases de combustão são guiados através da turbina de alta pressão HP 7 depois nos estágios da turbina de baixa pressão BP 8; por último os gases são ejetados na atmosfera por uma tubulação de ejeção não representada.

[0016] Estruturalmente, o rotor do compressor BP 4 e o da turbina BP 8 são ligados mecanicamente por uma árvore BP 9 formando assim o corpo BP 9C. O rotor do compressor HP 5 e o rotor de turbina HP 7 formam juntamente com o tambor 10 que os liga mecanicamente, o corpo HP 10C. O cárter 2, no qual são montados os dois corpos BP e HP, 9C e 10C, compreende uma pluralidade de elementos dos quais, no que se refere à presente invenção, um elemento de cárter a montante, dito cárter intermediário 21, e um elemento de cárter a jusante, dito cárter de escapamento 2 E. Estes dois elementos de cárter são estruturais na medida em que os esforços entre o motor e a estrutura da aeronave transitam por eles. Eles são formados de um cubo central e braços radiais atravessando a veia de gases ligando o cubo a uma virola externa.

[0017] Os conjuntos rotativos são suportados nos cubos por um conjunto de mancais; a árvore BP 9 é ligada aqui à árvore de ventilador que é suportada por um mancal Pl. A árvore BP 9 é suportada a montante por um mancal P2. Estes dois mancais P1 e P2 são, eles mesmos, suportados pelo cárter intermediário 21. A árvore BP é suportada a jusante por um mancal designado P5, ele mesmo montado sobre o cárter de escapamento 2E. O corpo HP 10C é suportado pela árvore BP9 por intermédio do mancal inter-árvores P4, a jusante. Ele é suportado a montante pelo mancal P3 montado no cárter intermediário.

[0018] Nota-se em maiores detalhes na figura 2, a parte traseira do motor. A árvore 9 do corpo BP 9C atravessa o disco da turbina HP 7. Ele é suportado pelo mancal P5 em um elemento de forma troncônica 2E1 do cubo do cárter de escapamento 2E. Ele compreende uma caixa com rolamentos mantida entre uma pista interna solidária de um munhão de extremidade 9C1 da árvore BP 9 e uma pista externa solidária do elemento de cubo troncônico 2E1. O rotor de turbina BP 8 é solidário da árvore BP 9.

[0019] Mais a montante, o mancal inter-árvores P4 compreende uma caixa com rolamentos colocada entre uma pista interna solidária da árvore BP 9 e uma pista externa solidária de um munhão 10C1 em extremidade do corpo HP 10C e mais particularmente fixada a um flange do disco de turbina HP 7.

[0020] Descreve-se, agora, em referência à figura 3 um modo de realização da invenção que é derivado da disposição de mancal da arte anterior ilustrada pela figura 2.

[0021] Nesta figura 3, as turbinas HP 7 e BP 8 são inalterados em relação à figura 2. A árvore BP recebe a referência 19. Ela apresenta do lado da sua extremidade a jusante um munhão 19C1 que é aqui aproximado mas que poderia também ser monobloco com a árvore BP. O munhão compreende uma parte 19C1A que está no prolongamento da árvore BP 19 e sensivelmente de mesmo diâmetro. Ele compreende outra parte 19C1B, de maior diâmetro, fixada por uma porção radial 19C1C à primeira parte 19C1A de munhão.

[0022] O cubo do cárter de escapamento 12 E compreende duas porções troncônicas 12E1 e 12E2 formando suportes de dois mancais P5' e P6 respectivamente. O mancal P5'é disposto entre a parte 19C1A do eixo da árvore BP 19 e a porção troncônica 12E2. Ele compreende uma caixa de rolamentos montada entre uma pista ou anel interno solidário da parte 19C1A de munhão e uma pista ou anel externo solidário de um prolongamento cilíndrico 12E10 da porção troncônica 12E1 do cubo de cárter de escapamento.

[0023] O mancal P6 é montado entre a parte cilíndrica 19C1B de maior diâmetro do munhão 19C1 e um prolongamento cilíndrico 12E20 da porção troncônica 12E2 do cubo de cárter de escapamento. Nervuras de enrijecimento, em planos longitudinais radiais 12E3 e repartidas em torno do eixo do motor, são dispostas entre as duas porções troncônicas de modo a reforçar a resistência dos esforços radiais aos quais estas duas porções troncônicas são submetidas em sua extremidade a montante. O cubo compreende igualmente nervuras 12E4 longitudinais e radiais repartidos em torno do eixo do motor.

[0024] O munhão 19C1 compreende uma porção cilíndrica 19C1D que prolonga a porção cilíndrica 19C1A para a montante e desliza sobre as superfícies de apoio externas da árvore 19. O mancal inter-árvore P4 é alojado no espaço anular entre as duas porções cilíndricas 19C1B e 19C1D. Este mancal compreende uma caixa de rolamentos montada entre uma pista ou anel solidário do munhão 10C1 situado em extremidade a jusante do rotor HP 10C e uma pista ou anel externo solidário de um anel 19C1E, ele mesmo montado sobre o munhão 19C1 no interior da porção cilíndrica 19C1B.

[0025] Como se pode ver na figura 3, o eixo 10C1 é fixado um flange a jusante do disco de turbina HP 7. O munhão 19C1 da árvore BP 19 é aparafusado, por um flange radial externo à porção cilíndrica 19C1B, a um cone 8C fixado a um dos discos do rotor de turbina BP 8. O rotor de turbina BP é aqui constituído de quatro discos de turbina montados em um único bloco de turbina.

[0026] A lubrificação é mostrada na figura 4. Um recinto para o óleo de lubrificação é disposto por juntas tipo labirinto dispostas entre as partes móveis entre elas.

[0027] Assim à montante do conjunto dos mancais P4, P5' e P6, encontram-se as juntas tipo labirinto L1 entre o munhão 10C1 do rotor HP e a árvore BP 10, L2 entre o munhão 10C1 e o munhão 19C1 da árvore BP 19, L3 entre o cone 8C do rotor de turbina BP e o cubo do cárter de escapamento 12 E. À jusante, a junta tipo labirinto L4 fecha o recinto entre a árvore BP 19 e o cubo do cárter de escapamento 12 E.

[0028] As setas F1, F2, F3, F4 e F5 ilustram a circulação de ar de pressurização retirado a montante pelo qual o alojamento dos mancais é mantido pressurizado em relação à pressão que reina nos estágios de turbina de baixa pressão. O óleo admitido por dutos adequados é projetado sobre os rolamentos dos mancais como é conhecido em si e evacuado pelo interior da árvore BP 19 que compreende um removedor de óleo não representado.

[0029] Nesta versão, procurou-se conservar as peças existentes em relação ao motor da arte anterior de modo a precisar modificar o menos possível. Notadamente o mancal inter-árvore P4 é montado sobre o munhão 10C1 que não foi modificado. O mancal P4 está assim a montante em relação ao mancal P6.

[0030] De acordo com uma variante de realização representada na figura 5, desloca-se o mancal P4 para a jusante de modo que ele esteja situado sensivelmente no mesmo plano transversal que o mancal P6. Neste objetivo alonga- se o munhão em extremidade do rotor HP. Este munhão recebe a referência 110C1 na figura 5. O munhão da árvore BP é igualmente modificado em relação à solução da figura 3.

[0031] A solução da invenção é vantajosa em relação a uma arte anterior onde o munhão de turbina HP é disposto exteriormente em relação ao mancal inter-árvores.

[0032] Neste último caso, o regime de funcionamento da turbina HP sendo superior ao da árvore de turbina BP montada interiormente, acarreta um intumescimento desta peça.

[0033] A fim de garantir um jogo normal de funcionamento do rolamento inter- árvores, é necessário montar o mesmo ajustado entre a árvore de turbina BP e o munhão de turbina HP.

[0034] Na montagem quando da união da turbina BP com a sua árvore sobre o módulo de corpo HP, é necessário aquecer o munhão de turbina HP equipado com o anel externo do rolamento, a fim de que ele se dilate e aceite a colocação da árvore de turbina BP equipada com o anel interno e os elementos rolantes deste mesmo rolamento. A montagem é de ligação.

[0035] Com a solução da invenção, o munhão de turbina HP encontra-se disposto interiormente em relação ao mancal inter-árvores e a árvore de turbina BP exteriormente deste mesmo rolamento.

[0036] Assim contrariamente a uma montagem de tipo da arte anterior, a turbina BP equipada da sua árvore, ela mesmo equipada com o anel externo de rolamento inter-árvores, é amarrada sobre o munhão de turbina HP equipado com o anel interno e elementos rolantes do mancal, com jogo. Não é, portanto, necessário proceder ao aquecimento do munhão de turbina HP. A montagem é assim facilitada. O jogo a frio é calculado a fim de garantir o bom funcionamento do rolamento, em função das tensões mecânicas e térmicas do conjunto e pelo fato do regime do munhão de turbina HP ser superior ao da árvore de turbina BP.

Claims

1. Motor de turbina a gás (1) de duplo corpo, compreendendo um corpo de baixa pressão BP (9C) e um corpo de alta pressão HP (10C), montados rotativos em torno de um mesmo eixo em um cárter fixo (2), o corpo de baixa pressão BP (9C) apresentando um compressor e uma turbina ligados por uma árvore de baixa pressão BP (9) a referida árvore de baixa pressão BP (9) sendo suportada por um mancal BP a montante (P2), um primeiro mancal BP a jusante (P5') e um mancal BP a jusante suplementar (P6) pelo cárter fixo (2), o corpo de alta pressão HP (10C) sendo suportado por um mancal HP a montante (P3) e um mancal HP a jusante (P4), caracterizado pelo fato de que o mancal HP a jusante (P4) é um mancal inter-árvores compreendendo uma pista interna solidária do rotor de turbina HP (10C) e uma pista externa solidária da árvore BP (9).

2. Motor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mancal BP a jusante suplementar (P6) é disposto a montante em relação ao referido mancal BP a jusante (P5’).

3. Motor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o mancal BP a jusante suplementar (P6) é de diâmetro superior ao do referido mancal BP a jusante (P5').

4. Motor de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o mancal BP a jusante suplementar (P6) é de diâmetro superior ao do mancal HP a jusante (P4).

5. Motor de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o mancal BP a jusante suplementar (P6) é disposto axialmente entre o mancal HP a jusante (P4) e mancal BP a jusante (P5').

6. Motor de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o mancal HP a jusante (P4) e o mancal BP a jusante suplementar (P6) são dispostos em planos transversais em relação ao eixo do motor, respectivos próximos um do outro.

7. Motor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o mancal BP a jusante (P5') e o mancal BP a jusante suplementar (P6) são suportados pelo mesmo elemento de cárter estrutural (2E), o referido cárter estrutural apresenta meios de enrijecimento radial (2 E2, 2 E3).

8. Motor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o referido elemento de cárter estrutural forma o cárter estrutural de escapamento (2 E).