ES2271935T3 - Arquitectura de turborreactor con doble soplante en la parte delantera. - Google Patents

Arquitectura de turborreactor con doble soplante en la parte delantera. Download PDF

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Abstract

Turborreactor de triple cuerpo, doble flujo, de gran tasa de dilución, que comprende en la parte delantera de un cárter intermedio (2) que presenta una rejilla estructural externa (30) en la vena del flujo secundario (F2) y una rejilla estructural interna (31) en la vena del flujo primario (F1), un soplante delantero (3) y un soplante trasero (5) cuyas palas (10, 14) se extienden radialmente hacia el exterior hasta un cárter de soplante (12), que delimita exteriormente la vena de flujo secundario (F2), así como un compresor de baja presión (7) destinado a comprimir el aire que entra en el canal (8) del flujo primario (F1), siendo arrastrados en rotación los citados soplantes delantero (3) y trasero (4) directamente y de modo independiente por dos árboles coaxiales (4, 6), caracterizado por el hecho de que las palas (14) del soplante trasero (5) se extienden en la vena del flujo secundario (F2) a partir de una rueda (15) unida a su árbol de arrastre (6) por intermedio de una corona aguas abajo (18) de álabes móviles (19) del compresor de baja presión (7), comprendiendo este último, además, al menos, una corona aguas arriba de los álabes móviles (41) arrastrada por el árbol de arrastre (4) del soplante delantero (3) y un estator exterior (49) en cuyo ánima se extienden rejillas de álabes fijos (47, 48) intercaladas entre las coronas de álabes móviles (41, 44, 19), estando el citado estator exterior montado en el cárter de soplante (12) por medio de un segundo cárter intermedio (60) que comprende una segunda rejilla estructural externa (61) en la vena del flujo secundario (F2) entre las palas (10) del soplante delantero (3) y las palas (14) del soplante trasero (5), y una segunda rejilla estructural interna (62) en la vena del flujo primario (F1), y por el hecho de que el primer cárter intermedio (2) soporta el árbol de rotación (6) del soplante trasero (5) por intermedio de un cojinete de empuje axial (70), y el árbol de arrastre (4) del soplante delantero por intermedio de uncojinete inter-árboles (80), y entre el citado segundo cárter intermedio (60) y los citados árboles (4, 6) están interpuestos, igualmente, cojinetes suplementarios (71, 81).

Description

Arquitectura de turborreactor con doble soplante en la parte delantera.
La invención se refiere a un turborreactor de triple cuerpo, doble flujo, de gran tasa de dilución, que comprende, en la parte delantera de un cárter intermedio que presenta una rejilla estructural externa en la vena del flujo secundario y una rejilla estructural interna en la vena del flujo primario, un soplante delantero y un soplante trasero cuyas palas se extienden radialmente hacia el exterior hasta un cárter de soplante, que delimita exteriormente la vena de flujo secundario, así como un compresor de baja presión destinado a comprimir el aire que entra en el canal del flujo primario, siendo arrastrados en rotación los citados soplantes delantero y trasero directamente y de modo independiente por dos árboles coaxiales.
En los turborreactores modernos de gran tasa de dilución y de gran potencia, el soplante tiene un diámetro grande, y la velocidad periférica en cabeza de pala es proporcional a este diámetro y a la velocidad de rotación del soplante. Ahora bien, para obtener un buen rendimiento, esta velocidad periférica debe ser inferior a la velocidad del sonido. Esto puede obtenerse en un turborreactor clásico que tiene un solo soplante, intercalando un reductor entre el árbol de arrastre y el soplante. Pero un reductor provoca un aumento apreciable de la masa del motor y una perdida de rendimiento. Otra solución consiste en equipar el turborreactor con dos soplantes, un soplante delantero y un soplante trasero, montados en la parte delantera del cárter intermedio, que son arrastrados, cada uno, por un árbol de arrastre de baja velocidad sin interposición de un reductor. Cada soplante facilita al aire que circula por el canal del flujo secundario, sensiblemente la mitad de la energía de propulsión del flujo secundario.
En los turborreactores que tienen dos soplantes en la parte delantera del cárter intermedio, soportados por este cárter intermedio, la parte en voladizo del soplante delantero es importante, tanto más cuanto que la distancia entre las palas de los dos soplantes tiene que ser suficientemente grande para evitar las molestias sonoras.
El estado de la técnica está ilustrado, especialmente, por el documento US 3 861 139 y US 4 860 537 que trata de turborreactores del tipo mencionado en la introducción, que tienen soplantes dobles contrarrotatorios asociados a un compresor de baja presión igualmente contrarrotatorio de doble rotor, siendo arrastrado el rotor interno por el árbol de arrastre del soplante delantero y el rotor externo por el árbol de arrastre del soplante trasero.
El objeto de la invención es proponer un turborreactor de doble soplante en el cual se eliminen los inconvenientes de la parte en voladizo.
El objeto se consigue, de acuerdo con la invención, por el hecho de que las palas del soplante trasero se extienden en la vena del flujo secundario a partir de una rueda unida a su árbol de arrastre por intermedio de una corona aguas abajo de álabes móviles del compresor de baja presión, comprendiendo este último, además, al menos, una corona aguas arriba de álabes móviles arrastrada por el árbol de arrastre del soplante delantero y un estator exterior en cuyo ánima se extienden rejillas de álabes fijos intercaladas entre las coronas de álabes móviles, estando el citado estator exterior montado en el cárter de soplante por medio de un segundo cárter intermedio que comprende una segunda rejilla estructural externa en la vena del flujo secundario entre las palas del soplante delantero y las palas del soplante trasero, y una segunda rejilla estructural interna en la vena del flujo primario, y por el hecho de que el primer cárter intermedio soporta el árbol de rotación del soplante trasero por intermedio de un cojinete de empuje axial, y el árbol de arrastre del soplante delantero por intermedio de un cojinete inter-árboles, y entre el citado segundo cárter intermedio y los citados árboles están interpuestos, igualmente, cojinetes suplementarios.
De acuerdo con un primer modo de realización de la invención, el cojinete de empuje axial del árbol de arrastre del soplante delantero está soportado por el segundo cárter intermedio y el cojinete inter-árboles es un cojinete de rodillos.
De acuerdo con un segundo modo de realización de la invención, el cojinete inter-árboles es un cojinete de empuje axial y el cojinete interpuesto entre el segundo cárter intermedio y el árbol de arrastre del soplante delantero es un cojinete de rodillos.
El cojinete interpuesto entre el segundo cárter intermedio y el árbol de arrastre del soplante trasero es un cojinete de rodillos.
El primer cárter intermedio soporta, igualmente, el árbol de arrastre del compresor de alta presión por intermedio de un cojinete de empuje axial.
De manera muy ventajosa, el soplante delantero y el soplante trasero son contrarrotatorios.
Otras ventajas y características de la invención se deducirán de la lectura de la descripción que sigue hecha a título de ejemplo y refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales:
La figura 1 es un semicorte esquemático de la parte delantera de un turborreactor de acuerdo con un primer modo de realización de la invención; y
La figura 2 es un semicorte esquemático de la parte delantera de un turborreactor de acuerdo con un segundo modo de realización de la invención.
Las figuras 1 y 2 muestran esquemáticamente la parte delantera 1 de un turborreactor de eje X, que comprende en la parte delantera de un cárter intermedio 2, un soplante delantero 3 arrastrado por un árbol de arrastre interior 4, un soplante trasero 5 arrastrado por un árbol de arrastre intermedio 6 coaxial con el árbol interior 4 y que rodea este último, y un compresor de baja presión 7 destinado a comprimir el aire que penetra en el canal 8 de flujo primario (F1) y dispuesto axialmente entre el soplante delantero 3 y el soplante trasero 5.
El soplante delantero 3 comprende palas 10 que se extienden en la periferia de una rueda 11 hasta un cárter de soplante 12 que delimita exteriormente el canal 13 del flujo secundario F2.
El soplante trasero 5 comprende, igualmente, palas 14 que se extienden en la periferia de una rueda 15 hasta el cárter de soplante 12, a través del canal 13 del flujo secundario F2. La rueda 15 está dispuesta radialmente al exterior del compresor de baja pre-
sión 7.
La rueda 11 del soplante delantero 3 está unida por un cono 16 al árbol interior 4, mientras que la rueda 15 del soplante trasero 5 está unida al árbol intermedio 6 por un cono 17 a través de una corona aguas abajo 18 de álabes móviles 19 del compresor de baja presión 7.
El cárter intermedio 2 presenta una rejilla estructural externa 30 en la vena del flujo secundario F2 y una rejilla estructural interna 31 en la vena del flujo primario (F1). La rejilla estructural externa 30 está unida exteriormente al cárter de soplante 12. Entre la rejilla estructural externa 30 y la rejilla estructural interna 31 está interpuesto un cajón anular 32. La referencia 33 designa las barras de transmisión de empuje que unen el cárter intermedio 2 al mástil de soporte del turborreactor, no mostrado en los dibujos.
El compresor de baja presión 7 comprende, además de la corona aguas abajo 18 de álabes móviles 19, una corona aguas arriba 40 de álabes móviles 41 que se extienden en la periferia de una rueda 42 unida al cono 16 o a la rueda 11 por una virola 43, y una corona intermedia de álabes móviles 44 arrastrada en rotación por el árbol intermedio 6. Entre las coronas de álabes móviles del compresor están intercaladas rejillas de álabes fijos 47 y 48 que se extienden radialmente al interior del ánima de un estator exterior 49 que presenta en la parte delantera un pico separador 50 del flujo primario F1 y del flujo secundario F2.
El estator exterior 49 del compresor de baja presión 7 está soportado por el cárter de soplante 12 por intermedio de un segundo cárter auxiliar 60, que presenta una segunda rejilla estructural externa 61 en la vena del flujo secundario F2, entre las palas 10 del soplante delantero 3 y las palas 14 del soplante trasero 5, y una segunda rejilla estructural interna 62 dispuesta en la vena del flujo primario F1, y que rodea un cajón anular 63. La segunda rejilla estructural interna 62 está dispuesta axialmente entre la rejilla aguas arriba de álabes fijos 47 y la corona intermedia de álabes móviles 44.
El cárter intermedio aguas abajo 2 y el segundo cárter intermedio 60 soportan los esfuerzos axiales y radiales de los dos árboles 4 y 6. El árbol intermedio 6 está soportado por el cárter intermedio aguas abajo 2 por medio de un cojinete de empuje axial 70 y por el segundo cárter intermedio 60 por medio de un cojinete de rodadura 71. La referencia 72 designa un cojinete de empuje axial que permite al cárter intermedio 2 soportar el árbol de arrastre 73 del compresor de alta presión 74 situado en la parte trasera del cárter intermedio aguas abajo 2. Entre el árbol interior 4 y el árbol intermedio 6 está interpuesto un cojinete inter-árboles 80, sensiblemente frente al cojinete de empuje axial 70 del árbol intermedio 6, y entre el árbol interior 4 y el cajón 63 del segundo cárter intermedio 60 está interpuesto un cojinete de empuje axial 81, aguas abajo del cojinete de rodadura 71.
De acuerdo con un primer modo de realización, mostrado en la figura 1, el cojinete inter-árboles 80, es un cojinete de rodadura y el cojinete 81 es un cojinete de empuje axial. En esta versión, los esfuerzos axiales del soplante delantero 3, soportados por el segundo cárter intermedio 60, transitan por el cárter de soplante 12 antes de ser transmitidos por las barras de transmisión de empuje 33 a nivel del cárter intermedio 2. Esta solución es simple desde un punto de vista mecánico, pero complicada para la transición de los esfuerzos.
De acuerdo con un segundo modo de realización, mostrado en la figura 2, el cojinete inter-árboles 80, es un cojinete de empuje axial y el cojinete 81 es un cojinete de rodadura. En esta versión, los esfuerzos axiales del soplante delantero 3, soportados por el árbol intermedio 6, son los que hacen transitar los esfuerzos directamente hacia el cárter intermedio aguas abajo 2 antes de ser transmitidos por las barras de transmisión de empuje 33 a nivel de este cárter intermedio 2. Esta solución es simple para la transición de los esfuerzos, pero complicada para la conexión entre el cojinete de empuje axial 80 del soplante delantero 3 y el árbol de arrastre 6 del soplante trasero 5.
Los dos soplantes 3 y 5 pueden girar en el mismo sentido. Pero, de modo muy ventajoso, los dos soplantes 3 y 5 son contrarrotatorios y arrastrados por una turbina de trabajo que tiene dos rotores, uno interior y el otro exterior, cuyas coronas de álabes móviles alternan axialmente. Esta disposición permite disminuir la longitud de la turbina de trabajo y su masa debido a la ausenta de un estator.

Claims (6)

1. Turborreactor de triple cuerpo, doble flujo, de gran tasa de dilución, que comprende en la parte delantera de un cárter intermedio (2) que presenta una rejilla estructural externa (30) en la vena del flujo secundario (F2) y una rejilla estructural interna (31) en la vena del flujo primario (F1), un soplante delantero (3) y un soplante trasero (5) cuyas palas (10, 14) se extienden radialmente hacia el exterior hasta un cárter de soplante (12), que delimita exteriormente la vena de flujo secundario (F2), así como un compresor de baja presión (7) destinado a comprimir el aire que entra en el canal (8) del flujo primario (F1), siendo arrastrados en rotación los citados soplantes delantero (3) y trasero (4) directamente y de modo independiente por dos árboles coaxiales (4, 6), caracterizado por el hecho de que las palas (14) del soplante trasero (5) se extienden en la vena del flujo secundario (F2) a partir de una rueda (15) unida a su árbol de arrastre (6) por intermedio de una corona aguas abajo (18) de álabes móviles (19) del compresor de baja presión (7), comprendiendo este último, además, al menos, una corona aguas arriba de los álabes móviles (41) arrastrada por el árbol de arrastre (4) del soplante delantero (3) y un estator exterior (49) en cuyo ánima se extienden rejillas de álabes fijos (47, 48) intercaladas entre las coronas de álabes móviles (41, 44, 19), estando el citado estator exterior montado en el cárter de soplante (12) por medio de un segundo cárter intermedio (60) que comprende una segunda rejilla estructural externa (61) en la vena del flujo secundario (F2) entre las palas (10) del soplante delantero (3) y las palas (14) del soplante trasero (5), y una segunda rejilla estructural interna (62) en la vena del flujo primario (F1), y por el hecho de que el primer cárter intermedio (2) soporta el árbol de rotación (6) del soplante trasero (5) por intermedio de un cojinete de empuje axial (70), y el árbol de arrastre (4) del soplante delantero por intermedio de un cojinete inter-árboles (80), y entre el citado segundo cárter intermedio (60) y los citados árboles (4, 6) están interpuestos, igualmente, cojinetes suplementarios (71, 81).
2. Turborreactor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el cojinete de empuje axial (81) del árbol de arrastre (4) del soplante delantero (3) está soportado por el segundo cárter intermedio (60) y el cojinete inter-árboles (80) es un cojinete de rodillos.
3. Turborreactor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el cojinete inter-árboles (80) es un cojinete de empuje axial y el cojinete (81) interpuesto entre el segundo cárter intermedio (60) y el árbol de arrastre (4) del soplante delantero (3) es un cojinete de rodillos.
4. Turborreactor de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado por el hecho de que el cojinete (71) interpuesto entre el segundo cárter intermedio (60) y el árbol de arrastre (6) del soplante trasero (5) es un cojinete de rodillos.
5. Turborreactor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que el primer cárter intermedio (2) soporta, igualmente, el árbol de arrastre (73) del compresor de alta presión (74) por intermedio de un cojinete de empuje axial (72).
6. Turborreactor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que el soplante delantero (3) y el soplante trasero (5) son contrarrotatorios.
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