ES2938465T3 - Boquilla de escape para un motor de turbina de gas - Google Patents

Abstract

Se describe una tobera de escape 20 para un motor de turbina de gas 10. La tobera de escape 20 comprende un marco 30 que se extiende a lo largo de un eje longitudinal 50 y un pétalo convergente 32 unido de forma pivotante en un punto de pivote convergente 36 al marco 30 y que se extiende axialmente aguas abajo. y radialmente hacia adentro desde el marco 30. La boquilla de escape 20 comprende un rodillo seguidor 42 fijado al pétalo convergente 32 en un lado radialmente exterior del pétalo convergente 32, y una leva 46 que define una superficie de trabajo 48 configurada para enganchar el rodillo seguidor 42 para reaccionar una fuerza del pétalo convergente 32. La leva 46 se puede mover a lo largo de un recorrido en una dirección axial para activar el movimiento radial del rodillo seguidor 42 para pivotar el pétalo convergente 32.La leva 46 define una superficie de trabajo convexa 48 tal que un ángulo de contacto entre el rodillo seguidor 42 y la leva 46 varía a lo largo del recorrido para variar así un componente axial de la fuerza que reacciona la leva 46. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Boquilla de escape para un motor de turbina de gas

Campo de la divulgación

La presente divulgación se refiere a una tobera de escape para un motor de turbina de gas y a un motor de turbina de gas que comprende la tobera de escape.

Antecedentes de la invención

Los motores de turbina de gas pueden usar una tobera de escape convergente-divergente (con-di) de geometría variable para maximizar la producción de empuje. Una tobera de escape típica comprende una pluralidad de segmentos convergentes que pueden pivotar para converger, para reducir el tamaño de un área para el flujo de aire que sale del motor.

El documento GB 871 265 A divulga un tubo de escape de un motor turborreactor que termina en una tobera convergente/divergente de sección transversal variable con aire de refrigeración forzado a entrar por la presión del ariete a través de aberturas para que fluya sobre las superficies externas de la boca y salga y entre en la boca para fluir sobre las superficies internas de las aletas de salida. Una pluralidad de aletas de boca y aletas de salida pueden girar simultáneamente alrededor de bisagras mediante un anillo que se coloca a lo largo del eje de escape mediante los cilindros. Para reducir la resistencia, se forma un carenado de las aletas pivotantes. El anillo está conectado a las aletas alternas mediante un brazo y una leva y acoplado también a las aletas alternas mediante varillas. Las aletas de salida maestra y esclava se mueven juntas mediante una leva montada en el carro y engranando con seguidores llevados en cada una de las aletas esclavas adyacentes.

El documento EP 0851 110 A2 divulga toberas axisimétricas de geometría variable y orientación de flujo destinadas a motores de turbina de gas, especialmente para aeronaves. La tobera comprende medios de control para ajustar el área de la boca y vectorizar el empuje, los cuales están formados por tres anillos concéntricos al eje longitudinal del motor, un anillo interior, un anillo intermedio y un anillo exterior, y por una pluralidad de actuadores lineales. El anillo exterior incluye dos segmentos de anillos articulados entre sí y basculantes independientemente o al unísono para vectorizar el empuje de la aeronave, dicho basculamiento y la vectorización de empuje correspondiente se limita a un único plano correspondiente al cabeceo de la aeronave.

El documento US 2012/199670 A1 divulga un sistema de activación de toberas de poscombustión que incluye una carcasa, una estructura de activación, una pluralidad de placas de leva, una pluralidad de aletas y sellos de tobera, y una pluralidad de rodillos. La estructura de activación rodea al menos una porción de la carcasa e incluye un extremo trasero que tiene forma de sección transversal poligonal. Las placas de leva están acopladas de forma desmontable a una superficie interior de la estructura de activación, y cada una incluye una superficie de leva. Las aletas de la tobera están acopladas rotatoriamente a la carcasa y se extienden al menos parcialmente desde el extremo trasero de la estructura de activación. Cada aleta de la tobera está acoplada de forma móvil a una placa diferente de las placas de levas. Cada uno de los rodillos está montado giratoriamente en una aleta diferente de la tobera y se acoplan a la superficie de leva de una de las placas de leva.

Resumen

De acuerdo con un primer aspecto de la divulgación, se proporciona una tobera de escape para un motor de turbina de gas, la tobera de escape comprende un bastidor que se extiende a lo largo de un eje longitudinal y la tobera de escape comprende: un segmento convergente unido de forma pivotante en un punto de pivote convergente al bastidor y que se extiende axialmente aguas abajo y radialmente hacia dentro desde el bastidor; un rodillo seguidor fijado al segmento convergente en un lado radialmente exterior del segmento convergente; y una leva que define una superficie de trabajo configurada para acoplar el rodillo seguidor para reaccionar con una fuerza del segmento; en donde la leva se puede mover a lo largo de un recorrido en una dirección axial para activar el movimiento radial del rodillo seguidor para hacer pivotar el segmento convergente, de manera que la leva define una superficie de trabajo convexa en la que un radio de curvatura de la leva se ubica radialmente hacia fuera de la leva, con respecto al eje longitudinal de manera que un ángulo de contacto entre el rodillo seguidor y la leva varía a lo largo del recorrido para variar de esta manera una componente axial de la fuerza que reacciona por la leva.

Se pretende que una leva convexa signifique una leva que tiene un perfil curvo, donde el centro de curvatura está radialmente hacia fuera de la leva.

La tobera de escape puede comprender un segmento divergente unido de forma pivotante en un punto de pivote divergente a un extremo aguas abajo del segmento convergente, el segmento divergente se extiende axialmente aguas abajo y radialmente hacia fuera desde el punto de pivote divergente.

El segmento divergente puede estar conectado al bastidor mediante un enlace de modo que el bastidor, el segmento convergente, el segmento divergente y el enlace formen un enlace de cuatro barras. El enlace puede ser un enlace de empuje que se puede activar para cambiar de longitud.

El segmento convergente puede definir una longitud de cuerda desde el punto de pivote convergente hasta el punto de pivote divergente, y en donde el rodillo seguidor está fijo entre 40-80 % a lo largo de la longitud de cuerda del segmento convergente desde el punto de pivote convergente.

La leva se puede mover entre una posición contraída en la que la leva está en la posición aguas arriba más alejada y una posición expandida en la que la leva está en la posición aguas abajo más alejada. La leva puede estar configurada de modo que un ángulo de contacto entre la leva y el rodillo seguidor en la posición contraída esté entre 80-100 grados desde el eje longitudinal, preferentemente entre 85-95 grados desde el eje longitudinal.

La relación entre el radio del rodillo seguidor y el radio medio de curvatura de la leva puede ser de 0,05 o superior. La relación entre el radio del rodillo seguidor y el radio máximo de curvatura de la leva puede ser de 0,2 o inferior.

La tobera de escape puede comprender una pluralidad de segmentos convergentes distribuidos angularmente alrededor de la tobera de escape, cada uno de los cuales comprende rodillos respectivos, y la tobera de escape comprende una pluralidad correspondiente de levas espaciadas circunferencialmente alrededor de la tobera de escape y configuradas para mantener el acoplamiento con un rodillo respectivo.

La leva puede estar fijada a un anillo sincronizador. El movimiento axial de la leva puede ser activado por el movimiento axial del anillo sincronizador.

Puede haber una pluralidad de segmentos divergentes correspondientes a la pluralidad de segmentos convergentes.

De acuerdo con un segundo aspecto de la divulgación, se proporciona un motor de turbina de gas que comprende una tobera de escape de acuerdo con el primer aspecto.

Breve descripción de las figuras

Las modalidades se describirán ahora a manera de ejemplo solamente, con referencia a las figuras, en las cuales:

La Figura 1 es una vista lateral en sección de un motor de turbina de gas;

La Figura 2 muestra esquemáticamente una sección transversal longitudinal de un ejemplo de tobera de escape en una configuración contraída; y

La Figura 3 muestra esquemáticamente una sección transversal longitudinal de la tobera de escape de la Figura 2 en una configuración expandida.

Descripción detallada

Con referencia a la Figura 1, un motor de turbina de gas se indica generalmente en 10, que tiene un eje principal y de rotación 11. El motor 10 comprende, en serie de flujo axial, una toma de aire 12, un ventilador propulsor 13, un compresor de presión intermedia 14, un compresor de alta presión 15, un equipo de combustión 16, una turbina de alta presión 17, una turbina de presión intermedia 18, una turbina de baja presión 19 y una tobera de escape 20. Una góndola 21 generalmente rodea el motor 10 y define tanto la entrada 12 como la tobera de escape 20.

El motor de turbina de gas 10 funciona de manera convencional de modo que el aire que entra a la admisión 12 es acelerado por el ventilador 13 para producir dos flujos de aire: un primer flujo de aire hacia el compresor de presión intermedia 14 y un segundo flujo de aire que pasa a través de un conducto de derivación 22 para proporcionar empuje de propulsión. El compresor de presión intermedia 14 comprime el flujo de aire dirigido hacia este antes de entregar ese aire al compresor de alta presión 15 donde tiene lugar una compresión adicional.

El aire comprimido que sale del compresor de alta presión 15 se dirige al equipo de combustión 16 donde se mezcla con combustible y la mezcla se quema. Los productos de combustión calientes resultantes luego se expanden a través, y de este modo accionan las turbinas de presión alta, intermedia y baja 17, 18, 19 antes de ser expulsados a través de la tobera 20 para proporcionar un empuje de propulsión adicional. Las turbinas de presión alta 17, intermedia 18 y baja 19 accionan respectivamente el compresor de alta presión 15, el compresor de presión intermedia 14 y el ventilador 13, cada uno mediante un eje de interconexión adecuado.

Otros motores de turbina de gas a los que se puede aplicar la presente divulgación pueden tener configuraciones alternativas. A modo de ejemplo, dichos motores pueden tener un número alternativo de ejes de interconexión (por ejemplo, dos) y/o un número alternativo de compresores y/o turbinas. Además, el motor puede comprender una caja de cambios dispuesta en el tren de transmisión desde una turbina hasta un compresor y/o ventilador.

La Figura 2 muestra un ejemplo de tobera de escape 20 que tiene un escape variable convergente-divergente (con­ di) en una configuración contraída. En otros ejemplos, la tobera de escape puede tener solo un escape convergente variable, sin una sección divergente.

La tobera 20 comprende un bastidor de soporte radialmente exterior 30 que se extiende desde un extremo aguas arriba (lado izquierdo en las figuras) hasta un extremo aguas abajo (lado derecho en las figuras) a lo largo de un eje longitudinal 50, que es coaxial con el eje de rotación 11 del motor de turbina de gas 10 descrito con referencia a la Figura 1, cuando la tobera 20 está montada en el motor de turbina de gas 10. El bastidor 30 comprende una porción anular 30a que es coaxial con el eje longitudinal 50 y que converge desde el extremo aguas arriba al extremo aguas abajo (es decir, el radio de la porción anular 30a se reduce en una dirección aguas abajo a lo largo del eje longitudinal 50).

La tobera 20 comprende una pluralidad de segmentos convergentes 32 que están distribuidos angularmente alrededor del eje longitudinal 50 dentro de la tobera 20 en un extremo aguas arriba de la tobera 20, y una pluralidad correspondiente de segmentos divergentes 34 que están distribuidos angularmente alrededor del eje longitudinal 50 dentro la tobera 20 aguas abajo de (y conectada a) la pluralidad de segmentos convergentes 32. La pluralidad de segmentos convergentes 32 y divergentes 34 están configurados para proporcionar un área transversal convergente y luego divergente para el flujo de aire que sale del motor de turbina de gas 10, por ejemplo, para ahogar el flujo y lograr velocidades de salida supersónicas en la sección divergente.

El grado de convergencia del segmento convergente 32 y el grado de divergencia del segmento divergente 34 es variable, como se explicará en detalle a continuación. En la configuración contraída, el segmento convergente 32 está en una posición contraída en la que se encuentra en una máxima convergencia (es decir, reduce el área de flujo de aire a un mínimo a lo largo del eje longitudinal 50). En este ejemplo, el segmento convergente 32 en la posición contraída está inclinado radialmente hacia dentro en un ángulo de aproximadamente 40 grados con respecto al eje longitudinal 50 (el bastidor de referencia es tal que 0 grados corresponderían a que el segmento convergente 32 fuera paralelo al eje longitudinal 50). En otros ejemplos, el ángulo del segmento convergente con respecto al eje longitudinal en la posición contraída puede ser inferior a 40 grados, tal como 35 grados o 30 grados.

La configuración de cada segmento convergente 32 y del respectivo segmento divergente 34 es idéntica, y como tal se describirá a continuación con respecto a un único segmento convergente 32 y al respectivo segmento divergente 34.

El bastidor 30 comprende una primera extensión 30b que se extiende radialmente hacia dentro desde la porción anular 30a del bastidor 30 en un extremo aguas arriba del bastidor 30. El segmento convergente 32 está unido de forma pivotante a la primera extensión 30b en un punto de pivote convergente 36. El segmento convergente 32 se extiende axialmente aguas abajo y radialmente hacia dentro desde el bastidor 30 y desde el punto de pivote convergente 36, en la posición contraída.

El segmento divergente 34 está unido de forma pivotante a un extremo aguas abajo del segmento convergente 32, en un punto de pivote divergente 38. El segmento divergente 34 está unido de forma pivotante a un enlace 40 en un punto del segmento divergente 34 aguas abajo del punto de pivote divergente 38. El enlace 40 está sujeto de manera pivotante a una segunda extensión 30c que se extiende radialmente hacia dentro desde la porción anular 30a del bastidor 30, en una ubicación en la porción anular 30a aguas abajo de la primera extensión 30b. El segmento divergente 34 está conectado al enlace 40 y al segmento convergente 32 de manera que se extiende axialmente aguas abajo y radialmente hacia fuera desde el punto de pivote divergente 38.

El bastidor 30, el segmento convergente 32, el segmento divergente 34 y el enlace 40 forman, por lo tanto, un enlace de cuatro barras, de modo que el movimiento giratorio del segmento convergente 32 induce un movimiento giratorio predecible del segmento divergente 34. Mientras que todos los miembros del enlace de cuatro barras tienen una longitud constante, se dice que el enlace de cuatro barras tiene un grado de libertad (es decir, tal que para cada posición angular del segmento convergente 32 hay una sola posición angular correspondiente del segmento divergente 34).

El enlace 40 en este ejemplo es un enlace de empuje que comprende una extensión telescópica. El enlace de empuje 40 se puede activar para cambiar de longitud, de modo que el movimiento de giro del segmento divergente 34 en respuesta al movimiento de giro del segmento convergente 32 se pueda ajustar, proporcionando de esta manera un segundo grado de libertad en el enlace de cuatro barras.

La tobera 20 comprende además un anillo sincronizador 44 dispuesto radialmente hacia fuera del punto de pivote convergente 36. El anillo sincronizador 44 es anular y se extiende alrededor del eje longitudinal 50 dentro de la porción anular 30a del bastidor 30. Una leva 46 está unida de manera fija al anillo sincronizador 44 y se extiende axialmente aguas abajo y radialmente hacia dentro desde el anillo sincronizador 44, de manera que está dispuesto radialmente hacia fuera desde el segmento convergente 32. Dado que la leva 46 está unida de forma fija al anillo sincronizador 44, esta no puede trasladarse ni girar con respecto al anillo sincronizador 44. La leva 46 define una superficie de trabajo convexa y curvada 48 en un lado radialmente interior de la leva 46 (es decir, el radio de curvatura de la leva 46 está situado radialmente fuera de la leva 46, con respecto al eje longitudinal 50).

Un rodillo seguidor 42 está fijado al segmento convergente 32 en un lado radialmente exterior del segmento convergente 32 (es decir, con respecto al eje longitudinal 50). La superficie de trabajo 48 de la leva 46 está configurada para acoplarse con el rodillo seguidor 42, de modo que se mantenga el contacto entre la leva 46 y el rodillo seguidor 42. Se apreciará que, en uso, las fuerzas aerodinámicas actúan sobre el segmento convergente 32 de manera que el rodillo seguidor 42 es empujado contra la leva 46, como se explica con mayor detalle a continuación.

El segmento convergente 32 define una longitud de cuerda a lo largo del segmento convergente 32 desde el punto de pivote convergente 36 hasta el punto de pivote divergente 38. El rodillo seguidor 42 en este ejemplo se fija al 50 % de la longitud de la cuerda desde el punto de pivote convergente 36. En otros ejemplos, el rodillo seguidor puede fijarse al segmento convergente en cualquier ubicación adecuada, por ejemplo, entre el 40-80 % de la longitud de la cuerda desde el punto de pivote convergente.

Durante el uso, el flujo de aire a través de la tobera de escape es dirigido radialmente hacia dentro por el segmento convergente 32 y se le permite que fluya radialmente hacia fuera pasando el segmento divergente 34. Por lo tanto, el flujo de aire ejerce una fuerza sobre el segmento convergente 32 cuando se dirige radialmente hacia dentro. Esta fuerza se transfiere a través del rodillo seguidor 42 a la leva 46 que reacciona con la fuerza del segmento convergente 32.

La leva 46 se puede mover a lo largo de un recorrido en dirección axial. El movimiento de la leva 46 en la dirección axial activa el movimiento radial del rodillo seguidor 42, porque la leva 46 y el rodillo seguidor 42 están acoplados. El movimiento radial del rodillo seguidor 42 gira el segmento convergente 32 alrededor del punto de pivote convergente 36. Por lo tanto, el ángulo de pivote del segmento convergente 32 con respecto al eje longitudinal 50 puede controlarse mediante el movimiento axial de la leva 46.

Como se explicó anteriormente, el pivotamiento del segmento convergente 32 induce el pivotamiento del segmento divergente 34 alrededor del punto de pivote divergente 38 debido a la disposición de articulación de cuatro barras.

En este ejemplo, hay una pluralidad de levas 46 de modo que hay una leva 46 para cada segmento convergente 32 alrededor de la tobera 20. En otros ejemplos, puede haber menos levas, como una leva por cada dos segmentos convergentes. Los segmentos convergentes para los que no hay una leva correspondiente pueden acoplarse entonces a un segmento convergente adyacente que sí tiene una leva correspondiente, de manera que el movimiento de pivotamiento del segmento convergente adyacente induce un movimiento idéntico del segmento convergente sin una leva correspondiente.

El anillo sincronizador 44, que está unido de forma fija a la leva 46, se puede mover en una dirección axial. Alrededor de la circunferencia de la tobera 20, la pluralidad de levas 46 están fijadas al anillo sincronizador 44 de manera que el movimiento axial del anillo sincronizador activa el movimiento axial correspondiente de cada una de la pluralidad de levas 46. Por lo tanto, cada uno de la pluralidad de segmentos convergentes 32 puede accionarse para hacer pivotar en una cantidad correspondiente moviendo axialmente el anillo sincronizador 44, y las cantidades pueden ser sustancialmente idénticas con un control suficiente de las tolerancias de fabricación.

El movimiento axial del anillo sincronizador 44 está controlado por una pluralidad de actuadores 52. En este ejemplo, hay cuatro actuadores distribuidos alrededor y dentro de la tobera 20 (solo se muestran dos). En otros ejemplos, puede haber cualquier número adecuado de actuadores distribuidos alrededor de la tobera para mover axialmente el anillo sincronizador. Los actuadores 52 en este ejemplo tienen forma de cilindros telescópicos, que pueden moverse axialmente entre una posición completamente retraída y una posición completamente extendida.

Como se explicó anteriormente, la Figura 2 muestra la tobera 20 en una configuración contraída. En la configuración contraída, el accionador 52 está en una posición completamente retraída, de manera que el anillo sincronizador 44 y la leva 46 están en la posición aguas arriba más lejana. Por lo tanto, una parte aguas abajo de la leva 46 está acoplada y en contacto con el rodillo seguidor 42, de modo que el segmento convergente 32 está en la posición contraída. Se apreciará que la fuerza total ejercida sobre el segmento convergente 32 tenderá a ser mayor en uso (para condiciones de flujo de salida de turbina dadas) cuando el segmento convergente 32 está en la posición contraída, porque está en una convergencia máxima correspondiente a un cambio máximo en la dirección del flujo de aire a través de la tobera 20.

La Figura 3 muestra la tobera de escape 20 de ejemplo de la Figura 2 en una configuración expandida. En la configuración expandida, el segmento convergente 32 está en una posición expandida, en la que pivota radialmente hacia el exterior. El segmento convergente 32 en la posición expandida está inclinado radialmente hacia dentro en un ángulo de aproximadamente 10 grados con respecto al eje longitudinal 50. En otros ejemplos, el ángulo del segmento convergente con respecto al eje longitudinal en la posición expandida puede ser de más de 10 grados, tal como al menos 15 grados o al menos 20 grados.

En la configuración expandida, el actuador 52 está completamente extendido de manera que el anillo sincronizador 44 y la leva 46 están en la posición más alejada aguas abajo. Por lo tanto, una parte aguas arriba de la leva 46 está acoplada y en contacto con el rodillo seguidor 42, de manera que el segmento convergente 32 está en la posición expandida.

Por lo tanto, el movimiento axial de la leva 46 está controlado por la extensión y retracción de los actuadores 52, y la leva 46 se puede mover a lo largo de un recorrido entre la configuración contraída (Figura 2) y la configuración expandida (Figura 3), en la que la leva 46 está en una posición contraída y posición expandida respectivas.

La superficie de trabajo convexa 48 de la leva 46 asegura que un ángulo de contacto entre el rodillo seguidor 42 y la leva 46 varíe a lo largo del recorrido para variar de esta manera un componente axial de la fuerza del segmento convergente 32 reaccionado por la leva 46.

Volviendo a la Figura 2, el ángulo de contacto de una línea de contacto 54 entre la leva 46 y el rodillo seguidor 42 en la configuración contraída es de aproximadamente 90 grados con respecto al eje longitudinal 50. Esto es más alto que en los sistemas considerados anteriormente debido al perfil convexo de la superficie de trabajo 48 de la leva 46. Esto reduce la carga axial transferida a la leva 46 y al anillo sincronizador 44 en la configuración contraída en comparación con los sistemas considerados anteriormente. En otros ejemplos, el ángulo de contacto en la posición contraída puede estar entre 80 a 100 grados. Esto asegura que la carga axial que se transfiere a la leva 46, y por lo tanto al anillo sincronizador 44 desde el segmento convergente 32, es baja o tiende a cero en la configuración contraída.

Dado que el segmento convergente 32 experimenta las fuerzas más altas en la posición contraída, el mayor ángulo de contacto entre la leva 46 y el rodillo seguidor 42 en la configuración contraída reduce la carga axial máxima transferida a la leva 46 y al anillo sincronizador 44 en uso. Esto permite un ahorro de peso, ya que las levas 46 y el anillo sincronizador 44 pueden hacerse más ligeros, y la carga de activación axial se reduce de manera que el activador 52 puede ser más ligero. Esto es particularmente ventajoso en un motor de turbina de gas de derivación baja típico. Como puede verse en la Figura 3, la superficie de trabajo convexa 48 de la leva 46 está configurada de manera que el ángulo de contacto de una línea de contacto 56 entre la leva 46 y el rodillo seguidor 42 en la posición expandida es de aproximadamente 45 grados con respecto al eje longitudinal 50.

Además, la fijación del rodillo seguidor 42 al segmento convergente 32 entre 40-80 % a lo largo de la longitud de la cuerda del segmento convergente 32 reduce la carga radial y axial en el anillo sincronizador 44 en la posición convergente porque un brazo de momento entre el punto de pivote convergente 36 y el punto de contacto entre la leva 46 y el rodillo seguidor 42 aumenta en comparación con las disposiciones consideradas anteriormente. La leva 46 en el punto de contacto entre la leva 46 y el rodillo seguidor 42 debe hacer reaccionar un momento sobre el punto de pivote convergente 36 debido a la presión del gas sobre el segmento convergente 32. Por lo tanto, el momento de reacción de la leva 46 se logra con una fuerza de reacción menor si se aumenta el brazo de momento, y el momento de reacción de la leva 46 se logra con una fuerza de reacción mayor si se reduce el brazo de momento.

El solicitante ha descubierto que montar el rodillo seguidor 42 en una posición inferior al 40 % a lo largo de la longitud de la cuerda del segmento convergente 32 desde el punto de pivote convergente 36 da como resultado un rápido aumento de la carga axial en el anillo sincronizador 44 y el actuador 52 en la configuración contraída debido al brazo de momento decreciente. Por el contrario, aunque la carga axial se reduce a medida que aumenta la distancia de montaje del rodillo seguidor 42 desde el punto de pivote convergente 36, el solicitante ha descubierto que montarlo más del 80 % a lo largo de la longitud de la cuerda desde el punto de pivote convergente da como resultado choques entre el rodillo seguidor y los componentes circundantes en uso.

En este ejemplo, la relación radial del radio del rodillo seguidor al radio de curvatura de la leva es de aproximadamente 0,1. En otros ejemplos, la relación puede estar entre 0,05 y 0,2. El solicitante ha descubierto que una relación superior a 0,2 da como resultado un ángulo de contacto rápidamente decreciente entre la leva 46 y el rodillo seguidor 42 con respecto al eje longitudinal, de modo que la carga axial transferida al anillo sincronizador 44 y los actuadores 52 aumenta rápidamente hacia la configuración contratada. El solicitante también ha descubierto que una relación por debajo de 0,05 da como resultado que la leva 46 sea demasiado larga en una tobera típica de modo que colisionaría con el segmento divergente 34 cuando se mueve hacia la configuración expandida. El radio de curvatura en este ejemplo es el radio de curvatura en un plano que interseca el eje longitudinal 50, que puede ser el eje 11 de la línea central del motor. En algunos ejemplos, el radio de curvatura de la leva puede no ser constante. El radio de curvatura utilizado en tales ejemplos para calcular la relación radial comparable es el radio de curvatura promedio a lo largo de las porciones curvas de la leva para el límite inferior de 0,05 y el radio máximo de curvatura a lo largo de las porciones curvas de la leva para el límite superior de 0,2.

Aunque se ha descrito que el bastidor comprende extensiones discretas que se extienden radialmente hacia dentro a las que se acoplan el segmento convergente y el enlace, las extensiones pueden tener la forma de extensiones anulares, que son continuas alrededor de la circunferencia de la tobera y el bastidor, o cualquier estructura de soporte adecuada.

Se entenderá que la invención no se limita a las realizaciones descritas anteriormente y se pueden realizar diversas modificaciones y mejoras sin apartarse del alcance definido en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Una tobera de escape (20) para un motor de turbina de gas (10), la tobera de escape (20) que comprende un bastidor (30) que se extiende a lo largo de un eje longitudinal (50) y la tobera de escape (20) que comprende:

un segmento convergente (32) unido de forma pivotante en un punto de pivote convergente (36) al bastidor (30) y que se extiende axialmente hacia abajo y radialmente hacia dentro desde el bastidor (30);

un rodillo seguidor (42) fijado al segmento convergente (32) en un lado radialmente exterior del segmento convergente (32); y

una leva (46) que define una superficie de trabajo (48) configurada para acoplar el rodillo seguidor (42) para reaccionar con una fuerza del segmento convergente (32);

en donde la leva (46) se puede mover a lo largo de un recorrido en una dirección axial para activar el movimiento radial del rodillo seguidor (42) para hacer pivotar el segmento convergente (32), de manera que la leva (46) define una superficie de trabajo convexa (48) en la cual un radio de curvatura de la leva (46) está ubicado radialmente hacia fuera de la leva (46), con respecto al eje longitudinal (50) de manera que un ángulo de contacto entre el rodillo seguidor (42) y la leva (46) varía a lo largo del recorrido para variar de esta manera una componente axial de la fuerza a la que reacciona la leva (46).

2. La tobera de escape (20) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende un segmento divergente (34) unido de forma pivotante en un punto de pivote divergente (38) a un extremo aguas abajo del segmento convergente (32), el segmento divergente (34) se extiende axialmente aguas abajo y radialmente hacia fuera desde el punto de pivote divergente (38).

3. La tobera de escape (20) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el segmento divergente (34) está conectado al bastidor (30) mediante un enlace (40) de tal manera que el bastidor (30), el segmento convergente (32), el segmento divergente (34) y el enlace (40) forman un enlace de cuatro barras (40).

4. La tobera de escape (20) de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el enlace (40) es un enlace de empuje (40) que se puede activar para cambiar de longitud.

5. La tobera de escape (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en donde el segmento convergente (32) define una longitud de cuerda desde el punto de pivote convergente (36) hasta el punto de pivote divergente (38), y en donde el rodillo seguidor (42) se fija entre 40-80 % a lo largo de la longitud de la cuerda del segmento convergente (32) desde el punto de pivote convergente (36).

6. La tobera de escape (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la leva (46) se puede mover entre una posición contraída en la que la leva (46) está en la posición aguas arriba más alejada y una posición expandida en la que la leva (46) está en la posición aguas abajo más alejada, y en donde la leva (46) está configurada de modo que un ángulo de contacto entre la leva (46) y el rodillo seguidor (42) en la posición contraída es de entre 80-100 grados desde el eje longitudinal (50), preferentemente entre 85-95 grados desde el eje longitudinal (50).

7. La tobera de escape (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la relación entre el radio del rodillo seguidor (42) y el radio medio de curvatura de la leva (46) es de 0,05 o superior.

8. La tobera de escape (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la relación entre el radio del rodillo seguidor (42) y el radio máximo de curvatura de la leva (46) es 0,2 o inferior.

9. La tobera de escape (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de segmentos convergentes (32) distribuidos angularmente alrededor de la tobera de escape (20), cada uno de los cuales comprende rodillos respectivos, y la tobera de escape (20) comprende una correspondiente pluralidad de levas (46) separadas circunferencialmente alrededor de la tobera de escape (20) y configuradas para mantener el acoplamiento con un rodillo respectivo.

10. La tobera de escape (20) de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la leva (46) está fijada a un anillo sincronizador (44) y en donde el movimiento axial de la leva (46) es activado por el movimiento axial del anillo sincronizador (44).

11. La tobera de escape (20) de acuerdo con la reivindicación 10, en donde hay una pluralidad de segmentos divergentes (34) correspondientes a la pluralidad de segmentos convergentes (32).

12. Un motor de turbina de gas (10) que comprende una tobera de escape (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.