IT9021336A1 - Ventilatore e cofano integrato per motore a derivazione ultra alta e suo trasporto e rimozione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un metodo e un apparato per assiemare e montare un turbomotore a gas a turboventilatore e, più particolarmente, 1’integrazione di una carcassa di ventilatore di motore con un cofano di motore e una disposizione di assiemaggio che consente smontaggio del motore centrale dal complesso esterno di ventilatore.

I turbomotori a gas a turboventilatore contengono in generale un motore centrale collegato in relazione di azionamento ad un modulo di ventilatore montato anteriormente. Il modulo di ventilatore, in un motore ad alto rapporto di derivazione contiene un ventilatore a stadio singolo di grande diametro e un compressore o potenziatore a pressione intermedia a stadi multipli. Il ventilatore è circondato da una carcassa di ventilatore sostenuto da una pluralità di pale strutturali di guida di uscita che sono, a loro volta, sostenute su una carcassa circondante il potenziatore. Il motore centrale contiene un compressore ad alta pressione, un combustore e una turbina a stadi multipli per estrarre energia del gas di combustione uscenti dal combustore allo scopo di azionare i compressori e il ventilatore.

II montaggio di tali motori ad alto rapporto di derivazione su un aereo richiede in generale uno o più sostegni strutturali che collegano il motore ad un elemento strutturale, talvolta chiamato montante o pilone, in un’ala o fusoliera, a seconda della posizione di montaggio. I sostegni strutturali sporgono attraverso un cofano aerodinamico, talvolta chiamato gondola, e si collegano alla carcassa del motore. Il collegamento può essere alla carcassa (o fascia) del ventilatore e alla carcassa circondante la turbina. In generale, qualche forma di giogo strutturale è fissata alla carcassa di motore e i sostegni strutturali si attaccano al giogo.

Siccome i turbomotori a gas sono diventati più potenti e più grandi, si è sviluppato interesse al maneggio e al trasporto di tali motori. In particolare, vengono ora sviluppati dei motori con ventilatori e carcasse di ventilatori aventi diametri nella gamma di 3,65 m (12 piedi). Il trasporto di tali motori per aria o terra non è pratico son i presenti aerei commerciali e sopra i mezzi di trasporto su strada. Di conseguenza, è desiderabile realizzare un metodo per assiemare tali motori che consenta il trasporto senza eccedere le limitazioni di dimensioni di trasporto aereo o a terrestre.

I problemi associati con la manipolazione e il trasporto di tali grandi motori si estendono oltre la spedizione al luogo di istallazione, la rimozione e la manipolazione dei motori in manutenzioni di aereo. Perciò è ulteriormente desiderabile realizzare un metodo e un apparato per la manutenzione di tali motori che rimedi ai problemi associati con ventilatori di grandi diametro. Uno scopo della presente invenzione è di realizzare un metodo e un apparato per assiemaggio e montaggio di turbomotori a gas ad alto rapporto di derivazione che rimedi agli incovenienti sopra citati di tali motori.

Un altro scopo della presente invenzione è di realizzare un metodo e un apparato che consenta la separazione del ventilatore e del motore centrale con in più un potenziatore senza alterare le prove di accettazione del motore. Ancora un altro scopo della presente invenzione è di realizzare un metodo e un apparato per incorporare una fascia di ventilatore in una gondola di motore con sostegno strutturale per il motore centrale derivato dalla gondola. I precedenti e altri scopi, caratteristiche e pregi sono ottenuti in una forma entro un turbomotore a gas ad alto rapporto di derivazione nel quale la carcassa di ventilatore è incorporata in un cofano o gondola montata sull'aereo e la carcassa di ventilatore è resa separable dal motore centrale senza disturbare il montaggio dello stadio intermedio o compressore potenziatore. La gondola è modificata per diventare un elemento strutturale ed è fissata strutturalmente ad almeno un elemento di telaio o montante dell'aereo. Delle pale di guida di uscita, colleganti normalmente la fascia di ventilatore alla carcassa di potenziatore, sono collegate tra la gondola e il telaio di potenziatore per sostenere il motore entro la gondola. I sostegni di collegamento sono resi separabili dalla carcassa di potenziatore per consentire al motore centrale con in più il potenziatore di essere rimuovibile dalla gondola. Ancora ulteriormente, l’ogiva di ventilatore e le pale di ventilatore sono resi rimuovibili dal motore senza disturbare lo stadio potenziatore o rimuovere il motore centrale. L’intero motore centrale è quindi intatto e può essere provato come un’unità. Le pale di ventilatore possono essere istallate sul motore di prova e tolte per il trasporto. Una tale disposizione mantiene l'integrità dei componenti rotanti montati, per esempio il compressore, la turbina, il potenziatore e il rotore di ventilatore, pur consentendo una separazione degli elementi che sono non rotanti o non richiedono un interfaccia rotante, come, per esempio, la gondola, le pale di guida di uscita e le pale di ventilatore. Benché le pale di ventilatore ruotino, il loro collegamento è un ancoraggio fisso al rotore di ventilatore e non richiede un’interfaccia rotante.

In un’altra forma, il motore a turbina può essere caratterizzato dal comprendere un modulo di statore generalmente cilindrico come singola unità e dal contenere una carcassa di ventilatore integrata, di cofano di ventilatore e di ingresso. Il motore comprende inoltre un modulo di rotore trasportabile come singola unità e contenente un motore centrale con un rotore di ventilatore ruotabile. Il modulo di rotore è collegabile in modo rimuovibile al modulo di statore. Una pluralità di pale di ventilatore è attaccabile in modo rimuovibile al rotore di ventilatore. Il modulo di statore può contenere una pluralità di montanti di ventilatore distanziati circonferenzialmente e scendenti radialmente collegati ad un estremo lungo una superficie interna del modulo di statore. Un altro estremo dei montanti di ventilatore può essere collegabile in modo rimuovibile al modulo di rotore per sostenere il modulo di rotore entro almeno una parte del modulo di statore. Almeno alcuni dei montanti di ventilatore possono sporgere in modo sostanzialmente perpendicolare verso la linea centrale del modulo di rotore, mentre altri dei montanti di ventilatore possono comprendere pale strutturali di guida di uscita che sporgono obliquamente verso l'asse centrale del modulo di rotore. Un'ogiva è attaccata in modo desiderabilmente rimuovibile al rotore di ventilatore davanti alle pale di ventilatore.

L'invenzione può essere ulteriormente caratterizzata come un metodo per assiemare un motore a turboventilatore avente un modulo di rotore contenente un motore centrale con un rotore di ventilatore ruotabile e avente inoltre un modulo di statore contenente una carcassa di ventilatore integrata, un cofano di ventilatore e un ingresso. II metodo comprende collegare in modo rimuovibile il modulo di rotore, come singola unità integrata, il modulo di statore e dopo di ciò attaccare una pluralità di pale di ventilatore al rotore di ventilatore. Il metodo può inoltre comprendere fissare una pluralità di montati di ventilatore distanziati circonferenzialmente al modulo di statore con i montanti di ventilatore estendentesi in generale radialmente dal modulo di statore verso il modulo di rotore e colleganti in modo rimuovibile estremi interni dei montanti di ventilatore al modulo di rotore per sostenere il modulo di rotore almeno parzialmente entro il modulo di statore.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, si può fare riferimento alla seguente descrizione dettagliata presa in considerazione con gli allegati disegni, nei quali:

la figura 1 è un disegno parziale semplificato in sezione di un esempio di turbomotore a gas;

la figura 2 è un disegno semplificato mostrante il montaggio del motore di figura 1 su un'ala di aereo;

la figura 3 è un disegno semplificato mostrante una disposizione di motore secondo la presente invenzione montato ad un’ala di aereo;

la figura 4 è una vista esplosa della disposizione di motore di figura 3 mostrante lo smontaggio del motore.

Considerando prima la figura 1, viene mostrato un disegno parziale in sezione di un esempio di turbomotore a gas 10 al alto rapporto di derivazione avente una porzione di motore centrale indicato con 12 e una porzione di ventilatore indicata con 14. Il motore centrale o porzione di motore centrale 12 può essere chiamato modulo di rotore, mentre la porzione di ventilatore 14 può essere chiamata modulo di statore. In generale, almeno qualche parte del modulo di rotore giace entro il modulo di statore. Il modulo di rotore o motore centrale 12 contiene uno stadio 16 di compressore a pressione intermedia o potenziatore, uno stadio 18 di compressione ad alta pressione, uno stadio di combustore 20, uno stadio 21 di turbina ad alta pressione e uno stadio 22 di turbina a bassa pressione allineati su un asse centrale di motore 23. La porzione di ventilatore 14 contiene una pluralità di pale di ventilatore 24, una fascia di ventilatore 26, un’ogiva di ventilatore28 e una pluralità di pale di guida di uscita 30 distanziate circonferenzialmente che sostengono la fascia di ventilatore 26. Le pale 30 sono attaccate alla carcassa di motore 32 adiacenti allo stadio potenziatore 16. 11 motore 10 contiene anche un cofano posteriore 33 di motore centrale e un ugello primario 35. Un albero di ventilatore 37 azionato dallo stadio di turbina 22 si estende attraverso il motore ed è collegato in relazione di azionamento con lo stadio potenziatore 16 e le pale di ventilatore 24 attraverso un rotore di ventilatore 45. Lo stadio 21 di turbina ad alta pressione aziona uno stadio di compressore 18 attraverso un albero ad alta pressione 41.

Come sarà evidente dalla figura 1, il maneggio del motore 10 è un problema maggiore per pale di ventilatore 24 di diametro molto grande. Benché è possibile rimuovere le pale 24, la pratica nella tecnica è di trattare le pale 24, Io stadio potenziatore 16 e la carcassa 26 come un modulo unitario. Alcuni motori sono costruiti con albero di ventilatore in due pezzi 37 separabile dietro allo stadio potenziatore 16 approsimativamente lungo la linea 43. Questi motori sono indicati come motori a "ventilatore diviso”. II montaggio e/o lo smontaggio di motori a ventilatore diviso è complicato poiché è difficile attaccare correttamente l'albero anteriore di ventilatore all'albero intermedio di ventilatore. In tale metodo a ventilatore diviso di separare un motore, il modulo anteriore o modulo di ventilatore contiene la fascia di ventilatore 26, le pale strutturali 30 di guida di uscita, l’ogiva di ventilatore 28, le pale 24 di rotore di ventilatore, assieme con il rotore di ventilatore, lo stadio potenziatore 10 e la porzione anteriore dell’albero 37. Quindi, non è stato pratico separare il modulo di ventilatore ed i grandi componenti esterni dal motore centrale -per facilitare la manipolazione. Inoltre, non è desiderabile separare un motore dove tale separazione contiene un’interfaccia rotante poiché tale interfaccia può implicare cuscinetti o allineamenti critici.

Passando ora alla figura 2, viene mostrata una vista semplificata in sezione di un motore simile a quello di figura 1 montato entro un cofano aerodinamico di ventilatore 34 che è a sua volta collegato attraverso un elemento strutturale 36 ad un'ala di aereo 38. L’elemento strutturale 36 e il cofano 34 sono noti nella tecnica e possono essere del tipo mostrato, come esempio, nel brevetto USA No. 4.132.069. Entro il cofano di ventilatore 34, l’elemento 36 è collegato alla fascia di ventilatore 26. La fascia 26 è collegata in modo liberabile al cofano 34. 11 cofano 34 contiene di preferenza una sezione di ingresso 37a.

La figura 3 illustra una disposizione secondo gli insegnamenti della presente invenzione in una rappresentazione stilizzata di un motore a turboventilatore. Il cofano di ventilatore, indicato con 40, è un cofano integrato contenente le caratteristiche aerodinamiche del cofano 34 ma contenente le caratteristiche strutturali di una carcassa di ventilatore. In particolare la fascia di ventilatore è ora una parte integrata del cofano 40, come mostrato dallo spessore maggiorato delle dimensioni in sezione di figura 3. L’elemento strutturale 36 si attacca al cofano 40, o piuttosto alla porzione strutturale del cofano 40 indicato dagli elementi in sezione 42. Le pale di guida di uscita 30 si collegano al cofano integrato 40 e sostengono il motore centrale essenzialmente nella medesima posizione di figura 2. Ciascuna delle pale 30 è collegata in modo rilasciabile alla carcassa di potenziatore 44 mediante bulloni o altri opportuni mezzi (non mostrati) nella posizione indicata con 46. La carcassa 44 può essere chiamata cofano anteriore di motore ed è integrale con il telaio del modulo di rotore. Le pale 30 sono distanziate circonferenzialmente entro il cofano 40 e scendono radialmente dalla superficie interna del cofano verso la carcassa 44. Almeno alcune delle pale 30 sono fissate agli elementi strutturali 42 ai loro rispettivi estremi adiacenti alla superficie interna del cofano 40. Gli estremi discendenti delle pale 30 sono adatti a fissaggio liberabile alla carcassa 44. Le pale 30 quindi agiscono come elementi di sostegno o montanti per sostenere almeno una porzione del modulo di rotore 12 almeno parzialmente entro il modulo di statore 14. Mentre le pale 30 si estendono sostanzialmente in modo perpendicolare rispetto all’asse centrale 23 del motore, un addizionale sostegno è fornito da montanti 48 che si estendono obliquamente da un punto di collegamento 50 adiacente agli estremi fissi di pale 30 verso un punto di collegamento 52 sul cofano anteriore o carcassa 44 di motore. Il motore 10 può contenere un giogo (non mostrato) o altra disposizione di fissaggio per attaccare in modo liberabile gli estremi dei montanti 48 al modulo di rotore 12.

La figura 4 è una vista esplosa del complesso di motore di figura 3 che illustra gli elementi separabili del motore. In particolare, le pale di ventilatore 24 assieme con l’ogiva di ventilatore 28 sono rimuovibili dal modulo di rotore 12 e possono essere smontati dal modulo di rotore senza rimuovere la gondola di motore 40. Le pale 24 sono di preferenza singolarmente distaccabili da un rotore di ventilatore rotante 45, che è anche parte del motore centrale ed è coassiale con l'asse centrale 23. Il metodo di collegare o attaccare in modo rimuovibile le pale 30 al rotore di ventilatore 45 può essere qualsiasi dei metodi noti agli esperti nel ramo comprendenti metodi presentemente usati per attaccare tali pale di ventilatore ai rotori di ventilatore in motori a turboventilatore disponibili commercialmente. Il rotore di ventilatore 45 è fissato all’albero di ventilatore 37 (vedere in figura 1) per trasferire energia dallo stadio 22 di turbina a bassa pressione alle pale di ventilatore 24 e allo stadio 16 di compressore potenziatore.

Il modulo di rotore 12 è scollegabile o liberabile dalle pale 30 e dai montanti 48 nei punti di collegamento 46 e 52 rispettivamente, lasciando le pale 30 e i montanti 48 nella loro posizione fissa discendente, come mostrato in figura 4. Si noti anche che il cofano posteriore di motore centrale 33 può anche essere tolto dal modulo di rotore 12 per facilitare manipolazione e trasporto dei modulo di rotore. Altri componenti accessori indicati generalmente con 58 come, per esempio, un generatore elettrico e una pompa idraulica, possono anche essere tolti dal modulo di rotore 12 per facilità di manipolazione.

Gli articoli che possono essere tolti motore centrale o modulo di rotore 12 rappresentano anche articoli che possono essere sostituiti senza alterare ('integrità del modulo di rotore e richiedere operazioni standard di prova prima di riportare il motore nello stato di volo. Per la sola sostituzione del motore, cioè per sostituire solo il modulo di rotore 12 è solamente necessario rimuovere i pannelli di accesso (non mostrati) alla gondola 40 per fornire accesso ai punti di collegamento delle pale di ventilatore 24, delle pale di guida 30 e dei montanti 48 al modulo di rotore. Con le pale di ventilatore 24 e l'ogiva 28 tolte, il modulo di rotore 12 può essere scollegato dal modulo di statore 14 e mosso in direzione all'indietro per separare i due componenti. Un vantaggio di questa disposizione è che il modulo di rotore 12 può essere tolto da un aereo senza rimuovere la gondola 40. Un vantaggio più significativo è che i componenti rotanti, tutti i quali sono integrali come il modulo di rotore, sono separabili dal motore 10 come unità integrale, cioè il modulo di rotore 12, in modo che rintegrità operativa del motore non viene compromessa trasportando il modulo di rotore separatamente dal modulo di statore.

Nell’uso, il motore 10 può essere completamente assiemato, le prestazioni provate e le pale di ventilatore 24 tolte per il trasporto. Ad un aereo, la gondola di motore 40 è installata, seguita dal collegamento del modulo di rotore o motore centrale 12 alla gondola mediante i montanti anteriori 48 e le pale di guida di uscita 30 e un sostegno posteriore 56 (il sostegno posteriore 56 può essere sostanzialmente identico ai sostegni posteriori ora in uso commericale per sostenere motori, come il motore 10 ad un aereo). Le pale di ventilatore 24 e l’ogiva 28 sono dopo di ciò collegati al motore 12 per completare l'assiemaggio. Alternativamente, il motore 10, o i suoi componenti di sostituzione, possono essere assiemati dopo il trasporto ma prima della istallazione su un aereo. Similmente, mentre la rimozione del modulo di rotore 12 fornisce un metodo vantaggioso per sostituire o riparare un motore centrale, ci possono essere occasioni nelle quali è desiderabile rimuovere l'intero motore, cioè i moduli di rotore e di statore, come unità integrale ed eseguire smontaggio dopo tale rimozione. Entrambi i metodi sono considerati dalla presente invenzione.

Benché i principi dell’invenzione sono ora resi chiari nella realizzazione illustrativa, sarà più evidente agli esperti nel ramo che parecchie modifiche delle strutture, delle disposizioni e dei componenti presenti nelle precedenti illustrazioni possono essere fatte nella realizzazione dell’invenzione allo scopo di sviluppare realizzazioni alternative adatte a particolari esigenze di funzionamento senza allontanarsi dallo spirito e dal campo dell'invenzione come esposto nelle rivendicazioni che seguono.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Turbomotore a gas ad alto rapporto di derivazione avente una porzione di motore centrale e un ventilatore, la porzione di motore centrale contenendo una carcassa per sostenére strutturalmente la porzione di motore centrale, il motore essendo adatto a montaggio in una gondola aerodinamica sostenuta su un aereo, il perfezionamento comprendente: una fascia di ventilatore integrata nella gondola, la gondola contenendo elementi strutturali per sostenere almeno una porzione del motore centrale, una pluralità di elementi di sostegno collegati alla gondola alla carcassa del motore, detti elementi di sostegno essendo collegati in modo rimuovibile alla carcassa; e mezzi per collegare in modo liberabile il ventilatore al motore centrale.
2. 2. Il turbomotore a gas di rivendicazione 1, nel quale detti elementi di sostegno comprendono pale di guida di uscita.
3. 3. Il turbomotore a gas di rivendicazione 1 contenente un’ogiva di ventilatore accoppiata in modo liberabile a dette pale di ventilatore.
4. 4. Il turbomotore a gas di rivendicazione 1, nel quale detta fascia di ventilatore comprende un elemento strutturale di detta gondola.
5. 5. Metodo per montare un turbomotore a gas ad alto rapporto di derivazione ad un aereo, l’aereo contenendo una gondola aerodinamica per ricevere il motore, la gondola contenendo una fascia integrale cilindrica di ventilatore formante una porzione strutturale di sostegno della gondola e contenendo inoltre elementi strutturali per attacare la gondola all’aereo, il motore contenendo una porzione centrale e un ventilatore scollegabile, la porzione centrale essendo racchiusa entro una carcassa strutturale, il metodo comprendendo le fasi di: collegare una pluralità di elementi di sostegno di motore diretti radialmente ad una superficie interna della porzione strutturale di sostegno della carenatura; posizionare il motore centrale entro gli elementi di sostegno; collegare ciascuno degli elementi di sostegno alla carcassa di motore per sostenere almeno un estremo del motore entro la carenatura; collegare le pale di ventilatore al motore posizionate in modo da ruotare entro le fasce integrali.
6. 6. Il metodo di rivendicazione 5 contenente la fase di attaccare un’ogiva di ventilatore al ventilatore.
7. 7. Metodo per rimuovere un turbomotore a gas ad alto rapporto di derivazione da una gondola strutturale in cui almeno una porzione della gondola agisce come fascia di ventilatore, il motore contenendo una porzione di fascia e una porzione centrale, con la porzione centrale sostenuta dalle pale di guida di uscita attaccate alla gondola, il metodo comprendendo le fasi di: rimuovere un'ogiva di ventilatore dal motore; scollegare ciascuna delle pale di ventilatore dal motore e rimuovere ciascuna successivamente da entro la gondola; scollegare le pale di guida di uscita dai loro corrispondenti collegamenti alla carcassa di motore; staccare un sostegno posteriore di motore; far scivolare il motore in direzione posteriore fuori dalla gondola e rimuovere il motore distaccato dall'aereo.
8. 8. Motore a turboventilatore comprendente: un modulo di statore trasportabile come singola unità e contenente una carcassa integrata di ventilatore, un cofano di ventilatore e un ingresso; un modulo di rotore trasportabile come singola unità e contenente un motore centrale con un rotore di ventilatore ruotabile; mezzi per attaccare in modo rimuovibile detto modulo di rotore a detto modulo di statore; una pluralità pale di ventilatore attaccate in modo rimuovibile a detto rotore di ventilatore.
9. 9. Il motore a turboventilatore di rivendicazione 8 , nel quale detto modulo di statore contiene anche, integrato con il medesimo, una pluralità di montanti di ventilatore avente ciascuno un estremo libero e nel quale detti mezzi contengono mezzi per attaccare in modo rimuovibile detto modulo di rotore a detti estremi liberi di detto montanti di ventilatore.
10. 10. Il motore a turboventilatore di rivendicazione 9, nel quale almeno alcuni di detti montanti di ventilatore comprendono pale strutturali di guida di uscita che sporgono generalmente in modo perpendicolare rispetto all’asse centrale di detto modulo di statore.
11. 11. Il motore a turboventilatore di rivendicazione 10, nel quale il resto di detti montanti di ventilatore sporgono generalmente in modo obliquo verso l’asse centrale di detto modulo di statore.
12. 12. Il motore a turboventilatore di rivendicazione 8, contenente anche un’ogiva attaccata in modo rimuovibile a detto rotore di ventilatore.
13. 13. Motore a turboventilatore comprendente: un modulo di statore trasportabile come singola unità e contenente una carcassa di ventilatore integrata, un cofano di ventilatore, un ingresso e una pluralità di montanti di ventilatore avente ciascuno un estremo libero nel quale almeno alcuni di detti montanti di ventilatore comprendono pale di guida di uscita strutturali che sporgono generalmente in modo perpendicolare verso l’asse centrale di detto modulo di statore e il resto di detti montanti di ventilatore sporgono generalmente in modo obliquo verso l’asse centrale di detto modulo di statore; il modulo di rotore trasportabile come singola unità e contenente un motore centrale con un rotore di ventilatore ruotabile; mezzi per attaccare in modo rimuovibile detto modulo di rotore a detti estremi liberi di detti montanti di telaio; una pluralità di pale di ventilatore attaccata in modo rimuovibile a detto rotore di ventilatore; un’ogiva attaccata in modo rimuovibile a detto rotore di ventilatore.
14. 14. Metodo per assiemare un motore a turboventilatore avente un modulo di rotore contenente un motore centrale con un rotore di ventilatore rotante ed avente un modulo di statore contenente una carcassa integrata di ventilatore, un cofano di ventilatore e un ingresso, detto metodo comprendendo le fasi di: attaccare in modo rimuovibile detto modulo di rotore come singola unità a detto modulo di statore; attaccare in modo rimuovibile una pluralità di pale di ventilatore a detto rotore di ventilatore.
15. 15. Metodo per assiemare un motore a turboventilatore avente un modulo di rotore contenente un motore centrale con un rotore di ventilatore ruotabile ed avente un modulo di statore contenente una carcassa di ventilatore integrata, un cofano di ventilatore, un ingresso e una pluralità di montanti di ventilatore, ciascuno avente un estremo libero, detto metodo comprendendo le fasi di: attaccare in modo rimuovibile detto modulo di rotore come singola unità a detti estremi liberi di detti montanti di ventilatore; e attaccare in modo rimuovibile una pluralità di pale di ventilatore a detto rotore di ventilatore,