PT781896E

PT781896E - Rotor de turbina para turbina de impulso

Info

Publication number: PT781896E
Application number: PT96120835T
Authority: PT
Inventors: Werner Trojahn
Original assignee: Joisten & Kettenbaum Gmbh & Co
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1996-12-23
Publication date: 2001-11-30
Also published as: ATE202184T1; EP0781896B1; ES2107989T1; ES2107989T3; DK0781896T3; DE59607082D1; JPH09287401A; DE29520650U1; EP0781896A1

Description

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DESCRIÇÃO "ROTOR DE TURBINA PARA TURBINA DE IMPULSO" A presente invenção refere-se a um rotor de turbina para turbinas de accionamento, em especial de máquinas ferramenta para trabalho de metais, constituído por um corpo de rotor em forma de disco com uma abertura de apoio ao centro e, concentricamente com esta, na periferia, com aberturas de entrada dispostas numa superfície lateral do disco, destinadas à passagem de ar dos canais de passagem de ar de accionamento, existentes no interior do corpo do disco, que vão desembocar em aberturas de saída situadas na periferia do disco e um troço de fluxo de saída situado no interior do corpo do disco que permite a saída do fluxo em direcção à superfície periférica do disco.

Um rotor de turbina deste tipo ficou a ser conhecido através da patente DE-12 16 616 C. Neste rotor de turbina, conhecido, os canais de ar de accionamento são fendidos lateralmente e terminam na superfície de impacto, de modo que não apresentam quaisquer aberturas de entrada discerníveis.

Além disso, são também conhecidos rotores de turbina cujas aberturas de saída dos canais de ar de accionamento se encontram no lado oposto da superfície lateral do corpo do rotor. Estes rotores de turbina, conhecidos, têm nas suas superfícies periféricas cavidades em forma de bolsa que constituem as superfícies de ataque do ar de accionamento que é soprado contra o rotor de turbina. O rendimento destes rotores de turbina, conhecidos, piora a partir de 70 a 75 % do número de rotações limite dos rotores de turbina. 1 <r Γ\ w »*·;

A presente invenção tem como objectivo introduzir num rotor de turbina, do tipo anteriormente descrito, melhoramentos que proporcionem um rendimento melhor em especial, também, a elevados números de rotações, da ordem do número de rotações limite.

De acordo com a invenção este objectivo atinge-se quando os canais de ar de accionamento apresentem um troço aproximadamente axial cuja abertura de entrada tenha a forma de uma elipse cujo eixo menor se encontre sobre o plano médio radial e o eixo maior seja perpendicular a este último. No rotor de turbina de acordo com a invenção, consegue-se um fluxo de entrada sensivelmente axial e um fluxo de saida aproximadamente radial do ar comprimido de accionamento. 0 fluxo de saida, radial, forma neste caso, uma componente normal de grande eficácia que se mantém ao longo de um ângulo de rotação de grande amplitude. Além disso, o guiamento do ar comprimido de accionamento dá lugar a uma melhor evacuação do ar, visto que, na altura do impacto do ar comprimido de accionamento, a componente de força radial que se gera é reforçada pela força centrífuga, melhorando-se, assim, a evacuação do ar. A evacuação eficaz do ar proveniente dos canais de ar de accionamento é de grande importância dado que, a verificar-se um represamento do ar comprimido, se restringe a entrada de ar novo nos canais de ar de accionamento. Por meio da configuração dos canais de ar de accionamento, de acordo com a invenção, pode-se optimizar o desvio de direcção do fluxo de ar de accionamento no interior do rotor de turbina, fazendo-o passar de uma direcção aproximadamente axial para uma direcção radial de saída do fluxo, de tal modo que se cria uma componente normal de grande dimensão e, portanto, se dá uma rápida evacuação do ar. 2

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Formas vantajosas de realização da invenção constituem objecto das reivindicações subordinadas. A invenção será explicada em pormenor pela descrição feita a seguir de exemplos de formas de realização representadas nos desenhos. Estes mostram: a Fig. 1, um alçado lateral de um rotor de turbina de acordo com a invenção, parcialmente em corte; a Fig. 2, uma planta do rotor de turbina representado Fig. 1; a Fig. 3, uma vista de parte de um rotor de turbina de acordo com a invenção, parcialmente em corte, em conjunto com a tubeira de sopragem e a tubeira de frenagem; a Fig. 4, uma vista tomada no sentido da seta IV da Fig. 1; a Fig. 5 uma vista em conformidade com a da Fig. 4 de uma outra forma de realização de um rotor de turbina de acordo com a invenção.

Como se pode ver na Fig. 1, o rotor de turbina de acordo com a presente invenção é constituído por um corpo do rotor 1, em forma de disco. Um rotor de turbina deste tipo tem, por exemplo, um diâmetro de cerca de 25 - 100 mm e uma espessura de, por exemplo, cerca de 6 - 10 mm. O corpo do rotor 1 tem, ao centro, uma abertura de apoio 2 que fica apoiada, por exemplo, num veio, que não se encontra representado. Concêntricas com esta abertura de apoio 2 encontram-se dispostas, numa das faces laterais do disco 3, na periferia exterior, aberturas de entrada 4 de canais de ar de accionamento 5. No exemplo de forma de realização representado, as aberturas de entrada 4 estão distribuídas na periferia da face lateral do disco 3 com um passo de cerca de 9o. Os canais de ar de accionamento 5 possuem um troço de fluxo de ataque 6, sensivelmente axial, e um troço de saída 8, no interior do corpo do disco, dirigido para a superfície periférica 7 do disco. As aberturas de 3 7 X f· X Λ λ’Λ/' entrada 4 continuam-se por depressões em forma de calotes esféricas 9 previstas na superfície lateral 3 do disco, prolongando-se a partir do fundo dessas depressões os troços de ataque 6 de cada um dos canais de ar de accionamento 5, que se desenvolvem no interior do corpo do rotor 1. No exemplo de forma de realização representado, as aberturas de entrada 4 têm a forma de uma elipse. Como se pode depreender, em especial da Fig. 4, o eixo longitudinal X-X de cada troço de ataque 6 de cada canal de accionamento 5 faz um ângulo agudo com um plano radial médio Y-Y que passa pelo centro da abertura de entrada 4, elíptica, olhando segundo a direcção de accionamento Z do rotor de turbina. 0 eixo longitudinal está, neste caso, assente sobre um plano transversal perpendicular ao plano médio Y-Y. 0 eixo longitudinal X-X do troço de ataque 6 passa, neste caso, pelo foco dianteiro da abertura de entrada 4, elíptica, olhando-se segundo a direcção de accionamento. Por meio desta forma de realização, em ligação com a abertura de entrada 4, elíptica, o fluxo do ar de ataque do ar de accionamento actua ao longo de um grande ângulo de rotação, prevendo, ainda, a invenção uma tubeira de saída 11 para o ar de accionamento, disposta lateralmente no corpo do rotor 1, destinada ao ar de saída, que esteja disposta de maneira que as suas aberturas das tubeiras sejam formadas de tal modo e com uma configuração tal que as aberturas de saída 12, na posição máxima de insuflação, sejam coaxiais com a abertura de entrada 4, veja-se a Fig. 4, quando as duas aberturas ficam sobrepostas, sendo a abertura de saída 12 da tubeira de entrada 11 menor que a/igual à abertura de entrada 4. 0 eixo longitudinal A-A da tubeira de saída 11, veja-se a Fig. 4, está inclinado em relação à face lateral 3 do disco, designadamente, de preferência de um ângulo agudo inferior a 45°. As aberturas de entrada 4 são configuradas de tal modo que o eixo maior fique sobre um plano inclinado perpendicular ao eixo radial central Y-Y passando pelo centro 4

\

/ da abertura de entrada 4, elíptica 8 o eixo menor se encontre sobre o plano radial médio.

Como se pode depreender, em especial das Figs. 1 e 2, os troços 8 de saída do fluxo dos canais de ar de accionamento 5, apresentam aberturas de saída 14 que se encontram situados na superfície periférica 7 e designadamente, de preferência, nas bolsas de frenagem 15 ai formadas. 0 eixo longitudinal B-B de cada troço de saída de fluxo 8 dos canais de ar de accionamento 5 faz um ângulo agudo com o plano radial médio Y-Y olhando no sentido contrário ao sentido de rotação Z. Deste modo, verifica-se, de acordo com a invenção, uma saída do ar de accionamento retardada em relação ao movimento de rotação do corpo do rotor 1, melhorando-se o escape do ar dos canais de ar de accionamento 5 e ao mesmo tempo, o ar de accionamento, ao fluir para o exterior, cria uma componente do accionamento eficaz. As bolsas de frenagem 15 possuem uma superfície de fundo 16 perpendicular ao eixo longitudinal B-B do troço de fluxo de saída, superfície de fundo essa onde se encontra a abertura de saída 14 e uma superfície de impacto 17 que define com a superfície de fundo 16 um ângulo maior que 90° e menor que 180°. Estas bolsas de frenagem 15 actuam em conjunto com uma tubeira de ar de frenagem 18 que se encontra disposta na periferia do corpo do rotor 1 de tal modo que a abertura de saída 19 da tubeira de ar de frenagem seja concordante com o contorno periférico do corpo do rotor 1. A tubeira de ar de frenagem 18 está, neste caso, orientada em relação ao corpo do rotor 1 de tal modo que o seu eixo longitudinal D-D ocupe uma posição em que a abertura de saída 19 fique alinhada com a abertura da bolsa de frenagem 15, formando um ângulo obtuso com a superfície de impacto 17. A configuração da superfície de impacto 17, de acordo com a concepção prevista pela invenção, pode ter um tamanho, forma e ângulo de ataque que lhe confira um efeito de frenagem optimizado. 5

Na Fig. 5 está representada uma forma de construção designada por construção-duplex de um rotor de turbina de acordo com a invenção. Nesse caso, as mesmas peças representadas nas Figs. 1 a 4 estão assinaladas com as mesmas referências numéricas. Nesse rotor de turbina é feita uma descarga de ar comprimido dos dois lados do rotor de turbina por meio de duas tubeiras de sopragem 11, dispostas dos dois lados do rotor de turbina, que são alimentadas nas aberturas de entrada 4 por meio de canais de ar de accionamento 5, independentes. Além disso, encontram-se dispostas na periferia do corpo do rotor 1 duas tubeiras de sopragem de ar de frenagem 18 que podem soprar, separadamente, de cada lado, em direcção às bolsas de frenagem 15. Por meio desta acção de pressão de ambos os lados do rotor da turbina atinge-se um factor de aumento de potência de cerca de 2, mas, no entanto, a ocupação de espaço no sentido longitudinal é apenas de 60%. Em virtude de os dois circuitos de ar de accionamento e de frenagem estarem separados tem-se a possibilidade de se efectuarem variações significativas dos accionamentos de ar comprimido e de frenagem por ar comprimido em relação ao que se conseguia com os percursos únicos do ar de accionamento e do ar de frenagem. 0 âmbito da presente invenção não fica limitado ao exemplo de forma de realização apresentado, abrangendo, pelo contrário, também, todas as formas de realização que tenham o tipo de funcionamento que constitui objecto da presente invenção. Assim, pode prever-se, também, uma outra distribuição das aberturas de entrada ao longo da periferia do rotor de turbina.

Lisboa, 6 de Setembro de 2001.

çAgENTF: OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL 6

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Rotor de turbina para turbinas de accionamento, em especial de máquinas ferramenta para trabalho de metais, constituído por um corpo de rotor (1) em forma de disco com uma abertura de apoio (2), ao centro e, concentricamente com esta, na periferia, com aberturas de entrada (4) dispostas numa superfície lateral (3) do disco, destinadas à passagem de ar dos canais de passagem de ar de accionamento (5), existentes no interior do corpo do disco, que vão desembocar em aberturas de saída (14) situadas na periferia (7) do corpo do disco (1) e um troço de fluxo de saída (8) situado no corpo do disco (1) que permite a saída do fluxo em direcção à superfície periférica do disco (7), caracterizado por os canais de ar de accionamento (5) apresentarem um troço de fluxo de ataque (6) cuja abertura de entrada (4) tem a forma de uma elipse cujo eixo menor fica sobre o plano radial médio (Y-Y) e cujo eixo maior é perpendicular ao àquele.
2. Rotor de turbina de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por o eixo longitudinal (X-X) do troço de fluxo de ataque (6) fazer um ângulo agudo em relação ao plano radial médio (Y-Y) e se encontrar sobre um plano perpendicular ao plano médio (Y-Y) que passa pelo ponto médio da abertura de entrada (4), olhando no sentido da rotação do accionamento (z) do rotor de turbina.
3. Rotor de turbina de acordo com as reivindicações 1 ou 2 caracterizado por o eixo longitudinal (B-B) do troço de fluxo de saída (8) fazer um ângulo agudo em relação ao 1

V i \1 í a AT-*r -Vv.·· plano radial médio (Y-Y) olhando no sentido contrário ao da rotação de accionamento (Z).
4. Rotor de turbina de acordo com uma das reivindicações 1 a 3 caracterizado por as aberturas de saída (14) se encontrarem cada uma numa bolsa de frenagem (15) situada na superfície periférica (7) do disco.
5. Rotor de turbina de acordo com a reivindicação 4 caracterizado por as bolsas de frenagem (15) apresentarem uma superfície de fundo (16) perpendicular ao eixo . longitudinal (B-B) do troço do fluxo de saída (8) na qual se situa a abertura de saída (14) e uma superfície de impacto (17) que faz com ela um ângulo maior que 90° e menor que 180°.
6. Rotor de turbina de acordo com uma das reivindicações 1 a 5 caracterizado por o eixo longitudinal (X-X) do troço do fluxo de ataque (6) dos canais de ar de accionamento (5) passar pelo foco dianteiro da abertura de entrada (4), elíptica, olhando no sentido de accionamento (Z) do corpo do rotor (1).
7. Rotor de turbina de acordo com uma das reivindicações 1 a 6 caracterizado por o corpo do disco apresentar nas suas duas superfícies periféricas (3) aberturas de entrada (4) associadas a canais de ar de accionamento (5) respectivos que desembocam em aberturas de saída (14) previstas na superfície periférica (7) do disco.
8. Turbina com um rotor de turbina de acordo com uma das reivindicações 1 a 7 caracterizada por na periferia do corpo do rotor (1) se encontrar situada uma tubeira de ar de frenagem (18) para sopragem de ar de frenagem, tendo as 2 aberturas de saída (19) uma configuração adequada ao contorno da periferia do corpo do rotor (1) e ao tamanho das bolsas de frenagem (15).
9. Turbina de acordo com a reivindicação 8 caracterizada por ao lado das aberturas de entrada (4) se encontrar disposta uma tubeira de sopragem (11) para o ar de accionamento, tendo as aberturas das tubeiras (12) uma configuração tal que as aberturas das tubeiras (12) na posição de sopragem máxima ficam coaxiais com cada uma das aberturas de entrada (4) e apresentam uma forma adequada à das aberturas de entrada (4).
10. Turbina de acordo com a reivindicação 9 caracterizada por em cada superfície lateral do disco se encontrar uma tubeira de sopragem (11) e na periferia se encontrarem dispostas duas tubeiras de ar de frenagem (18).

Lisboa, 6 de Setembro de 2001. rAftENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL 3