BR0100566B1 - envoltàrio de compressor bem como lÂmina de rotor de compressor. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ENVOLTÓ-RIO DE COMPRESSOR BEM COMO LÂMINA DE ROTOR DE COMPRESSOR".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se, em geral a motores com turbinasa gás e, mais especificamente, aos compressores dos mesmos.

Um motor com turbina a gás com ventoinha tipo turbo, incluiuma ventoinha seguida subseqüentemente por um compressor axial de es-tágios múltiplos, cada um incluindo uma fileira de lâminas de rotor espaça-das circunferencialmente, tipicamente atuando em conjunto com hélices deestator. As lâminas operam em velocidades de rotação, o que pode resultarem um fluxo de ar de subsônico a supersônico, criando um choque corres-pondente. Esse choque introduz perdas de pressão e reduz a eficiência.

Lâminas de ventoinha são a forma maior de lâminas de com-pressor, cujas pontas radialmente externas experimentam a velocidade rela-tiva mais alta e ficam sujeitas a fortes ondas de choque de passagem e debordas de ataque.

Um envoltório estacionário envolve as lâminas de rotor e incluiuma superfície radialmente interna, que define uma cobertura que forma umpequeno espaçamento radial de ponta, em relação às lâminas de rotor, du-rante a operação. À medida em que as lâminas comprimem ou bombeiamum fluxo de ar entre as passagens de fluxo definidas entre lâminas adjacen-tes, se cria um diferencial de pressão entre os lados opostos de pressão ede sucção de cada lâmina. Este diferencial de pressão leva uma porção doar pressurizado a fluir através espaçamento nas pontas das lâminas e reduza eficiência do bombeamento.

Além disso, o fluxo de ar que vaza sobre as extremidades delâmina, tipicamente rola por cima de um vórtice próximo à cobertura do en-voltório, o que gera uma perda significativa da eficiência e um bloqueio dofluxo aerodinâmico.

A capacidade de bombeamento de fluxo de um estágio de rotorde compressor é a sua capacidade de minimizar o fluxo de ar através daspassagens entre lâminas adjacentes. O bombeamento deveria ser efetuadocom uma eficiência máxima e com uma margem adequada na perda da ve-locidade e de regulagem de válvula. Um vazamento de aerofólio nas extre-midades de lâmina gera um bloqueio de fluxo aerodinâmico nestas porçõesexternas e da passagem do fluxo entre extremidades adjacentes, o que di-minui a capacidade e a eficiência de bombeamento.

A presença de ondas de impacto nas extremidades de lâminaaumenta este problema. À medida em que as extremidades de vórtice pas-sam através da onda de impacto, ocorre uma rápida difusão de ar com per-das de pressão correspondentes e aumento no bloqueio de fluxo aerodinâ-mico.

Assim sendo, é desejável que seja provido um envoltório decompressor aperfeiçoado e extremidades de lâmina que atuam em conjuntopara a redução do vórtice de extremidade relacionado à perda de desempe-nho e bloqueio de fluxo para a melhora da eficiência de bombeamento emargem de regulagem de válvula.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um envoltório de compressor inclui uma superfície interna axial-mente convexa para o envolvimento de uma fileira de lâminas de rotor, comafastamentos radiais entre as mesmas. As extremidades das lâminas com-plementam o contorno do envoltório para a redução de perdas nas extremi-dades destas lâminas e bloqueios de fluxo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A invenção, de acordo com modalidades preferidas em forma deexemplo, em conjunto com outras vantagens o objetivos da mesma, serámais particularmente descrita a seguir na descrição detalhada, tomada emconjunto com os desenhos em anexo, nos quais:

A Figura 1 é uma vista em projeção, axial, em elevação lateral,de uma fileira de lâminas de ventoinha no interior de um envoltório de acor-do com um exemplo de modalidade da presente invenção.

A Figura 2 é uma vista radial, na direção e visualização de frentepara a parte posterior de uma porção da ventoinha e do envoltório ilustradona Figura 1 e tomada ao longo da linha 2 - 2.

A Figura 3 é uma vista plana de topo das lâminas de ventoinhailustradas na Figura 2 e tomada ao longo da linha 3 - 3.

A Figura 4 é uma vista lateral, axial, ampliada da e três extremi-dades de lâminas adjacentes na circunferência, no interior do círculo comhachuras indicado por 4 na Figura 1.

A Figura 5 é uma vista lateral, axial, ampliada da extremidade delâmina e do envoltório, atuando em conjunto, de acordo com outra modalida-de da presente invenção.

A Figura 6 é uma vista em projeção axial, em elevação lateral,de uma fileira de lâminas de compressor, subseqüentes a uma fileira de héli-ces de estator de acordo com outra modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Ilustrado na Figura 1 se encontra uma ventoinha 10 de umexemplo de motor de turbina a gás com ventoinha tipo turbo, mostrado ape-nas em parte. A ventoinha 10 fica de forma assimétrica em torno de um eixoaxial de linha central 12.

A ventoinha inclui uma fileira de aerofólios ou pás de hélice es-paçadas pela circunferência 14, em forma de exemplo de lâminas de ventoi-nha de rotor, como ilustrado nas Figuras 1 - 3. Como inicialmente ilustradona Figura 3, cada um dos aerofólios 14 inclui uma lateral, em geral côncava,de pressão 16 e uma lateral de sucção 18, oposta na circunferência, geral-mente convexa, se estendendo longitudinalmente ou radialmente de formaexpandida ao longo das seções transversal e radial, radialmente a partir daraiz interna 20 para uma extremidade radialmente externa 22.

Como ilustrado na Figura 1, cada aerofólio 14 se estende radial-mente para o exterior, ao longo de um eixo radial 24, ao longo do qual asseções que variam radial e transversalmente do aerofólio podem ser defini-das. Cada aerofólio também inclui bordas de condução e de encaminha-mento espaçadas de forma axial ou pelo segmento de circunferência, 26 e28 entre as quais as laterais de pressão de sucção se estendem de maneiraaxial.Como ilustrado na Figura 3, cada seção radial ou transversal doaerofólio apresenta um segmento de circunferência convencional reto entreas bordas de condução e encaminhamento, bem como uma linha de curva-tura arqueada entre as mesmas. O aerofólio se torce a partir da raiz para aextremidade para um atuação conjunta com o ar 30, canalizado neste du-rante a operação. As seções de segmento de circunferência variam de ân-gulo de torção A, a partir da raiz para a extremidade de forma convencional.

A trajetória de fluxo para o ar canalizado entre os aerofólios seliga radial e externamente através de uma ventoinha anelar ou envoltório decompressor 32 e radial e internamente através de plataformas integradascorrespondentes 34 de cada lâmina na qual se localizam as raízes 20. Umrabo de pomba convencional 36 une integralmente cada lâmina a um discode rotor 38, apresentando fendas de junção de encaixe axiais complementa-res para a retenção radial das lâminas nas mesmas.

Com referência novamente à Figura 1, as lâminas de ventoinha14 se encontram ilustradas no interior de um envoltório anelar exemplar 32.A dimensão e a configuração das lâminas são tipicamente especificadas pa-ra a obtenção de uma quantidade máxima desejada de capacidade de fluxode bombeamento da ventoinha, expresso em massa por segundo. A ventoi-nha, inicialmente, se designa para maximizar a eficiência de compressãocom uma quantidade aceitável perda de velocidade ou margem de regulagem de válvula.

As extremidades de lâmina estão tipicamente dimensionadas econfiguradas para prover um espaçamento ou afastamento substancialmen-te uniforme B, em relação ao envoltório 32, para minimizar o vazamento defluxo através do mesmo, durante a operação, enquanto impedem ou redu-zem uma esfregação indesejada das extremidades de encontro ao envoltó-rio. Um envoltório convencional (não ilustrado) é axialmente reto, com cadasuperfície axial interna faceando as extremidades de lâmina, ou com umasuperfície cônica convergente ou divergente faceando as extremidades.

Em vista da quantidade substancial de torção de lâmina, típicaem lâminas de ventoinha de primeiro estágio, as extremidades de lâmina seestendem, em parte pela circunferência, em torno da superfície interna doenvoltório e devem, necessariamente, ser radial e externamente encurvadaspara que se obtenha o espaçamento de extremidade, uniforme, desejado nointerior do envoltório cilíndrico ou cônico.

As configurações das lâminas adjacentes são tipicamente desig-nadas para efetuar uma passagem de fluxo 40 apresentando um formatoconvergente - divergente, a partir da proximidade das extremidades de lâmi-na, como ilustrado na Figura 3, para uma desaceleração de fluxo de ar, en-tre as bordas de condução e de encaminhamento. O formato interno da pas-sagem de fluxo, para baixo em direção a raiz de lâmina apenas diverge. Adifusão ocorre na passagem de fluxo com uma pressão estática aumentan-do à medida em que a velocidade decresce. A extremidade do vórtice atuacomo um bloqueio a fim de limitar a elevação da pressão estática.

Uma vez que as lâminas de ventoinha podem experimentar umnúmero Mach de fluxo alto nas extremidades das mesmas, a extremidadede vórtice 30v, como ilustrada de forma esquemática nas Figuras 3 e 4, po-de interagir com ondas de impacto. A extremidade supersônica de lâminapode criar ondas oblíquas de impacto, que emanam a partir das bordas decondução da lâmina e uma onda de impacto normal, residindo na passagementre lâminas adjacentes. Como indicado acima, as perdas de pressão devi-do às extremidades de vórtices são adicionalmente acrescidas por estas for-mas de impacto de extremidade com decréscimo da capacidade de bombe-amento e eficiência dè compressão.

De acordo com a presente invenção, o envoltório de ventoinha32, ilustrado na Figura 1 apresenta uma superfície interna radialmente con-tornada, específica, definindo uma cobertura estacionária, a qual, pelo me-nos em parte, é axialmente convexa, para o envolvimento da fileira de lâmi-nas de rotor 14, dispostas coaxialmente no interior do mesmo, com as extre-midades de lâmina 22 se encontrando de forma complementar ao contornodo envoltório para configuração de um espaçamento substancialmente uni-forme B entre as mesmas.

Como ilustrado de maneira exageradamente ampliada na Figura4, a superfície interna do envoltório 32 se estende axialmente para envolveras lâminas 14, a partir da borda de condução para a borda de encaminha-mento 26, 28; sendo axialmente convexa, pelo menos ao longo de uma por-ção posterior da mesma 32a, a fim de envolver as extremidades de lâminanas bordas de encaminhamento 28. Uma vez que as extremidades de lâmi-na 22 complementam o contorno axial do envoltório, cada extremidade delâmina inclui uma parte posterior 22a, a qual é radial, internamente côncava,pelo menos na parte posterior axial, a partir da borda de encaminhamento,em direção à borda de condução 26. Desta forma, as porções posterioresque se faceiam radialmente das extremidades de lâmina 22 e a superfícieinterna do envoltório, se complementam reciprocamente, com as primeirassendo radial, internamente côncavas e a última sendo radial, internamenteconvexa na direção axial para configurar um espaçamento uniforme B entreas mesmas.

O contorno axial da superfície interna do envoltório, ilustrada naFigura 4 é apenas um componente da configuração tridimensional (em 3D)complexa das passagens de fluxo correspondentes 40, definidas entre as lâ-minas adjacentes na circunferência 14. As configurações de seção radialdas lâminas a partir da borda de condução para a borda de encaminhamen-to são convencionalmente definidas para maximizar a capacidade de bom-beamento de fluxo e a eficiência de compressão, com uma margem de per-da de velocidade apropriada. Cada passagem de fluxo 40 inclui uma área deindução convencional 40a, como ilustrado nas Figuras 3 e 4. A área de indu-ção se estende a partir da lateral de pressão na borda de condução de umalâmina para a lateral de sucção, posterior à borda de condução da lâminaadjacente próxima e define aquela área que engloba a primeira onda de ex-pansão de pressão coberta, durante a operação.

Imediatamente após a área de indução 40a se encontra a embo-cadura de passagem 40b, que se estende a partir da lateral de pressão naborda de condução de uma lâmina, em geral perpendicular à porção corres-pondente de lateral de sucção da próxima lâmina adjacente posterior, a par-tir da borda de condução e da área de indução.A passagem de fluxo converge de sua boca para sua gargantaou estreitamento 40c de área apropriada mínima, disposta, em geral, de for-ma posterior à região de segmento médio de circunferência das lâminas, apartir da qual a passagem de fluxo diverge para uma saída 40d, apresentan-do uma área maior de descarga e definida entre a lateral de sucção e a bor-da de encaminhamento da lâmina, em geral, perpendicular à lateral de pres-são da próxima lâmina adjacente à frente da borda de encaminhamento damesma.

O contorno convergente - divergente de cada passagem de fluxo40 desacelera o fluxo de ar em vez de pressurizar este ar à medida em queocorre uma difusão na direção axial, quando o ar flui entre as lâminas deventoinha.

O significado do contorno preferido de envoltório 32, pode seradicionalmente observado com o exame da Figura 5, na qual os contornosdo envoltório e a lâmina de ventoinha complementar se encontram ilustra-dos de forma exagerada. Ilustrado com linha hachuriada no interior do en-voltório 32 se encontra uma configuração convencional cônica do mesmo,que atua em conjunto com uma extremidade de lâmina cônica reta de umalâmina de ventoinha convencional, ilustrada em linha tracejada, em perfilaxial. Por meio da formação da porção posterior 32a da superfície axialmen-te convexa interna do envoltório, a montante das bordas de lâmina de enca-minhamento, pode ser obtida uma redução local na difusão da extremidadedo vórtice, gerada durante a operação.

Com a redução da difusão na extremidade do vórtice se reduz,de forma correspondente, as perdas de pressão do mesmo e o bloqueio defluxo aerodinâmico, tanto para aumento da capacidade de fluxo de bombea-mento, quanto da eficiência de compressão, dentro das restrições de umaventoinha particularmente dimensionada. Os diâmetros externos das lâmi-nas de ventoinha em suas bordas de condução e de encaminhamento e osdiâmetros internos correspondentes das porções de envoltório opostas po-dem permanecer os mesmos, com valores convencionais, contudo com umrecontorno melhorado da superfície axialmente interna entre os mesmos pa-ra uma melhora localizada do desempenho aerodinâmico.

A porção convexa posterior 32a da superfície interna de envoltó-rio pode ser desenvolvida de diversas formas, inclusive continuamente ar-queada ou segmentada em porções cônicas, conforme desejado. A partir daporção posterior, o envoltório pode então ser apropriadamente contornado afim de retornar ao diâmetro interno fornecido, exterior às bordas de lâmina.

Mais especificamente e com referência às Figuras 4 e 5, a su-perfície interna de envoltório ainda inclui uma porção anterior 32b, dispostaaxialmente a montante da porção posterior 32a, para envolvimento das ex-tremidades de lâmina nas bordas de condução 26 das mesmas. A porçãoanterior de envoltório 32b apresenta um diâmetro maior em torno do eixo delinha central da ventoinha, do que o da porção posterior 32a e com isso, oenvoltório converge entre as mesmas.

Por exemplo, a superfície interna de envoltório, de preferência,também inclui uma porção intermediária 32c, disposta axialmente entre asporções anterior e posterior 32b, a, a qual converge entre as mesmas na di-reção posterior.

As extremidades de lâmina complementares 22 ainda incluemuma parte axialmente anterior 22b e uma parte intermediária ou de segmen-to médio de circunferência 22c, axialmente alinhada com as porções corres-pondentes do envoltório. As partes respectivas das extremidades de lâminavariam em contorno com as porções correspondentes da superfície internade envoltório em volta das mesmas, entre as bordas de condução e de en-caminhamento das lâminas, a fim de manter um afastamento radial B, subs-tancialmente uniforme entre as mesmas. Uma vez que a porção intermediá-ria de envoltório 32c converge em uma direção a jusante, a parte intermedi-ária 22c da extremidade de lâmina também converge ou se inclina para o in-terior, em perfil, na direção axial, entre as partes anterior e posterior das mesmas.

A superfície interna do envoltório 32 é, de preferência, confor-mada para criar uma distribuição axial melhorada de pressão estática parauma redução local de difusão da extremidade de vórtice, a fim de melhorar odesempenho aerodinâmico. Além disso, a redução local na difusão reduztambém adicionalmente a força do impacto normal para aplicações supersô-nicas, o que, por sua vez, reduz o grau de difusão de vórtice através desteimpacto.

Uma vez que a extremidade de vórtice fica sujeita a um grau deelevação de pressão estática menos severo, posterior ao impacto, isso ten-de a reduzir ainda mais as perdas de pressão e reduzir ou impedir a migra-ção do vórtice em direção à lateral de pressão da lâmina adjacente.

A redução da força normal de impacto e a perda de pressão novórtice inferior e o bloqueio de fluxo no vórtice inferior, tudo isso contribui pa-ra uma maior eficiência rotor de compressor, com uma capacidade melhora-da de bombeamento e um aumento da faixa de regulagem de válvula. Se-gundo um projeto analisado, utilizando-se uma análise de fluxo viscoso tridi-mensional em um rotor transônico, com uma alto fluxo específico, um envol-tório com contorno de acordo com um exemplo de modalidade da presenteinvenção, resultou em um aumento significativo de fluxo total de ar e umaeficiência correspondentemente mais alta de rotor com a mesma velocidadede rotação, quando comparado a um projeto ou design convencional de en-voltório cônico.

No exemplo de modalidade ilustrado na Figura 4, a porção ante-rior de envoltório 32b, sobre as bordas de condução de lâmina apresentaum diâmetro externo maior, a partir da linha central de eixo da ventoinha doque o da porção posterior de envoltório 32a, sobre as bordas de encaminha-mento de lâmina. O contorno da superfície interna de envoltório é, de prefe-rência, selecionado para uma abertura local da área de indução e do estrei-tamento das passagens de fluxo, enquanto que a saída ou área de descar-ga das passagens de fluxo permanece a mesma para uma determinada apli-cação. Isso também reduz a curvatura efetiva em alta velocidade da ventoi-nha para um aumento do fluxo total de bombeamento com uma eficiênciaaumentada de compressão.

Uma vez que os diâmetros externos das bordas de condução delâmina e das bordas de encaminhamento de lâmina são, de preferência, es-pecificados para um desenho particular de ventoinha, e considerando-se ocontorno axial aperfeiçoado das porções posteriores e anteriores de envoltó-rio 32b, a, a porção intermediária de envoltório 32c, preferivelmente conver-ge mais do que as porções anterior e posterior 32b, a, a fim de prover umatransição aerodinâmica entre os diferentes locais afetados em torno das bor-das de condução e de encaminhamento das lâminas.

Como indicado acima, a porção posterior de envoltório 32a so-bre as bordas de encaminhamento de lâmina é axialmente convexa e arque-ada na modalidade preferida. Segundo modalidades alternativas, o contornoconvexo da porção posterior de envoltório pode incluir segmentos axialmen-te retos, tais como um ou mais segmentos cônicos sobre a região de bordade encaminhamento das lâminas.

A porção intermediária de envoltório 32c, de preferência, é axial-mente reta em forma de uma seção cônica apresentando um ângulo de incli-nação C, um meio ângulo de cone, o qual é substancialmente maior do queos ângulos de inclinação correspondentes das porções anterior e posterior32b, a. Desta forma, as porções anterior e posterior apresentam uma inclina-ção ou convergência limitada, com a maior parte da inclinação e convergên-cia ocorrendo sobre a porção intermediária de envoltório 32c, corresponden-do ao segmento médio de circunferência até a porção posterior das extremi-dades de lâmina, sendo envolvidos.

A porção anterior de envoltório 32b, de preferência, é axialmentereta onde esta tem início sobre as bordas de condução de lâmina, ou comum raio ou diâmetro interno, em geral, constante ou convergindo levementena forma de uma seção cônica. A porção anterior de envoltório 32b, de pre-ferência, faz a transição para uma forma axialmente arqueada, quando estase une a porção intermediária de envoltório 32c. Desta forma, a porção an-terior de envoltório 32b é axialmente reta em sua parte anterior, sobre a bor-da de condução e, de preferência, axialmente côncava em sua porção pos-terior quando se une à porção intermediária cônica, preferencialmente reta32c. A porção posterior de envoltório 32a então segue, por sua vez, com umcontorno axialmente convexo para complementação do contorno axial híbri-do do envoltório, envolvendo as extremidades de lâmina a partir das bordasde condução para as bordas de encaminhamento das mesmas.

Como indicado acima, o contorno axial das extremidades de lâ-mina 22, à medida em que estas se estendem radialmente para o exterior,em direção à superfície interna do envoltório 32 são complementares às res-pectivas porções das mesmas. Assim sendo, as partes anteriores 22b dasextremidades de lâmina em vista lateral axial, fazem transição a partir daparte reta para a porção axialmente convexa para conjugação ao contornoaxial complementar da porção anterior de envoltório 32b, que faz transiçãode reta para axialmente côncava.

As partes intermediárias 22c das extremi-dades de lâmina são axialmente cônicas para complementar a porção inter-mediária de envoltório axialmente cônica 32c. E1 as partes posteriores 22adas extremidades de lâmina sendo axialmente côncavas para complementara porção posterior de envoltório, axialmente convexa 32a.

Desta forma, o contorno axial da superfície interna do envoltório32, onde este envolve as extremidades de lâmina, a partir das bordas decondução para as bordas de encaminhamento, varia para afetar uma distri-buição axial favorável de pressão estática, para redução da difusão localdos vórtices de extremidade e a força normal de impacto, durante uma ope-ração supersônica, em adição aos benefícios previamente descritos acima.

Como ilustrado na Figura 4, a superfície interna do envoltório 32ainda inclui uma porção de entrada de alimentação anelar 32d, que se es-tende a jusante, a partir da porção anterior 32b, exterior às bordas de con-dução das lâminas 26. A porção de entrada de alimentação 32d pode ser ci-líndrica, conicamente divergente ou conicamente convergente e é coaxial àsoutras porções de envoltório, para a canalização do fluxo de ar 30, no interi-or da mesma. Na Figura 4 a porção de entrada de alimentação 32d é prefe-rencialmente axialmente divergente, e de mistura suavemente à porção an-terior de cobertura 32b, para maximizar a área de indução 40a.

Na modalidade da Figura 5, a porção de entrada de alimentação32d apresenta um diâmetro interno reduzido e se une de forma coaxial àporção anterior de envoltório 32b em uma etapa que se estende radial, ex-ternamente 42, a qual efetivamente posiciona a superfície interna de envol-tório envolvendo as extremidades de lâmina em um sulco em recesso, defi-nindo uma cobertura em torno das extremidades de lâmina. Um sulco na co-bertura é uma forma convencional, mas pode ser utilizado com uma superfí-cie interna contornada, de preferência de forma axial, de acordo com a pre-sente invenção para a melhora do desempenho da ventoinha.

A modalidade ilustrada nas Figuras 1 - 5 é representativa deuma lâmina de ventoinha relativamente longa, cuja porção externa pressuri-za o ar para descarga a partir de um motor com ventoinha tipo turbo, a fimde produzir um impulso de propulsão.

A invenção, entretanto, também seaplica a outros tipos de aerofólios de compressor, tais como a lâmina decompressor axial 14B, ilustrada de forma esquemática na Figura 6.

A lâmina de compressor 14B se estende radialmente para o ex-terior, a partir de um disco ou tambor de suporte 38a em um dentre diversosestágios axiais de rotor e de estator de um compressor de maneira conven-cional. Disposta a montante, a partir da fileira de lâminas de compressor seencontra uma fileira correspondente de hélices de estator 44, as quais con-duzem o fluxo de ar 30 para as lâminas de compressor.

O fluxo de ar é canalizado axialmente, a partir da hélice para alâmina dos diversos estágios, e se liga radialmente para o exterior e para ointerior através das paredes de extremidade da trajetória de fluxo. O envoltó-rio define a parede externa e o tambor define a parede interna entre asquais os aerofólios de hélice e de lâmina se estendem. As hélices se encon-tram espaçadas a partir da parede interna, a fim de definir um espaçamentoradial entre as mesmas, similar ao espaçamento de extremidade de lâmina,a fim de permitir um movimento relativo de rotação.

Nesta modalidade, a superfície interna do envoltório inclui por-ções anteriores e posteriores axialmente adjacentes 32a, b, envolvendo aslâminas de compressor 14B. A totalidade da superfície interna de envoltórioentre as bordas de condução e de encaminhamento das lâminas é axial-mente convexa nesta modalidade para, novamente, reduzir localmente a di-fusão dos vórtices de extremidade para aumento da capacidade de bombea-mento de ar através da redução do bloqueio de fluxo e das perdas de pres-são.

Nesta modalidade, a porção anelar de entrada de alimentação32d do envoltório se une de forma coaxial à porção anterior de envoltório32b, a montante da mesma e, de preferência, convergindo na direção a ju-sante, ou em uma seção cônica ou axialmente côncava, como ilustrado namodalidade preferida.

As extremidades das lâminas de compressor 14B apresentamcontornos complementares para conjugação ao contorno axialmente conve-xo da superfície interna de envoltório, a fim de prover um espaçamento radi-al substancialmente uniforme entre as mesmas. Assim sendo, as partes pos-terior e anterior adjacentes 22a, b das extremidades de lâmina são axial-mente côncavas para complementar o contorno axialmente convexo da su-perfície interna do envoltório envolvente.

O desempenho do compressor pode ser adicionalmente melho-rado através da introdução de sulcos ou fendas em circunferência, no envol-tório. Na prática convencional, tais fendas podem aumentar a margem de re-gulagem de válvula do rotor, mas isso geralmente resulta em uma menor efi-ciência deste rotor.

No entanto, tais fendas, em combinação com o contorno conve-xo de envoltório descrito acima provêm um benefício adicional, que de outraforma não seria possível.

Por exemplo, a Figura 4 ilustra adicionalmente um sulco em cir-cunferência único 46, disposto na porção anterior do envoltório 32, este sul-co sendo aberto em direção à extremidade de lâmina 22, internamente aomesmo. O sulco de envoltório e o contorno convexo se complementam reci-procamente a fim de maximizar o desempenho e melhorar a estabilidade.

O sulco de envoltório atua para fins de aumento de estabilidadee para permitir um contorno mais agressivamente convexo, que não seriapossível, de outra forma. A descontinuidade introduzida pelo sulco 46 permi-te que as áreas de indução e de regulagem de válvula sejam maximizadasenquanto também permite curvaturas de envoltório mais convexas 32a, a ju-sante. Sem o sulco, a trajetória de fluxo do envoltório poderia, de outra for-ma, apresentar uma curvatura mais côncava em sua localização, o que po-deria degradar o desempenho e a estabilidade.

A penalidade em referência ao desempenho, geralmente associ-ada a sulcos de envoltório pode ser evitada através da utilização de menossulcos, de preferência um sulco único e pela distribuição estática de extremi-dade mais favorável imposta pelo contorno de envoltório.

Nas modalidades divulgadas acima, podem ser obtidas uma ca-pacidade de bombeamento e uma eficiência melhoradas. Uma vez que amodalidade ilustrada na Figura 6 inclui apenas a superfície interna de envol-tório axialmente convexa, esta não apresenta todas as desvantagens descri-tas acima em relação à primeira modalidade.

No entanto, as diferentes modalidades acima divulgadas permi-tem modificações mínimas na geometria do envoltório e de extremidade delâmina para obtenção de um desempenho melhorado do compressor e daslâminas de ventoinha, sem de outra forma se modificar a dimensão total daventoinha ou dos estágios de compressor. Para determinadas especifica-ções de projeto, os envoltórios contornados axialmente e as extremidadescomplementares de lâmina permitem melhoras substanciais no desempenhoque de outra forma não seriam possíveis. Estas novas características po-dem ser incorporadas aos projetos e designs existentes onde isso for per-missível para fins de aumento no desempenho das ventoinhas e dos com-pressores, tanto subsônica, quanto supersonicamente.

Embora foram descritas neste caso o que se consideram moda-lidades preferidas e exemplares da presente invenção, outras modificaçõesnesta invenção deveriam ser evidentes aos versados na técnica, partindo-sedas instruções aqui contidas e portanto, é desejável que, nas reivindicaçõesem anexo, estas modificações sejam asseguradas como contidas dentro doverdadeiro espírito e escopo da invenção.

Assim sendo, o que se deseja requerer segundo as Leis de Pa-tente dos Estados Unidos é a invenção conforme definida e diferenciada nasreivindicações e a seguir, nas quais se reivindica:

Claims (22)

1. Envoltório de compressor, compreendendo uma superfícieinterna de extensão axial (32a, 32b)) para envolvimento de uma fileira delâminas de rotor (14) a partir de bordas de ataque até bordas de fuga, comespaçamentos radiais entre as pontas (22) das mesmas e a superfície inter-na (32a), a superfície interna compreendendo uma porçaõ posterior (32a)para envolver as pontas (22) das lâminas (14) nas referidas bordas de fugae uma porção anterior (32b), de diâmetro maior, para envolver as pontas(22) das lâminas (14) nas referidas bordas de ataque,caracterizado pelo fato de que a referida porção posterior (32a)é axialmente convexa e a porção anterior (32b) converge axialmente paratrás para envolver embocaduras (40b) de passagens (40) entre as lâminas(14), cada uma das referidas embocaduras (40b) estendida axialmente apartir de um lado de pressão (16) em uma borda de ataque de uma das lâ-minas, de modo geral perpendicular a uma porção correspondente de umlado de sucção (18) de uma próxima lâmina adjacente posterior em relaçãoa sua borda de ataque.

2. Envoltório de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a referida superfície interna (32a, 32c) é axialmente conve-xa e converge ao longo tanto da porção anterior (32b) como da porção pos-terior (32a).

3. Envoltório, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de compreender ainda uma entrada convergente (32d) ligada axi-almente à referida porção anterior (32b).

4. Envoltório, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de que a referida entrada (32d) é axialmente côncava.

5. Envoltório, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de ser combinado com a referida fileira de lâminas (14) dispostasem alinhamento axial com o invólucro (32), as referidas pontas (22) das lâ-minas sendo complementares em relação às referidas porções anterior eposterior (32b, 32a) do invólucro.

6. Envoltório, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de a que superfície interna ainda inclui uma porção intermediária(32c) disposta entre as referidas porções anterior e posterior (32b, 32a),sendo convergente entre elas.

7. Envoltório, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de a que a referida porção intermediária (32c) converge mais acen-tuadamente do que as porções anterior e posterior (32b, 32a).

8. Envoltório, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que a referida porção posterior (32a) é axialmente arqueada.

9. Envoltório, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que a referida porção intermediária (32c) é axialmente reta.

10. Envoltório, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que a referida porção anterior (32b) é axialmente reta.

11. Envoltório, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que a referida porção anterior (32b) é axialmente arqueada.

12. Envoltório, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que a referida porção anterior (32b) se encontra na sua parteanterior, axialmente reta e na sua parte posterior, axialmente côncava.

13. Envoltório, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que a referida porção anterior (32b) é anterior, a porção inter-mediária (32c) é cônica e a porção posterior (32 a) é axialmente convexa.

14. Envoltório, de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de compreender ainda uma entrada (32d) unida de forma coaxial àreferida porção anterior (32b) num degrau (42), que se estende radialmentepara fora.

15. Envoltório, de acordo com a reivindicação 7 ou 13, caracte-rizado pelo fato de ser em combinação com a referida fileira de lâminas(14), disposta de forma coaxial no interior do envoltório e em alinhamentoaxial com este, as referidas pontas de lâmina (22) sendo complementaresàs porções posterior, intermediária e anterior (32a, 32c, 32b) para configura-ção de espaçamentos substancialmente uniformes entre as mesmas.

16. Envoltório, de acordo com a reivindicação 7 ou 13, caracte-rizado pelo fato de ser em combinação com a referida fileira de lâminas(14), disposta de forma coaxial no interior do envoltório e em alinhamentoaxial com este, as referidas pontas de lâmina (22) sendo complementaresao envoltório para configuração de espaçamentos substancialmente unifor-mes entre os mesmos.

17. Envoltório de compressor, compreendendo uma superfícieinterna de extensão axial (32a, 32b) para envolvimento de uma fileira de lâ-minas de rotor (14) entre bordas de ataque e bordas de fuga das mesmas,com espaçamentos radiais correspondentes entre o envoltório e as pontas(22) das lâminas (14), e a superfície interna (32a) compreendendo uma por-çaõ anterior (32b) de diâmetro maior do que uma porção posterior (32a),caracterizado pelo fato de que a porção posterior (32 a) é axialmente con-vexa e a porção anterior (32b) converge axialmente para envolver emboca-duras (40b) de passagens (40) estendidas de modo geral perpendicular en-tre lâminas adjacentes, nas bordas de ataque destas.

18. Envoltório, de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato de que a referida superfície interna ainda inclui uma porção inter-mediária (32c), disposta entre as referidas porções anterior e posterior (32b,32a) e convergindo entre as mesmas.

19. Envoltório de acordo com a reivindicação 21, caracterizadopelo fato de que a referida porção anterior de envoltório (32b) é axialmentecôncava, a referida porção intermediária de envoltório (32c) é cônica e areferida porção posterior de envoltório (32a) é axialmente convexa.

20. Lâmina de rotor de compressor para ser montada radial eexternamente a partir do disco de rotor, no interior de um envoltório envol-vente e compreendendo lados de pressão e de sucção (16, 18) se esten-dendo em envergadura de sua raiz até a sua ponta (22) e em segmento decircunferência entre as bordas de ataque e de fuga e apresentando umatorção entre os mesmas;caracterizada pelo fato de quea referida ponta (22) de lâmina é internamente côncava no sen-tido radial, entre as referidas bordas de ataque e de fuga, pelo menos naparte axial posterior na borda de fuga para definir um espaçamento subs-tanciaimente uniforme em relação a uma superfície interna convexa do refe-rido envoltório; ea referida ponta (22) de lâmina é axialmente convergente a partirda borda de ataque até uma embocadura (40b) de uma passagem (40) comuma lâmina adjacente estendida de modo geral perpendicular ao lado desucção (18) da lâmina, em uma borda de ataque da referida lâmina adjacente.

21. Lâmina, de acordo com a reivindicação 25, caracterizadapelo fato de compreender ainda partes axiais anterior e intermediária (22b,-22c) que variam em contorno com a parte posterior (22a) entre entre as re-feridas bordas de ataque e de fuga para complementar respectivas porçõesaxialmente anterior, intermediária e posterior (32b, 32c, 32a) da referida su-perfície interna de envoltório, sendo que a referida parte intermediária daponta da lâmina converge radialmente para debtro entre as referidas partesanterior e posterior (22b, 22a).

22. Lâmina, de acordo com a reivindicação 21, caracterizadapelo fato de que o referido contorno de ponta de lâmina varia entre uma par-te anterior axialmente convexa (22b), uma parte intermediária cônica (22c) euma parte posterior axialmente côncava (22a) para complementar uma por-ção anterior de envoltório (32b), axialmente côncava, uma porção intermedi-ária de envoltório (32c), cônica e uma porção posterior de envoltório (32a),axialmente convexa.