BR112012012393B1

BR112012012393B1 - estágio de turbina de uma turbomáquina, e, turbomáquina

Info

Publication number: BR112012012393B1
Application number: BR112012012393-9A
Authority: BR
Inventors: Fabrice Marcel Noël Garin; Alain Dominique Gendraud; Gilles Jeannin; Sébastien Jean Laurent Prestel
Original assignee: Snecma
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2020-11-10
Also published as: JP5771217B2; JP2013512382A; CA2781936C; WO2011064496A1; CN102630268B; FR2952965A1; CA2781936A1; EP2504529A1; US8961117B2; RU2548535C2; BR112012012393A2; EP2504529B1; US20120288362A1; FR2952965B1; CN102630268A; RU2012126095A

Abstract

ISOLAMENTO DE UMA BORDA CIRCUNFERENCIAL DE UM CÁRTER EXTERNO DE TURBOMÁQUINA DE UM SETOR DE ANEL CORRESPONDENTE A invenção refere-se a um estágio de turbina de uma turbomáquina, compreendendo uma roda de rotor montada no interior de um anel setorizado portado por um cárter externo (4), o cárter externo (4) comportando pelo menos uma borda circunferencial (22) alojada nesta cavidade para fixação da extremidade a jusante (13) do setor de anel (6), caracterizado pelo fota de que a parede de fundo (16) da cavidade anular do setor de anel (6) permanece afastada radialmente da borda circunferencial (22) do cárter externo (4), de modo a dispor um espaço termicamente isolante entre as duas e comporta meios de posicionamento radial (24) sobre esta borda circunferencial (22).

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um estágio de turbina de uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião.

[0002] Uma turbina de baixa pressão de turbomáquina compreende vários estágios comportando cada um distribuidor formado de uma fileira anular de pás fixas portadas por um cárter externo e uma roda com pás montada giratória a jusante do distribuidor em um invólucro cilíndrico ou troncônico formado por setores de anel fixados circunferencialmente extremidade a extremidade sobre o cárter externo.

[0003] Gases quentes sob pressão saindo da câmara de combustão da turbomáquina passam entre as pás dos distribuidores e escoam sobre as pás das rodas da turbina, o que tem por efeito elevar a temperatura dos invólucros formados pelos setores de anel.

[0004] Como descrito, por exemplo, no documento FR 2.899.273, em nome do Requerente, o cárter externo comporta pelo menos uma borda circunferencial de fixação das extremidades a jusante dos setores de anel.

[0005] De modo já conhecido em si, cada setor de anel apresenta uma extremidade a jusante formada com uma cavidade anular delimitada por um batente anular a montante, um batente anular a jusante e uma parede de fundo e esta cavidade é encaixada sobre a borda circunferencial do cárter, o setor de anel sendo mantido em posição axial sobre a borda pelos batentes anulares da cavidade.

[0006] A superfície de contato entre a borda circunferencial do cárter e cada setor de anel sendo considerável, uma grande parte do calor do anel é conduzida para o cárter externo, por intermédio desta borda circunferencial. Em funcionamento, esta última pode atingir uma temperatura da ordem de 730 °C, que é o limite tolerado para o material utilizado.

[0007] Resultam riscos consideráveis de degradação da borda circunferencial e do cárter externo.

[0008] A invenção tem notadamente por objetivo fornecer uma solução simples, eficaz e econômica a este problema.

[0009] Para esse efeito, ela propõe um estágio de turbina de uma turbomáquina, compreendendo uma roda de rotor montada no interior de um anel setorizado portado por um cárter externo, cada setor de anel tendo uma extremidade a jusante formada com uma cavidade anular delimitada por um batente anular a montante, um batente anular a jusante e uma parede de fundo, o cárter externo comportando pelo menos uma borda circunferencial alojada nesta cavidade para a fixação da extremidade a jusante do setor de anel, caracterizado pelo fato de que a parede de fundo da cavidade anular do setor de anel permanece afastada radialmente da borda circunferencial do cárter externo, de modo a dispor um espaço termicamente isolante entre as duas e comporta meios de posicionamento radial sobre esta borda circunferencial.

[0010] Desta maneira, a superfície de contato entre a borda circunferencial e cada setor de anel é fortemente reduzida, limitando assim o aquecimento da borda circunferencial e, mais geralmente, do cárter externo.

[0011] De acordo com uma forma de realização da invenção, os meios de posicionamento radial compreendem pelo menos dois pinos formados em saliência sobre a parede de fundo da cavidade anular.

[0012] A superfície de contato entre o setor de anel e a borda circunferencial é assim limitada à superfície da extremidade dos pinos.

[0013] Com vantagem, os pinos estão situados nas extremidades circunferenciais da parede de fundo.

[0014] Isto permite assegurar um bom posicionamento do setor de anel com relação à borda circunferencial. No entanto, a dilatação circunferencial do anel sendo maior do que a da borda circunferencial, produz-se um deslocamento relativo entre os pinos e a borda circunferencial quando do funcionamento da turbomáquina, provocando uma fricção e um desgaste dos mesmos.

[0015] De acordo com outra característica da invenção, os pinos estão situados distantes do plano axial mediano da parede de fundo, de modo a assegurar um bom posicionamento radial do setor de anel.

[0016] De modo preferido, os pinos estão situados entre o plano axial mediano e as extremidades circunferenciais da parede de fundo, de modo a limitar o desgaste dos elementos acima citados em contato.

[0017] É igualmente vantajoso que cada batente anular comporte uma superfície radial estendendo-se sobre toda a circunferência do setor de anel, a borda circunferencial do cárter externo sendo montada sem jogo entre estas superfícies dos batentes anulares do setor de anel.

[0018] Assegura-se desta maneira a estanqueidade entre a borda circunferencial e o setor de anel.

[0019] Os pinos podem ser paralelepipédicos.

[0020] É igualmente vantajoso que a borda circunferencial do cárter externo seja tensionada axialmente entre os batentes anulares, de modo a garantir um bom posicionamento do setor de anel sobre o cárter externo.

[0021] Preferivelmente, a relação entre a superfície de contato dos pinos e a superfície de fundo da cavidade anular está compreendida entre 0,1 e 0,25.

[0022] A invenção refere-se, por outro lado, a uma turbomáquina como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, caracterizada pelo fato de que ela compreende um estágio de turbina de baixa pressão de acordo com a invenção.

[0023] A invenção será melhor compreendida e outros detalhes, características e vantagens da invenção aparecerão na leitura da descrição seguinte feita a título de exemplo não limitativo em referência aos desenhos em anexo nos quais: - a figura 1 é uma vista esquemática parcial em corte axial de uma turbina de baixa pressão da arte anterior; - a figura 2 é uma vista aumentada de uma parte da figura 1; - a figura 3 é uma vista aumentada da figura 2, representando a montagem da extremidade a jusante de um setor de anel sobre uma borda circunferencial do cárter externo; - a figura 4 é uma vista correspondendo à figura 3 e ilustrando a invenção; - a figura 5 é uma vista parcial e em perspectiva, de um setor de anel de acordo com a invenção; - figura 6 é uma vista, em perspectiva, do setor de anel da figura 5.

[0001] As figuras 1 a 3 representam uma turbina de baixa pressão 1 de turbomáquina da arte anterior, compreendendo vários estágios comportando cada um distribuidor 2 com pás fixas 3 portado por um cárter externo 4 da turbina, e uma roda de rotor 5 montada a jusante do distribuidor 2 e girando em um invólucro sensivelmente troncônico formado por setores de anel 6 portados circunferencialmente extremidade a extremidade pelo cárter 4 da turbina.

[0002] Os distribuidores 2 compreendem paredes de revolução interna (não visível) e externa 7 que delimitam entre elas uma corrente anular 8 de escoamento dos gases na turbina e que são ligadas radialmente pelas pás 3.

[0003] As rodas de rotor 2 são solidárias de uma árvore de turbina, não representada, e compreendem cada uma das virolas externas 9 e internos (não visível), a virola externa 9 compreendendo nervuras radiais externas 10 circundadas exteriormente com um jogo pequeno pelos setores de anel 6.

[0004] Cada setor de anel 6 comporta uma parede troncônica 11 e um bloco de material que pode ser abradido 12 é fixado por brasagem e/ou soldagem sobre a superfície radialmente interna da parede troncônica 11, este bloco 12 sendo do tipo em formato de colméia e destinado a ser desgastado por fricção sobre as nervuras 10 da roda 5 para minimizar os jogos radiais entre a roda 5 e os setores de anéis 6.

[0005] A parede troncônica 11 do setor de anel apresenta uma extremidade a jusante 13 formada com uma cavidade anular aberta em direção ao exterior e delimitada por um batente anular a montante 14, um batente anular a jusante 15 e uma parede de fundo 16. Cada batente anular 14, 15 comporta uma superfície estendendo-se sobre toda a circunferência do setor de anel 6. A parede de fundo 16 apresenta, por outro lado, um sulco anular a jusante 17 e um sulco anular a montante 18, permitindo a usinagem da cavidade (ver figura 3).

[0006] A extremidade a jusante 13 de cada setor de anel 6 é encaixada em um espaço anular 19 delimitado entre duas bordas anulares da parede externa 7 do distribuidor 2 situado a jusante, respectivamente uma borda radialmente interna 20 e uma borda radialmente externa 21, orientadas para a montante.

[0007] O cárter externo 4 comporta uma borda circunferencial interna 22 cuja seção tem a forma de um gancho voltado para a jusante, encaixado na cavidade da parede troncônica 11 do setor de anel e mantido nesta pela borda radialmente externa 21 do distribuidor 2. A borda circunferencial 22 do cárter externo 4 é tensionada axialmente, entre os batentes anulares 14, 15 do setor de anel 6, este tensionamento subsistindo em todas as fases de funcionamento da turbomáquina.

[0008] Mais particularmente, a referida borda 22 apresenta uma superfície anular radialmente externa entrando em apoio contra a borda radialmente externa 21 do distribuidor e uma superfície anular radialmente interna em apoio contra a parede de fundo 16 do setor de anel.

[0009] Um jogo axial j1 é disposto entre a extremidade a montante da borda radialmente externa 21 e a zona de conexão 23 entre a borda 22 e o cárter externo 4. Este jogo permite compensar os efeitos de dilatação e pode tornar-se quase nulo quando do funcionamento da turbomáquina.

[0010] O setor de anel 6 é assim travado, em sua extremidade a jusante 13, sobre a borda circunferencial 22 do cárter pelo distribuidor 2, a estanqueidade entre a borda circunferencial 22 e o setor de anel 6 sendo assegurada pelos batentes axiais 14, 15 e pela parede de fundo 16.

[0011] O setor de anel 6 é igualmente fixado, em sua extremidade a montante, sobre o cárter por meios cuja estrutura não será detalhada aqui.

[0012] Em funcionamento, os gases provenientes da câmara de combustão aquecem os setores de anel 6, o calor sendo em seguida transmitido por condução na borda circunferencial 22 do cárter.

[0013] Ora, a superfície de condução ou superfície de contato entre o setor de anel 6 e a borda circunferencial 22 é considerável, de modo que, na prática, a temperatura da borda 22 pode atingir um valor limite, por exemplo, de 730°C, que é o máximo aceitável para o material classicamente utilizado.

[0014] Um setor de anel de acordo com a invenção é ilustrado nas figuras 4 a 6. Ele difere do descrito previamente pelo fato de que a parede de fundo 16 da cavidade anular compreende pelo menos dois pinos 24 em saliência radialmente em direção ao exterior, cujas extremidades formam superfícies de apoio 25 sobre a borda circunferencial 22. Os pinos 24 são preferivelmente dispostos na proximidade do batente a montante 14 do setor de anel 6.

[0015] Desta maneira, a superfície de contato entre a borda circunferencial 22 e o setor de anel 6 é reduzida e uma lâmina de ar isolante é formada entre a parede de fundo 16 e a parede interna da borda circunferencial 22.

[0016] A relação entre a superfície de contato dos pinos 24 e a superfície de fundo 16 está compreendida entre 0,1 e 0,25.

[0017] Na prática, tal estrutura permite reduzir em cerca de 40°C a temperatura da borda circunferencial 22 quando do funcionamento da turbomáquina.

[0018] Na forma de realização das figuras 5 e 6, os pinos 24 são de formato paralelepipédico e situados nas extremidades circunferenciais da parede de fundo 16.

[0019] Preferivelmente, os pinos 24 estão situados distantes de um plano axial mediano P da parede de fundo 16, de um lado e de outro da mesma e encontram-se entre o plano axial mediano P e uma das extremidades circunferenciais da parede de fundo 16. Com efeito, como cada setor de anel é imobilizado circunferencialmente sobre o cárter por meios situados em seu plano mediano P, ele se dilata em relação ao cárter de um lado e de outro do plano mediano P. O fato de aproximar os pinos 24 do plano P reduz, portanto, suas fricções sobre a borda circunferencial 22 do cárter. Situar os mesmos distantes do plano P assegura um bom posicionamento radial do setor de anel sobre a borda circunferencial 22 evitando qualquer risco de movimento basculante do setor de anel de um lado ou do outro do plano mediano P.

[0020] Além disso, os pinos 24 poderiam ter qualquer outro formato desejado, por exemplo, quadrado, cilíndrico, troncônico, etc.

Claims

1. Estágio de turbina (1) de uma turbomáquina, compreendendo uma roda de rotor (5) montada no interior de um anel setorizado portado por um cárter externo (4), cada setor de anel (6) tendo uma extremidade a jusante (13) formada com uma cavidade anular delimitada por um batente anular a montante (14), um batente anular a jusante (15) e uma parede de fundo (16), o cárter externo (4) comportando pelo menos uma borda circunferencial (22) alojada nesta cavidade anular para a fixação da extremidade a jusante (13) do setor de anel (6), a parede de fundo (16) da cavidade anular do setor de anel (6) permanecendo afastada radialmente da borda circunferencial (22) do cárter externo (4), de modo a dispor um espaço termicamente isolante entre as duas e comportando meios de posicionamento radial (24) sobre esta borda circunferencial (22), caracterizado pelo fato de que os ditos meios de posicionamento radial (24) são formados por pelo menos dois pinos (24) em saliência sobre a parede de fundo (16) da cavidade anular.

2. Estágio de turbina (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os pinos (24) estão situados nas extremidades circunferenciais da parede de fundo (16).

3. Estágio de turbina (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os pinos (24) estão situados distantes do plano axial mediano (P) da parede de fundo (16).

4. Estágio de turbina (1), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os pinos (24) estão situados entre o plano axial mediano (P) e as extremidades circunferenciais da parede de fundo (16).

5. Estágio de turbina (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que cada batente anular (14, 15) comporta uma superfície radial estendendo-se sobre toda a circunferência do setor de anel, a borda circunferencial (22) do cárter externo (4) sendo montada sem jogo entre as superfícies radiais dos batentes anulares (14, 15) do setor de anel (6).

6. Estágio de turbina (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a borda circunferencial (22) do cárter externo (4) é tensionada axialmente entre os batentes anulares (14, 15).

7. Estágio de turbina (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os pinos (24) são paralelepipédicos.

8. Estágio de turbina (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a relação entre a superfície de contato dos pinos (24) e a superfície de fundo (16) da cavidade anular está compreendida entre 0,1 e 0,25.

9. Turbomáquina tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, caracterizada pelo fato de que compreende um estágio de turbina (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.