BR112012027172B1 - Turbomáquina que tem pelo menos uma primeira e uma segunda fileiras anelares sucessivas de pás fixas - Google Patents

Turbomáquina que tem pelo menos uma primeira e uma segunda fileiras anelares sucessivas de pás fixas Download PDF

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Abstract

acoplamento aerodinâmico entre duas fileiras anelares de pás fixas dentro de uma turbo máquina turbomáquina, que tem pelo menos duas fileiras anelares sucessivas de pás fixas formadas, por exemplo, pelas pás de um retificador (110) cada braço de cárter se estendendo sensivelmente em um plano radial que passa entre bordos de fuga de duas pás fixas (112´) adjacentes do cárter do retificador, e o passo (p1) entre duas pás fixas sendo superior ao passo (p2) entre as outras pás fixas (112) do ratificador, de maneira a que as esteiras (130) formadas no nível dos bordos de fuga destas duas pás fixas passem respectivamente de um lado e de ouro do braço de cárter correspondente.

Description

[0001] A presente invenção é relativa a uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião que tem, pelo menos, duas fileiras anelares sucessivas de pás fixas formadas, por exemplo, pelas pás de um estágio retificador e dispostas na saída de um estágio de compressão e por uma fileira anelar de braços de cárter disposta a jusante do retificador (“redresseur”).
[0002] Em uma turbomáquina, o retificador disposto na saída de um compressor compreende uma fileira anelar de pás fixas que são, na técnica atual, distribuídas de maneira regular em torno do eixo longitudinal da turbomáquina.
[0003] Uma fileira anelar de braços de cárter é disposta a jusante do retificador, os braços de cárter se estendendo na veia de escoamento do gás do compressor e assegurando a transmissão de esforços entre os cárters interno e externo aos quais eles são ligados.
[0004] Na técnica atual, as posições angulares dos braços de cárter em relação às pás do retificador não são otimizadas. As esteiras formadas no nível dos bordos de fuga das pás do retificador interagem com os braços de cárter e geram perdas de carga importantes, diminuindo os desempenhos da turbomáquina. Além disto, fenômenos de bombeamento iniciados no nível do retificador podem ser constatados.
[0005] Para melhorar os desempenhos de uma turbomáquina é conhecido realizar um acoplamento aerodinâmico entre dois elementos de estator ou de rotor. O Pedido EP-A1 -2071127 da Requerente descreve um método de concepção de uma turbina multi-estágios de turbomáquina que permite realizar um acoplamento aerodinâmico sobre o conjunto das pás de rotor ou de estator da turbina.
[0006] A invenção tem por objetivo melhorar os desempenhos de uma turbomáquina do tipo citado anteriormente realizando um acoplamento aerodinâmico entre as pás fixas do retificador e os braços de cárter situados a jusante ou, de maneira mais genérica, entre duas fileiras anelares sucessivas de pás fixas da turbomáquina.
[0007] Ela propõe que para isto uma turbomáquina que tem pelo menos uma primeira e uma segunda fileiras anelares sucessivas de pás fixas tais, por exemplo, como uma fileira anelar de pás fixas de um estágio retificador e uma pá anelar de braço de cárter colocada a jusante do retificador, caracterizada pelo fato de cada pá na segunda fileira se estender em um plano radial que passa entre os bordos de fuga de duas pás consecutivas da primeira fileira, e por o passo entre estas duas pás da primeira fileira ser superior ao passo entre as duas pás da primeira fileira.
[0008] O passo das pás fixas da primeira fileira tem, de acordo com a invenção, um valor maior entre as pás situadas de um lado e de outro dos planos radiais que passam pelas pás da segunda fileira, e um valor menor entre as pás situadas entre estes planos radiais, de maneira que as esteiras formadas no nível dos bordos de fuga das pás da primeira fileira passem respectivamente de um lado e de outro das pás da segunda fileira, limitando as perdas de carga e as interações aerodinâmicas entre as duas fileiras de pás.
[0009] De acordo com uma característica da invenção, o passo P1 entre as duas pás da primeira fileira que estão de um lado e de outro do plano radial que passa por uma pá da segunda fileira é igual a 360°(1_m/n)N, n sendo o número de pás da segunda fileira, N sendo igual a 3607P2 e P2 sendo o passo entre as pás da primeira fileira que estão entre dois planos radiais que passam por duas pás consecutivas da segunda fileira, o número de pás da primeira fileira sendo um múltiplo inteiro do número n de pás da segunda fileira e m sendo um inteiro inferior a (n-1) e superior ou igual a zero e tal que N=k.n+m, h sendo um inteiro.
[0010] Em um exemplo de realização, o passo entre as duas pás fixas da primeira fileira situadas de um lado e de outro do plano radial que passa por uma pá na segunda fileira é igual a aproximadamente 1,5 vezes o passo entre as outras pás fixas da primeira fileira.
[0011] No caso onde as pás da primeira fileira são aquelas de um estágio retificador e as pás da segunda fileira são formadas por braços de cárter, o passo entre duas pás de retificador situadas de um lado e de outro de um plano radial que passa por um braço de cárter pode ser igual a 5,4° aproximadamente e o passo entre as outras pás do retificador pode ser igual a 3,5° aproximadamente.
[0012] O plano radial que passa por cada pá da segunda fileira pode passar entre o intradorso de uma primeira pá e o extradorso de uma segunda pá da primeira fileira. A distância circunferencial entre este plano e o intradorso da dita primeira pá pode ser inferior àquela entre o plano e o extradorso da dita segunda pá.
[0013] A invenção será mais bem compreendida e outros detalhes, características e vantagens dela, aparecerão mais claramente na leitura da descrição que segue, feita a título de exemplo não limitativo, e com referência aos desenhos anexos, nos quais: A figura 1 é uma vista bastante esquemática parcial e inferior de um retificador e de um braço de cárter de uma turbomáquina de acordo com a técnica anterior, A figura 2 é uma vista bastante esquemática parcial e inferior de um retificador e de um braço de cárter de uma turbomáquina de acordo com a invenção, e A figura 3 é uma vista correspondente à figura 2, e que ilustra as trajetórias das esteiras formadas no nível dos bordos de fuga das pás fixas do retificador e do braço de cárter.
[0014] A descrição a seguir é relativa ao caso onde a primeira fileira de pás fixas é aquela de um estágio retificador 10 disposto na saída de um estágio de compressão em uma turbomáquina tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, e a segunda fileira de pás é formada por uma fileira anelar de braços de cárter 20 colocada a jusante do retificador.
[0015] As pás 12 do retificador se estendem sensivelmente radialmente e dentro da veia de escoamento do ar que sai do compressor, e são presas a cárters internos e/ou externos da turbomáquina por meios apropriados.
[0016] Os braços de cárter 20 colocados a jusante do retificador 10, em particular na saída do compressor de baixa pressão, ligam os cárters interno e externo do compressor para transmissão de esforços. Estes braços de cárter 20 têm um bordo a montante 22 de ataque e um bordo a jusante 24 de fuga do ar que provém do retificador 10.
[0017] Os braços de cárter 20 são em número inferior àquele das pás fixas 12 do retificador 10 e são distribuídas de maneira regular em torno do eixo longitudinal da turbomáquina.
[0018] Na técnica atual, as pás fixas 12 do retificador são distribuídas de maneira regular em torno do eixo longitudinal da turbomáquina. Dito de outra maneira, o passo circunferencial P entre estas pás 12 é constante.
[0019] Além disto, as posições angulares dos braços de cárter 20 em relação às pás 12 do retificador são aleatórias. Esta disposição provoca perdas de carga importantes devido à interação das esteiras formadas no nível dos bordos de fuga 16 das pás 12 com os braços de cárter 20, assim como os riscos de bombeamento iniciado no nível do retificador.
[0020] A invenção permite remediar este problema graças a uma otimização do número de pás do retificador, do passo circunferencial entre as pás do retificador, e de posições angulares destas pás em relação aos braços de cárter, permitindo um acoplamento aerodinâmico entre as pás do retificador e os braços de cárter.
[0021] Como representado nas figuras 2 e 3, cada braço de cárter 120 se estende em um plano radial C que passa sensivelmente entre duas pás 112’ consecutivas do retificador 110. Os braços de cárter 120 são posicionados de maneira angular em relação às pás 112, 112‘ do retificador, de maneira que seu plano radial C passe entre duas pás 112‘ consecutivas e, mais particularmente, entre o intradorso de uma pá 112' e o extradorso da outra pá 112'. De maneira vantajosa, a distância circunferencial D1 entre o plano Ceo intradorso da primeira pá 112' é inferior à distância circunferencial D2 entre o plano Ceo extradorso da outra pá 112‘.
[0022] O passo P1 entre as pás 112' situadas de um lado e de outro de um plano C tem um valor superior àquele do passo P2 entre as outras pás 1112 do retificador.
[0023] De acordo com a invenção, o passo P1 pode ser definido por meio da relação: D1 = 360°. (1+m/n)/N onde n é o número de braços de cárter, N é igual a 3607P2, o número de pás do retificador sendo um múltiplo inteiro do número n de braços de cárter, e m é um inteiro inferior a (n-1) e superior ou igual a zero, e tal que: N = k.n + m, k sendo um inteiro.
[0024] A relação acima pode igualmente se escrever sobre a forma: P1 = P2 + (360° - P2.N')/n onde N' é o número de pás do retificador.
[0025] Pode-se obter esta relação partindo de um exemplo da técnica anterior no qual o retificador compreende N pás fixas repartidas de maneira uniforme em torno do eixo, com um passo P2 igual a 3607N entre as pás, o número de braços de cárter sendo n. Na invenção, conserva-se o passo P2 entre as pás do retificador que são situadas entre os planos radiais que passam pelos braços do cárter e determina- se o passo P1 entre as pás que estão de um lado e de outro destes planos radiais por meio da relação acima, o número N‘ de pás do retificador sendo, desta vez, um múltiplo inteiro do número de braços de cárter.
[0026] O passo P2 entre as pás de retificador de acordo com a invenção é igual ao passo médio P das pás de retificador com repartição uniforme de acordo com a técnica anterior, para limitar os riscos de perda de margem no bombeamento quando este é iniciado no nível do retificador.
[0027] O passo P1 entre as pás 112‘ é, por exemplo, igual a 1,5 vezes aproximadamente o passo P2 entre as outras pás 112. Este passo P1 pode ser igual a 5,4° aproximadamente e o passo P2 pode ser igual a 3,6° aproximadamente, por exemplo. O número de pás fixas 112, 112‘ do retificador 10 é, por exemplo, igual a 96 e o número de braços de cárter 120 é, por exemplo, 8.
[0028] Como está visível na figura 3, as esteiras 130 formadas a jusante dos bordos de fuga das pás 112' do retificador 110 passam, respectivamente, de um lado e de outro no braço de cárter 121 e seguem seu perfil sem criar perda de carga, depois escoam de um lado e de outro da esteira 130 formada pelo bordo de fuga do braço.
[0029] Limitam-se assim as interações entre os braços de cárter e as pás do retificador situadas à montante destes braços, reduzem-se as perturbações assimétricas sobre o retificador e limitam-se os riscos de perda de margem para bombeamento no nível do retificador.
[0030] A invenção se aplica a todas as configurações nas quais duas fileiras anelares de pás fixas são consecutivas e a jusante uma da outra dentro de uma turbomáquina.

Claims (5)

1. Turbomáquina que tem pelo menos uma primeira e uma segunda fileiras anelares sucessivas de pás fixas tais, por exemplo, como uma fileira anelar de pás fixas (112, 112') de um estágio retificador (110) e uma fileira anelar de braços de cárter (120) colocada a jusante do retificador, cada pá (120) da segunda fileira se estendendo em um plano radial (C) que passa entre os bordos de fuga de duas pás (112') consecutivas da primeira fileira, caracterizada pelo fato de que uma primeira distância angular (passo P1) entre estas duas pás (112') da primeira fileira que estão em cada lado do plano radial (C) que passa por uma pá (120) da segunda fileira é superior a uma segunda distância angular (passo P2) entre duas pás sucessivas das outras pás (112) da primeira fileira.
2. Turbomáquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira distância angular (P1) entre as duas pás (112') da primeira fileira, que estão de um lado e de outro do plano radial (C) que passa por uma pá (120) da segunda fileira, é igual a 360°(1+m/n)N, n sendo o número de pás da segunda fileira, N sendo igual a 3607P2 e P2 sendo a distância angular entre as pás da primeira fileira que estão entre dois planos radiais que passam por duas pás consecutivas da segunda fileira, o número de pás da primeira fileira sendo um múltiplo inteiro do número n de pás da segunda fileira, e m sendo um inteiro inferior a (n-1) e superior ou igual a zero, e tal que N = k.n+m, k sendo um inteiro.
3. Turbomáquina de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a distância angular (P1) entre duas pás (112') da primeira fileira situadas de um lado e de outro do plano radial (C) que passa por uma pá (120) da segunda fileira é igual a aproximadamente 1,5 vezes a distância angular (P2) entre duas pás sucessivas das outras pás (112) da primeira fileira.
4. Turbomáquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a distância angular (P1) entre duas pás (112') da primeira fileira situadas de um lado e de outro do plano radial (C) que passa por uma pá (120) da segunda fileira é igual a 5,4° aproximadamente e a distância angular (P2) entre duas pás sucessivas das outras pás (112) da primeira fileira é igual a 3,6° aproximadamente.
5. Turbomáquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o plano radial (C) que passa por uma pá da segunda fileira passa entre o intradorso de uma primeira pá (112') e o extradorso de uma segunda pá (112') consecutiva da primeira fileira, e a distância circunferencial (D1) entre este plano e o intradorso da dita primeira pá sendo inferior àquela (D2) entre o plano e o extradorso da dita segunda pá.
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