BRPI0908006B1 - Instalação de trocador de calor, circuito de combustível de turbomáquina, e, turbomáquina - Google Patents
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Abstract
instalação de trocador de calor, circuito de combustível de turbomáquina, e, turbomáquina instalação de trocador de calor (14) destinada a ser atravessada por um líquido, que compreende um trocador de calor (4) com uma entrada (4a) e uma saída (4b) de líquido, uma válvula de derivação (6) com uma entrada e uma saída de líquido, e um filtro auto-limpante (2) com uma entrada (2a) de líquido e duas saídas (2b, 2c) de líquido, das quais uma saída de líquido filtrado (2b) e uma saída de líquido não filtrado (2c), a dita saída de líquido filtrado sendo conectada na entrada do trocador e a dita saída de líquido não filtrado (2c) sendo conectada na entrada da válvula, a saída de líquido do trocador sendo conectada a jusante da saída da válvula. circuito de combustível (10) de turborreator de avião que compreende uma tal instalação.
Description
“INSTALAÇÃO DE TROCADOR DE CALOR, CIRCUITO DE COMBUSTÍVEL DE TURBOMÁQUINA, E, TURBOMÁQUINA” [0001] A invenção se refere a uma instalação de trocador de calor destinada a ser atravessada por um líquido. Uma tal instalação pode ser montada em qualquer circuito de líquido (i.e. hidráulico) em, notadamente, um circuito de combustível ou um circuito de óleo.
[0002] Essa instalação pode ser utilizada por exemplo, em um circuito de combustível de uma turbomáquina terrestre ou aeronáutica (turborreator ou turbopropulsor) e, mais especialmente, em um circuito de combustível de turborreator de avião.
[0003] A invenção se refere a uma instalação de trocador de calor destinada a ser atravessada pó um líquido, do tipo que compreende um trocador de calor com uma entrada e uma saída de líquido. Em funcionamento, esse trocador de calor é atravessado, por um lado, por combustível em proveniência do reservatório do avião, esse combustível passando pelas ditas entrada e saída de líquido e, por outro lado, pelo óleo do circuito de lubrificação do gerador de eletricidade do avião (ou I.D.G. para Integrated Drive Generator), esse óleo passando outras entrada e saída de líquido do trocador.
[0004] O dito combustível tendo uma temperatura inferior àquela do óleo (que se aquece em contato com o I.D.G.), o trocador de calor permite resfriar o óleo.
[0005] Abaixo, há um interesse muito especial pelo circuito de combustível que atravessa o trocador.
[0006] A obstrução do trocador, devida às impurezas (também chamadas contaminantes) presentes no combustível é uma pane adormecida que pode sobrevir a qualquer momento depois de um certo tempo de funcionamento do turborreator. Uma obstrução parcial do trocador provocaria perdas de carga que poderiam perturbar o bom funcionamento dos elementos do circuito situados a jusante do trocador, e uma obstrução total do trocador cortaria o circuito de combustível e provocaria, portanto, a paralisação do turborreator.
[0007] Entre os diferentes tipos de trocador de calor conhecidos e que podem
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2/6 ser utilizados em um circuito de combustível de turborreator, são distinguidos os trocadores com tubos e os trocadores com placas.
[0008] Os trocadores com tubos têm uma matriz constituída por uma rede de tubos que separam os dois líquidos que atravessam o trocador. A seção de passagem dos tubos deve responder a restrições de viabilidade. Em outros termos, abaixo de um diâmetro interior mínimo dos tubos, esses tubos são muito difíceis de fabricar. Esse diâmetro interior mínimo é com freqüência nitidamente superior ao diâmetro das impurezas presentes no combustível, de modo que o risco de obstrução desse tipo de trocador permanece baixo, sem ser nulo, no entanto. Entretanto, a dom de aumentar os desempenhos térmicos de um trocador com tubos, os tubos apresentam geralmente em sua face interna saliências. Ora, essas saliências engancham as impurezas e as impurezas presas das saliências se mexem e gastam progressivamente o tubo até sua perfuração. Uma tal perfuração pode ter conseqüências dramáticas.
[0009] Os trocadores com placas têm a vantagem de poder apresentar seções de passagem de líquido inferiores àquelas dos trocadores de tubos, mas quanto menores forem as seções de passagem, mais aumenta o risco de obstrução. Igualmente, os trocadores com placas não são, ou são pouco, utilizados hoje nos circuitos de combustível de turborreator.
[0010] Qualquer que seja o tipo de trocador empregado, é preferido não ter que vigiar a obstrução do trocador. Essa ausência de vigilância, obriga a se premunir imperativamente da obstrução do trocador. Assim, as seções de passagem de líquido no trocador são previstas superiores ao tamanho maior das impurezas suscetíveis de estar contidas dentro do líquido. É por essa razão que essas seções de passagem são geralmente grandes.
[0011] A invenção tem como objetivo propor uma instalação de trocador de calor que permita utilizar, se for desejado, um trocador de calor com pequenas seções de passagem de líquido, ao mesmo tempo em que se dispensa vigiar a obstrução desse trocador.
[0012] Para atingir esse objetivo, a invenção tem como objeto uma instalação de
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3/6 trocador de calor destinada a ser atravessada por um líquido, que compreende um trocador de calor com uma entrada e uma saída de líquido, caracterizada pelo fato de que ela compreende uma válvula de derivação com uma entrada e uma saída de líquido, e um filtro auto-limpante com uma entrada de líquido e duas saídas de líquido, das quais uma saída de líquido filtrado e uma saída de líquido não filtrado, a dita saída de líquido filtrado sendo conectada na entrada do trocador e a dita saída de líquido não filtrado sendo conectada na entrada da válvula; e pelo fato de que a saída de líquido do trocador é conectada a jusante da saída da válvula.
[0013] A instalação da invenção compreende, portanto, um filtro auto-limpante conectado na entrada do trocador. No início, esse filtro é atravessado pela totalidade do líquido que chega à instalação. A entrada do trocador é, portanto, a entrada de líquido da instalação. O filtro capta o conjunto das impurezas de tamanho superior à malha do filtro. Essa acumulação de impurezas, provoca a sujidade do filtro e, portanto, um aumento da perda de carga do filtro. Quando a pressão na entrada da válvula de derivação, que aumenta, atinge um limite predefinido, essa válvula se abre. Essa abertura mantém a perda de carga a um nível aceitável e permite o escoamento total do fluido, via a válvula. Esse escoamento vai arrastar as impurezas presas no filtro auto-limpante, e, portanto, limpar o filtro. Em paralelo, a superfície filtrante liberada das impurezas vai deixar passar o líquido e, portanto, diminuir a perda de carga. A válvula vai progressivamente se fechar e o filtro vai retomar seu funcionamento normal.
[0014] Qualquer que seja a posição (aberta ou fechada) da válvula de derivação, o trocador está sempre protegido das impurezas pelo filtro. Não há, portanto, mais risco de obstrução do trocador de modo que é possível se dispensar de vigiar a obstrução desse último. Por outro lado, no caso de um trocador de calor com tubos com saliências, suprime-se também o risco de perfuração do tubo evocado mais acima.
[0015] Além disso, no lugar de um trocador com tubos, é possível utilizar um trocador de calor com placa com pequenas seções de passagem, um trocador com placa sendo geralmente menos volumoso, menos pesado e de melhor desempenho
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4/6 em termo de troca térmica do que um trocador com tubos.
[0016] Finalmente, o filtro sendo auto-limpante e o trocador sendo protegido das impurezas, esses elementos não precisam ser limpos (ou substituídos) freqüentemente, e mesmo nunca precisam ser limpos, o que diminui os custos de manutenção da instalação.
[0017] A invenção também tem como objeto um circuito de combustível de turbomáquina que compreende a instalação de trocador de calor precitada.
[0018] A invenção se destina a qualquer tipo de turbomáquina, terrestre ou aeronáutica, e mais especialmente aos turborreatores de avião.
[0019] A invenção e suas vantagens serão melhor compreendidas com a leitura da descrição detalhada que se segue. Essa descrição faz referência às figuras anexas nas quais:
- a figura 1 representa um exemplo de circuito de combustível de acordo com a invenção;
- a figura 2 representa o filtro auto-limpante e a válvula de derivação de um exemplo de instalação de acordo com a invenção, a dita válvula estando na posição fechada;
- a figura 3 é uma vista análoga àquela da figura 2, a dita válvula estando na posição aberta.
[0020] A figura 1 representa esquematicamente um exemplo de circuito de combustível 10 de turborreator de avião.
[0021] O a montante e o a jusante são definidos no presente pedido em relação ao sentido de escoamento normal do líquido (aqui o combustível) que atravessa o circuito e a instalação da invenção.
[0022] O circuito 10 compreende, de a montante para a jusante: um reservatório 11 de combustível (trata-se do reservatório de combustível do avião); uma bomba de baixa pressão 12 que bombeia o combustível dentro do dito reservatório 11; uma instalação de trocador de calor 14 de acordo com a invenção, alimentada pela bomba 12; um filtro principal 16; uma bomba de alta pressão 18. Um mecanismo de servocomando 20, alimentado em combustível pela bomba 18; um regulador de
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5/6 combustível 22 alimentado pela bomba 18, e injetores de combustível 22 situados a jusante do regulador 22. Esses injetores 24 estão situados na câmara de combustão do turborreator.
[0023] A figura 1 representa por outro lado o circuito de óleo 28 que permite assegurar a lubrificação do gerador de eletricidade, ou I.D.G. 26 do avião. A instalação de trocador de calor 14 de acordo com a invenção, compreende: um filtro auto-limpante 2; um trocador de calor 4; e uma válvula de derivação 6.
[0024] O trocador de calor 4 é atravessado, por um lado, pelo combustível do circuito de combustível 10 e, por outro lado, pelo óleo do circuito 28. O combustível estando a uma temperatura inferior ao óleo, por ocasião do funcionamento do turborreator, o trocador de calor 4 permite resfriar esse óleo.
[0025] Como pode ser constatado, a instalação de trocador de calor 14 está situada a montante do filtro principal 16 do circuito 10 e, a jusante da bomba de combustível de baixa pressão 12 do circuito 10. O filtro auto-limpante 2 apresenta uma entrada de líquido 2a e duas saídas de líquido, das quais uma saída de liquido filtrado 2b e uma saída de líquido não filtrado 2c.
[0026] A entrada 2a é a entrada de líquido da instalação 14 e todo o líquido que atravessa a instalação passa por essa entrada 2a. No exemplo, essa entrada é conectada com a saída da bomba 12.
[0027] A saída de líquido filtrado 2b é conectada com a entrada 4a do trocador 4, enquanto que a saída de líquido não filtrado 2c é conectada com a entrada 6a da válvula 6. Por outro lado, a saída de líquido 4b do trocador está a jusante da saída 6b da válvula, de modo que o líquido que sai da instalação 14 compreende o líquido que sai pela saída 6b da válvula e/ou o líquido que sai pela saída 4b da instalação.
[0028] As figuras 2 e 3 representam mais em detalhe um exemplo de filtro autolimpante 2 e de válvula de derivação 6. Nesse exemplo, o filtro 2 compreende uma membrana filtrante tubular 30 de eixo T. Por exemplo, a membrana 30 é feita de tecido do tipo de tecelagem holandesa liso, em inglês “plain dutch weave”, ou feita de tecido de tipo “Reps Uni”.
[0029] A entrada de líquido 2a do filtro 2 está situada em uma extremidade da
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6/6 dita membrana 30. A saída de líquido não filtrado 2c está situada na outra extremidade da membrana 30, a saída de líquido filtrado 2b está situada no lado da membrana 30. O fluxo de líquido que passa pela entrada 2a e que é retirado pela dita saída de líquido filtrado 2b, representado pelas flechas F na figura 2, atravessa a membrana 30 (de acordo com uma direção transversal ao eixo T) e é, portanto, filtrado por essa última. O fluxo de líquido que passa pela entrada 2a e que é retirado pela dita saída de líquido não filtrado 2c, representado pelas flechas F' na figura 3, passa no interior da dita membrana 30 de acordo com o eixo T.
[0030] Quando as impurezas começam a sujar a membrana 30, a pressão do líquido ao nível da saída de líquido não filtrado 2c aumenta, até um certo valor a partir do qual a válvula de derivação 6 se abre para deixar o líquido passar. É estabelecido assim um fluxo de líquido (flechas F') orientado de acordo com o eixo T no interior da membrana 30. Esse fluxo de líquido arrasta com ele as impurezas presentes na face interior dessa membrana 30 e que sujava essa última. O elemento filtrante 30 é assim limpo de suas impurezas. A pressão ao nível da saída de líquido não filtrado 2c diminui então, e a válvula de derivação 6 se fecha progressivamente, até atingir sua posição fechada de origem, representada na figura 2.
[0031] Quando a válvula está em sua posição fechada (ver a figura 2) a totalidade do líquido que passa pela entrada 2a é dirigida para o trocador de calor 4, via a saída de líquido filtrado 2b.
[0032] Em um circuito de combustível de turborreator de avião, a malha do filtro principal 16 está geralmente compreendida entre 32 e 36 micrômetros (gm).
[0033] A malha do filtro auto-limpante 2 está, vantajosamente, entre 55 e 75 gm. Esse tamanho de malha permite filtrar partículas de tamanho superior que constituem um perigo para o trocador de calor 4, tanto em termo de desgaste quanto em termo de obstrução. Em outros termos, as partículas que o filtro 2 deixa passar não apresentam risco para o trocador de calor 4. Será notado que o filtro autolimpante 2 sendo situado a montante do filtro principal 16, é lógico que o tamanho de sua malha seja superior àquele do filtro principal.
Claims (9)
1. Instalação de trocador de calor (14) destinada a ser atravessada por um líquido, que compreende um trocador de calor (4) com uma entrada (4a) e uma saída (4b) de líquido, uma válvula de derivação (6) com uma entrada (6a) e uma saída (6b) de líquido, e um filtro auto-limpante (2) com uma entrada (2a) de líquido e uma saída (2b) de líquido filtrado, caracterizada pelo fato de que o filtro compreende ainda uma saída de líquido não filtrado (2c), a dita saída de líquido filtrado (2b) sendo conectada na entrada do trocador (4a) e a dita saída de líquido não filtrado (2c) sendo conectada na entrada da válvula (6a); e em que a saída (4b) do trocador é conectada a jusante da saída (6b) da válvula.
2/2 caracterizado pelo fato de que a dita instalação de trocador de calor (14) está situada a jusante da bomba de combustível de baixa pressão (12) do circuito.
2. Instalação de trocador de calor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dito filtro (2) compreende uma membrana filtrante (30) tubular de eixo A, o líquido retirado pela dita saída de líquido filtrado (2b) atravessando a dita membrana (30), e o líquido retirado pela dita saída de líquido não filtrado (2c) passando no interior da dita membrana (30) de acordo com o eixo A.
3. Instalação de trocador de calor de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a entrada (2a) do dito filtro auto-limpante (2) está situada em uma extremidade da dita membrana filtrante (30), a dita saída de líquido não filtrado (2b) está situada na outra extremidade dessa membrana (30), e a dita saída de líquido filtrado (2c) está situada no lado dessa membrana (30).
4. Instalação de trocador de calor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o dito trocador de calor (4) é um trocador com placa.
5. Circuito de combustível de turbomáquina caracterizado pelo fato de que compreende uma instalação de trocador de calor (14) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.
6. Circuito de combustível de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a dita instalação de trocador de calor (14) está situada a montante do filtro principal (16) do circuito.
7. Circuito de combustível de acordo com a reivindicação 5 ou 6,
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8. Circuito de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que a malha do dito filtro autolimpante (2) está compreendida entre 55 e 75 microns.
9. Turbomáquina caracterizada pelo fato de que compreende um circuito de combustível (10) como definido em qualquer uma das reivindicações 5 a 8.
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