BRPI0923327B1

BRPI0923327B1 - junta de estanqueidade de plataforma intercalar, plataforma intercalar de rotor de turbomáquina, e, rotor de turbomáquina

Info

Publication number: BRPI0923327B1
Application number: BRPI0923327A
Authority: BR
Inventors: Stochmil Carole; Forgue Jean-Bernard; Jean-Louis Reghezza Patrick
Original assignee: Snecma
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2020-04-07
Also published as: BRPI0923327A2; RU2011128717A; RU2511897C2; FR2939836B1; CN102245860A; JP5576392B2; CN102245860B; US20110243744A1; FR2939836A1; CA2745605A1; CA2745605C; JP2012511661A; US8827650B2; WO2010066833A1; EP2368019A1; EP2368019B1

Abstract

junta de estanqueidade de plataforma intercalar, plataforma intercalar de rotor de turbomáquina, e, rotor de turbomáquina a presente invenção tem como objeto uma junta de estanqueidade (16) de plataforma (4) intercalar entre duas pás adjacentes em um rotor de turbomáquina, de forma alongada com uma extremidade a montante e uma extremidade a jusante, que compreende transversalmente, no sentido da largura, uma parte de contato, uma parte de união e uma parte flexível entre a parte de união e a parte de contato. ela é caracterizada pelo fato de que sua seção transversal apresenta uma forma evolutiva (161, 162, 163, 161’, 162’, 163’) entre suas duas extremidades.

Description

“JUNTA DE ESTANQUEIDADE DE PLATAFORMA INTERCALAR, PLATAFORMA INTERCALAR DE ROTOR DE TURBOMÁQUINA, E, ROTOR DE TURBOMÁQUINA” [0001] A presente invenção se refere ao domínio dos turborreatores multifluxo, notadamente de fluxo duplo, e mais geralmente àquele das turbomáquinas.

[0002] Um turborreator de fluxo duplo compreende um motor com turbina a gás percorrido por um fluxo de gás designado fluxo primário que aciona uma ventoinha que fornece um fluxo de ar, designado fluxo secundário. Quando a ventoinha é disposta na frente do motor, ela expele o ar aspirado que é separado em dois fluxos concêntricos: um o fluxo primário o outro o fluxo secundário. O ar do fluxo primário é comprimido de novo e depois misturado a um carburante dentro de uma câmara de combustão para produzir um fluxo gasoso de alta energia que coloca em movimento as turbinas dispostas a jusante. Uma das turbinas é ligada por uma árvore ao rotor de ventoinha que ela aciona. O fluxo secundário nos motores civis fornece a maioria do impulso do motor e o diâmetro da ventoinha é consequentemente muito importante.

[0003] O rotor de ventoinha compreende uma Doda da qual o cubo é solidário da árvore de acionamento e o aro compreende alvéolos orientados substancialmente axialmente. A direção axial é aquela da árvore motriz. As pás são introduzidas por seu pé nos alvéolos individuais, e formam o rotor de ventoinha. Uma pá de ventoinha compreende um pé, uma lâmina de perfil aerodinâmico e uma coluna entre o pé e a lâmina. Para constituir a superfície fronteira entre o aro do rotor e a corrente de ar e assegurar a continuidade da corrente primária, plataformas intercalares são dispostas entre as pás. Se diferenciando dos estágios superiores de compressão e em razão das grandes dimensões das pás, as plataformas do rotor de ventoinha não são parte integrante das pás mas sim são peças separadas. Deve ser notado que o raio interno da corrente de ar aumenta de maneira notável entre a entrada e a saída do rotor de ventoinha.

[0004] Uma folga é disposta entre as plataformas e as pás para permitir a essas últimas uma deflexão limitada durante as diferentes fases de funcionamento do

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2/8 motor. Essa folga é obstruída por uma junta feita de material elastomérico fixado ao longo das bordas laterais da plataforma e que se apóia contra a pá adjacente.

[0005] A junta tem, de acordo com a arte anterior, uma forma alongada com perfil constante de uma extremidade à outra. Transversalmente, ela é composta de três partes: uma parte de união com a plataforma, uma parte flexível e uma parte bojuda conformada de maneira a assegurar um contato com a superfície da peça adjacente. A parte flexível permite uma adaptação da junta à distância que separa a borda da plataforma da superfície da pá confrontante.

[0006] É constatado que depois de um certo tempo de funcionamento da turbomáquina na qual elas são montadas, elas apresentam zonas de desgaste e de ruptura. Daí resulta uma perda de estanqueidade no pé de pá de ventoinha. Uma má estanqueidade tem um impacto sobre a vazão e o rendimento dos estágios de compressor diretamente a jusante da ventoinha. Ela tem também um impacto sobre a margem no bombeamento.

[0007] As juntas são, portanto, peças que é conveniente substituir regularmente durante a vida da turbomáquina para assegurar um funcionamento ótimo dessa última.

[0008] A presente invenção tem como objeto melhorar a realização da estanqueidade entre as pás e as plataformas de um rotor de turbomáquina com plataformas intercalares livres com o objetivo de reduzir a frequência de substituição das juntas.

[0009] A ruptura das juntas é devida às tensões que resultam das deformações induzidas pelos deslocamentos relativos circunferenciais e axiais entre as plataformas e as pás durante as diferentes fases de funcionamento da turbomáquina.

[0010] A requerente se fixou como objetivo modificar somente a junta sem intervir nas peças do rotor.

[0011] A observação das juntas rasgadas mostra uma tendência ao reviramento na parte da junta situada a jusante da plataforma. Esse reviramento provoca uma deformação grande em uma zona de transição com a parte da junta não revirada.

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Essa zona é nesse caso o centro de tensões que são suscetíveis de levar a sua ruptura localmente. A análise mostra que uma origem dessa deformação viria da posição no espaço das juntas - elas não são orientadas paralelamente ao eixo motor mais sim inclinadas bastante seguindo o aumento do raio da plataforma de a montante para a jusante - as tensões às quais as juntas são submetidas não são uniformes no comprimento das mesmas. Os esforços centrífugos são, portanto, maiores na parte a jusante do que na parte a montante e geram deformações diferentes entre a montante e a jusante. O efeito é reforçado por uma folga não constante de a montante para a jusante entre a plataforma e a superfície da pá. A folga se reduz na direção de a jusante e a parte bojuda da junta é, portanto ,empurrada, na circunferência, para o interior da plataforma. Foi constatado assim que a parte a jusante da junta era suscetível de vir se aplicar contra a plataforma. [0012] É assim que a invenção consegue corrigir esses inconvenientes com uma junta de estanqueidade de plataforma intercalar entre duas pás adjacentes em um rotor de turbomáquina, de forma alongada com uma extremidade a montante e uma extremidade a jusante, que compreende, transversalmente, no sentido da largura, uma parte de contato, uma parte de união e uma parte flexível entre a parte de união e a parte de contato. A junta é caracterizada pelo fato de que o perfil da junta apresenta uma forma de seção transversal evolutiva entre suas duas extremidades, a seção transversal da parte de contato tendo uma forma bojuda e diminuindo de uma extremidade à outra.

[0013] Selecionando-se a forma da junta em função das tensões às quais ela é submetida em funcionamento de maneira a limitar os valores máximos das tensões, evita-se as deformações suscetíveis de exceder o limite de ruptura da junta.

[0014] A junta é dita de seção evolutiva quando sua seção não é constante de uma extremidade à outra. Ela diminui mais especialmente em uma parte de seu comprimento somente. A forma da parte de contato é notadamente oval e mais especialmente circular. A parte flexível pode também ser evolutiva e não constante de uma extremidade à outra para uma melhor adaptação do perfil.

[0015] Melhora-se ainda mais a duração da junta de estanqueidade chanfrando

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4/8 se pelo menos uma extremidade. O chanfro consiste em um corte da junta em bisel. [0016] A invenção tem também como objetivo uma plataforma intercalar de rotor de turbomáquina que compreende uma junta de estanqueidade, assim definida, pelo menos ao longo de uma borda lateral longitudinal.

[0017] De acordo com um modo de realização especial, a plataforma é disposta para ser montada axialmente no aro de um rotor de maneira a apresentar, em uma extremidade axial do rotor, um diâmetro superior àquela da outra extremidade. A plataforma é provida de uma junta de estanqueidade da qual a seção menor está no lado que tem o maior diâmetro.

[0018] Mais especialmente a plataforma sendo com uma extremidade axial a montante e uma extremidade axial a jusante de diâmetro superior àquele da extremidade axial a montante, e a junta apresentando uma zona a montante D e uma zona a jusante E, a zona a montante D tem uma seção constante e de comprimento compreendido entre a metade e os dois terços do comprimento da junta, a seção transversal da zona a jusante E diminuído para a jusante.

[0019] A plataforma é notadamente disposta para ser montada em um rotor de ventoinha de turborreator.

[0020] A invenção também tem como objeto um rotor de turbomáquina que compreende as ditas plataformas intercalares e mais especialmente um rotor de ventoinha de turborreator.

[0021] É descrito abaixo um modo de realização da invenção, a título de exemplo não limitativo, em referência aos desenhos nos quais [0022] A figura 1 mostra uma vista em perspectiva cavaleira, de uma parte de um rotor de ventoinha de um turborreator de fluxo duplo.

[0023] A figura 2 mostra uma vista em perspectiva de uma plataforma com juntas de estanqueidade laterais.

[0024] A figura 3 representa uma seção da junta de estanqueidade que corresponde a um corte de acordo com a direção II-II da figura 2.

[0025] A figura 4 mostra uma simulação da deformação possível da junta da arte anterior.

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5/8 [0026] A figura 5 mostra, em perspectiva, uma junta de perfil evolutivo, de acordo com a invenção, com cortes de acordo com as direções D-D e E-E.

[0027] São vistos na figura 1, em perspectiva parcial, os elementos constitutivos de um rotor de ventoinha de um motor de fluxo duplo. O disco 1 compreende em seu aro 10 alvéolos 11, cinco na figura, orientados substancialmente axialmente em relação ao eixo do motor XX. Os alvéolos têm uma seção em cauda de andorinha com bordas longitudinais voltadas para o eixo XX. As pás são deslizadas nos alvéolos por uma extremidade aberta. Foi representada uma pá sozinha 2 em posição para sua introdução no alvéolo. A pá 2 compreende um pé 21, uma coluna 22 e uma lâmina 20. O pé 21 é conformado de maneira a vir se alojar em um alvéolo 11, com protuberâncias laterais pelas quais ele se apóia, na direção radial para o exterior, contra as bordas longitudinais do alvéolo voltadas na direção do eixo XX. O pé é mantido em apoio por calços 3 que são deslizados na montagem, sob o pé 21, ao longo do fundo do alvéolo 11. O dispositivo de retenção das pás no disco compreende por outro lado meios, aqui não representados, de travamento axial das pás individualmente em relação ao disco.

[0028] As pás de ventoinha não compreendem plataforma integrada, diferentemente das outras pás de compressor na turbomáquina. A função é assegurada por plataformas intercalares, livres, em parte, de movimento em relação às pás. Uma plataforma 4 é representada na figura 1. O rotor compreende tantas plataformas quantos forem as pás. Elas são dispostas entre duas pás adjacentes. Uma plataforma 4 compreende uma placa de forma globalmente troncônica 40 que delimita a parte de superfície radialmente interior da corrente de ar primária guiada entre duas pás adjacentes. Ela é retida no disco em três pontos e compreende três lingueta radiais nitidamente visíveis na figura 2. A lingueta a montante 43 é perfurada axialmente e fixada por uma presilha não representada a um flange a montante 13 na face a montante do disco. Uma lingueta intermediária 45, também radial, é retida por uma presilha não representada a uma lingueta 15 radial posicionada no aro do disco entre dois alvéolos. A terceira lingueta 47 é ligada ao tambor do compressor imediatamente a jusante, designado comumente “booster” e

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6/8 não representado. A lingueta 17 leva a ligação disco / booster. As presilhas são orientadas de acordo com o eixo XX e permitem que a plataforma seja retida ao mesmo tempo axialmente e radialmente.

[0029] A fim de assegurar a estanqueidade entre a corrente e o volume interior do rotor, juntas 5 e 6 feitas de material elastomérico são dispostas ao longo das plataformas. Uma junta é mostrada na figura 3 que é um corte transversal de acordo com a direção III-III. A junta 6 é feita em três partes: uma parte de união 61, uma parte de ligação flexível 62 e uma parte de contato 63. A junta é tornada solidária da plataforma por aderência da parte de união 61 em uma ranhura feita ao longo da borda lateral da placa 40 que forma a plataforma. A parte de contato tem de preferência uma seção bojuda, oval ou circular de preferência. Sua forma assegura um bom contato tangencial com a peça próxima, mas também ela dá rigidez à junta e lhe confere inércia para um apoio satisfatório. A parte de ligação 62 é mais estreita do que a parte de contato e é flexível para permitir que a junta se adapte. Como é visto na figura 3, a parte de contato se estende para além da borda da plataforma para entrar em contato com a superfície adjacente da pá.

[0030] Quando a junta tem uma forma constante em todo seu comprimento, é constatado que ela se deforma de modo não homogêneo. As deformações criam tensões que geram rupturas prejudiciais para a estanqueidade.

[0031] A figura 4 representa uma simulação das deformações que a junta é suscetível de sofrer em funcionamento. São distinguidas três zonas. Uma primeira zona A é situada na parte a montante da plataforma, onde a forma da junta corresponde àquela esperada quando ela está no lugar na plataforma e em apoio exterior contra a coluna da pá adjacente. Na zona C, a junta é revirada; a parte de contato 63 no lugar de estar em apoio exterior é rebatida contra a plataforma sob essa última. Essa posição, não desejada, é devida aos esforços centrífugos combinados com os esforços laterais exercidos pela coluna. A zona B intermediária entre as zonas A e C sofre uma deformação máxima e é o centro das rupturas.

[0032] A solução da invenção consiste em fazer evoluir o perfil da junta para levar em consideração a não uniformidade dos esforços aos quais ela é submetida.

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7/8 [0033] A figura 5 representa, ao mesmo tempo no sentido do comprimento e em seção transversal, uma tal junta 16 de perfil evolutivo.

[0034] A junta é, como na arte anterior, de seção transversal feita de três partes de uma extremidade à outra. Ela compreende uma parte de união, uma parte flexível e uma parte de contato.

[0035] São distinguidas no sentido doe seu comprimento, a extremidade a montante e a extremidade a jusante; o a montante e o a jusante correspondem às extremidades da plataforma na qual a junta é destinada a ser colocada. Entre essas duas extremidades, a junta compreende duas zonas D e E respectivamente. Na zona D, a montante, o perfil permanece constante e corresponde àquele do corte DD, com uma parte de união 161 para ser colada na ranhura correspondente da plataforma, uma parte flexível 62 de largura L entre a parte de união e a parte de contato, e uma parte de contato 163 de seção aqui circular da qual a superfície é S.

[0036] O comprimento da zona D é substancialmente compreendido entre a metade e os dois terços do comprimento da junta.

[0037] Na zona E, à jusante da zona D, o perfil não é constante. A seção transversal de acordo com o corte E-E da junta mostra uma parte de união 161', de mesma forma e dimensão que a parte de união 161. A parte flexível 162' tem uma largura L' < L. A parte de contato 163' tem uma seção também circular, mas da qual a superfície S' é menor do que a superfície S. Reduzindo-se a largura e/ou a seção da parte de contato, a inércia da junta é reduzida. Os esforços que tendem ao reviramento da junta nessa parte também são reduzidos. Procedendo-se a ensaios como a junta assim modificada, não foi constatada nenhuma deformação prejudicial para a integridade da junta.

[0038] De preferência a zona de conexão entre a parte flexível e a parte de contato é arredondada e não apresenta aresta, de modo a reduzir os riscos de início de ruptura.

[0039] Foi descrito um exemplo de realização que corresponde ao caso de um rotor de ventoinha de turborreator de fluxo duplo. Nesse caso, o raio interior da corrente primária sofre uma grande variação entre a entrada e a saída da corrente.

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Por outro lado, a folga entre a plataforma e a pá também não é constante, ela se reduz entre a montante e a jusante.

[0040] A invenção se aplica de modo mais geral a qualquer turbomáquina que apresenta uma disposição similar.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Junta de estanqueidade (16) de plataforma (4) intercalar entre duas pás adjacentes em um rotor de turbomáquina, de forma alongada com uma extremidade a montante e uma extremidade a jusante, que compreende transversalmente, no sentido da largura, uma parte de contato (163, 163'), uma parte de união (161, 161') e uma parte flexível (162, 162') entre a parte de união e a parte de contato, sua seção transversal apresenta uma forma evolutiva entre suas duas extremidades, caracterizada pelo fato de que a seção transversal da parte de contato tendo uma forma bojuda e diminuindo de uma extremidade à outra, a parte flexível sendo mais estreita que a dita parte de contato.
2. Junta de estanqueidade (16) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a seção transversal da parte de contato tem uma forma oval e mais especialmente circular.
3. Junta de estanqueidade (16) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que ela tem pelo menos uma extremidade a montante ou a jusante que é chanfrada.
4. Plataforma (4) intercalar de rotor de turbomáquina, caracterizada pelo fato de que ela compreende uma junta de estanqueidade (16) como definida em qualquer uma das reivindicações precedentes pelo menos ao longo de uma borda lateral longitudinal.
5. Plataforma (4) de acordo com a reivindicação precedente, caracterizada pelo fato de que é disposta para ser montada axialmente no aro de um rotor de maneira a apresentar em uma extremidade axial um diâmetro superior àquele da outra extremidade axial, a junta de estanqueidade tendo a seção menor estando no lado que tem maior diâmetro.
6. Plataforma (4) de acordo com a reivindicação precedente, caracterizada pelo fato de que compreende uma extremidade axial a montante e uma extremidade axial a jusante de diâmetro superior àquele da extremidade axial a montante, a junta apresentando uma zona a montante D e uma zona a jusante E, a zona a montante D tendo uma seção constante e um comprimento compreendido

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2/2 entre a metade e os dois terços do comprimento da junta, a seção transversal da zona a jusante E diminuindo para a jusante.
7. Plataforma (4) de acordo com a reivindicação precedente, caracterizada pelo fato de que é disposta para ser montada em um rotor de ventoinha de turborreator.
8. Rotor de turbomáquina, caracterizado pelo fato de que ele compreende plataformas intercalares como definido em qualquer uma das reivindicações 6 a 7.
9. Rotor de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que sua turbomáquina é a ventoinha de um turborreator.