BR102015028474B1

BR102015028474B1 - Sistema e método de monitorização de rolamento

Info

Publication number: BR102015028474B1
Application number: BR102015028474-8A
Authority: BR
Inventors: Christopher McAuliffe
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corporation
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2015-11-12
Publication date: 2022-02-22
Also published as: US9458881B2; US20160186801A1; EP3020637A1; US20160138650A1; BR102015028474A2; US9377052B2; EP3020637B1

Abstract

SISTEMA E MÉTODO DE MONITORIZAÇÃO DE ROLAMENTO. Um sistema de monitorização do rolamento é provido incluindo um ou mais rolamentos dentro de uma passagem de fluxo e uma passagem de fluido de trabalho sobre pelo menos uma superfi-cie dos rolamentos. Um primeiro termopar estão localizado na passagem de fluxo, a montante em relação os um ou mais rolamentos e configurado para medir uma primeira temperatura do fluido de trabalho e um segundo termopar estão localizado na passagem de fluxo á jusante em relação aos um ou mais rolamentos e configurado para medir uma segunda temperatura do fluido de trabalho. O sistema inclui ainda um dispositivo de controle em comunicação com o primeiro termopar e o segundo termopar, e configurado para computar um gradiente de temperatura através de um ou mais rolamentos da primeira temperatura e a segunda temperatura, comparar o gradiente de temperatura de encontro a um valor conhecido, e se o gradiente de temperatura excede o valor conhecido do dispositivo de controle Ã© configurado para prover uma alerta.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[001] As modalidades aqui geralmente referem-se a métodos e sistemas para a monitorização de rolamentos e mais particularmente a máquinas de ciclo de ar com os sistemas de detecção de falha de rolamentos e os métodos associados.

[002] Mancais de filme de fluido hidrodinâmicos, também chamados de rolamentos de ar de mancais rolamentos de lâminas, pode ser usado para prover suporte a componentes rotativos tais como hastes. Um rolamento de jornal típico pode incluir uma manga de eixo, uma folha de colisão, uma folha intermediária, e uma folha superior. A folha de colisão, a lâmina intermédia, e a folha superior são envolvidos dentro da manga de eixo em um formato substancialmente cilíndrico, e as folhas são posicionadas entre a manga de eixo e o componente rotativo. Cada folha tem uma extremidade que é engrenada à manga de eixo e pode ter outra extremidade que é livre, ou seja, que não se engrena à manga de eixo. Durante a operação, a rotação do componente rotativo faz com que um fluido de trabalho forme uma almofada (muitas vezes referida como um "rolamento de ar") que suporta o componente rotativo com pouco ou nenhum contato direto entre o componente rotativo e as chapas de rolamento. Rolamentos de eixo proveem almofadas de fluidos para cargas radiais.

[003] Do mesmo modo, os rolamentos de empuxo de filme de fluido hidrodinâmico geram um filme de ar não-linear de lubrificação entre uma porção de uma haste rotativa ou de outro componente rotativo e o rolamento. Um arranjo típico de rolamento utiliza subconjuntos soldados. Um subconjunto superior inclui um prato principal anular tendo folhas arqueadas múltiplas, onduladas soldadas na placa principal. Um número correspondente de folhas superiores arqueadas é suportado por folhas de colisão. Um subconjunto de fundo inclui outro prato principal anular tendo várias lâminas de colisão arqueadas soldadas na placa principal. Assim, durante a operação, a rotação do componente rotativo ou haste faz com que um fluido de trabalho forme e em torno das folhas onduladas para prover um rolamento de ar. As folhas de colisão proporcionam uma taxa de mola desejada para amortecer o componente rotativo, à medida que a haste se move axialmente. Assim, os rolamentos de empuxo proveem almofadas de fluidos para cargas axiais.

[004] Durante a operação, os rolamentos podem ser rodados a velocidades elevadas, o que resulta na geração de calor. O calor pode conduzir à falha dos rolamentos por comprometer a integridade estrutural dos componentes dos rolamentos. Para reduzir o risco de falha dos rolamentos, o ar de arrefecimento é transportado e passado sobre as superfícies de rolamento para remover o calor do rolamento.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[005] De acordo com uma modalidade, um sistema de monitorização de rolamento é provido. O sistema inclui um ou mais rolamentos com uma passagem de fluxo configurada para permitir que um fluido de trabalho passe sobre pelo menos uma superfície de um ou mais rolamentos. Além disso, um primeiro termopar está localizado na passagem de fluxo, numa primeira posição a montante em relação a um segmento de um ou mais rolamentos e configurado para medir uma primeira temperatura do fluido de trabalho e um segundo termopar está localizado na passagem de fluxo a uma segunda posição a jusante em relação ao segmento de um ou mais rolamentos e configurado para medir uma segunda temperatura do fluido de trabalho. O sistema inclui ainda um dispositivo de controle em comunicação com o primeiro termopar e o segundo termopar, o dispositivo de controle configurado para (i) computar um gradiente de temperatura através de um ou mais rolamentos da primeira temperatura e a segunda temperatura, (ii) comparar o gradiente de temperatura de encontro a um valor conhecido, e (iii) se o gradiente de temperatura excede o valor conhecido do dispositivo de controle é configurado para prover uma alerta.

[006] De acordo com uma outra modalidade, é provido um método de monitorização de rolamentos. O método inclui a passagem de um fluido de trabalho através de uma superfície de um ou mais rolamentos. Além disso, uma primeira temperatura do fluido de trabalho é medida numa primeira posição que está a montante em relação a um segmento de um ou mais rolamentos e uma segunda temperatura do fluido de trabalho é medida numa segunda posição, que é a jusante em relação ao segmento de os um ou mais rolamentos. Um gradiente de temperatura a partir da primeira temperatura e da segunda temperatura é computado e o gradiente de temperatura é comparado a um valor conhecido. Se o gradiente de temperatura excede o valor conhecido, uma alerta é provida.

[007] Efeitos técnicos de modalidades da invenção incluem prover de um sistema de monitorização para prever a falha de rolamento.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[008] O objeto que é tido como a invenção é especificamente salientado e distintamente reivindicado nas reivindicações à conclusão do relatório descritivo. Outros e demais recursos e vantagens da invenção são evidentes a partir da seguinte descrição detalha tomada em conjunto com as figuras que acompanham nas quais: FIG. 1 é uma vista em corte transversal parcial de um rolamento de eixo exemplar; FIG. 2 é uma vista explodida parcial de um rolamento de empuxo exemplar; FIG. 3 é uma vista esquemática em corte transversal de um motor que inclui uma máquina de ciclo de ar de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção; e FIG. 4 é um fluxograma de um método de monitorização do estado dos rolamentos de acordo com uma modalidade exemplar da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[009] A presente invenção, em geral, provê um sistema de monitorização e processo para conjuntos de rolamento de filme de fluido hidrodinâmico que é relativamente simples e fácil de empregar e prevê e/ou detecta falha de rolamento antes de completar a falha. O sistema de monitorização ajuda a reduzir ou eliminar os problemas associados com a falha dos rolamentos. Além disso, os sistemas e métodos de monitorização aqui descritos podem ser utilizados em máquinas de ciclo de ar existentes sem qualquer modificação substancial.

[0010] FIG. 1 é uma vista em corte transversal de um conjunto de rolamento de eixo de filme de fluido hidrodinâmico exemplar ("rolamento de eixo 100"), o qual representa um tipo de rolamento hidrodinâmico de folha que podem empregar modalidades da invenção. O rolamento de eixo 100 inclui uma manga de eixo 102 que define uma superfície de diâmetro exterior 104 e uma superfície de diâmetro interno 106. A manga de eixo 102 é substancialmente cilíndrica e está disposta em torno de um eixo central. Deve notar-se que a manga de eixo pode ter um formato cilíndrico convencional, ou pode ser moldada com um perfil de peso reduzido, ou configurada como outros formatos ou configurações, e a FIG. 1 apenas apresenta uma configuração exemplar de um rolamento de eixo 100.

[0011] Na FIG. 1, uma série de folhas está disposta no interior da manga de eixo 102. O rolamento de eixo 100 inclui uma folha de colisão 108, uma folha intermédia 110, e uma folha superior 122. A folha de colisão 108, a folha intermédia 110, e a folha superior 112 são uma formada por folhas finas de material (por exemplo, ligas à base de níquel, aço, ou materiais semelhantes) envoltos em um formato geralmente cilíndrico e posicionadas num furo da manga de eixo 102. A folha de colisão 108 é ondulada, permitindo que um fluido de trabalho e/ou fluido de arrefecimento flua através dos espaços formados entre as ondulações adjacentes. A folha de colisão 108 é posicionada adjacente à superfície de diâmetro interno 106 da manga de eixo 102. As folhas 108, 110, e 112 são retidas em relação à manga de eixo 102 com porções dobradas 114 que envolvem uma fenda de chave 116.

[0012] Um componente rotativo tal como uma haste (não mostrado) pode ser posicionado no interior do rolamento de eixo 100, radialmente para dentro a partir da folha superior 112. Uma superfície radialmente interior da folha superior 112 exposta ao componente rotativo pode opcionalmente ser revestida com um lubrificante de filme seco adequado. O uso de um tal lubrificante de filme seco pode reduzir o atrito causado pelo componente rotativo entrando em contato com a folha superior 112 ao acelerar a velocidade de funcionamento, ao desacelerar de velocidade de operação, quando parado, e quando sujeitas a um contato acidental com a folha superior 122 durante a operação regular. Mesmo com a aplicação de um lubrificante de filme seco, durante a operação calor é gerado nas superfícies das folhas 108, 110, 112 e 100 de rolamento de eixo, que pode levar a uma falha estrutural do rolamento de eixo 100. Deste modo, o ar em movimento é passado sobre as superfícies do rolamento de eixo 100 para remover o calor e impedir que o rolamento de eixo 100 de sobreaquecimento e falha. No entanto, sob a operação do sistema atípica, cargas superiores a capacidade de rolamento será imposta a um rolamento levando a um aumento associado em temperatura de fluxo de refrigeração de rolamento e falha do rolamento.

[0013] Com referência à FIG. 2, uma vista explodida de um conjunto de rolamento de empuxo de filme de fluido hidrodinâmico ("rolamento de empuxo 200"), o qual representa um outro tipo de rolamento hidrodinâmico de folha que pode empregar modalidades da invenção, é mostrado. O rolamento de empuxo 200 da FIG. 2 tem uma construção diferente do que o rolamento de eixo 100 da FIG. 1. Isto é porque rolamentos de eixo, como mostrado na FIG. 1, operam com cargas radiais, ao passo que os rolamentos de empuxo, como mostrado na FIG. 2, operam com cargas axiais. No entanto, ambos os tipos de rolamentos funcionam de forma semelhante, utilizando filmes de fluido hidrodinâmico, como o ar ou outros fluidos, tanto para prover lubrificante de rolamento de e fluxos de arrefecimento para evitar o sobreaquecimento.

[0014] O rolamento de empuxo 200 incluem três camadas, mas podem incluir mais ou menos camadas. Uma primeira camada superior 202 compreende múltiplas folhas superiores arqueadas 204 que estão espaçadas circunferencialmente em relação uma a outra sobre um eixo central. As folhas superiores 204 são suportadas por uma segunda camada 206 tendo um número correspondente de folhas de colisão arqueadas 208 dispostas em circunferência abaixo das folhas superiores 204. As folhas de colisão 208 são onduladas para prover amortecimento e acomodar um fluxo de ar de arrefecimento através do rolamento de empuxo 200. A terceira camada 210 é fornecida como uma placa principal anular 212 que suporta as folhas de colisão 208. Semelhante a um rolamento de eixo, as folhas superiores 204 do rolamento de empuxo podem ser revestidas em um lubrificante de filme seco. As três camadas 202, 206, e 210 podem ser fixas uma à outra, por exemplo, por soldadura por pontos.

[0015] Semelhante ao rolamento de eixo 100 da FIG. 1, ar em movimento é passado sobre as superfícies do rolamento de empuxo 200 para remover o calor e evitar que o rolamento de empuxo 200 de superaquecimento e falha. No entanto, novamente, sob a operação do sistema atípica, cargas superiores a capacidade de rolamento serão impostas a um rolamento levando a um aumento associado em temperaturas de fluxo de refrigeração de rolamento e falha do rolamento.

[0016] Os rolamentos hidrodinâmicos acima descritos podem ser utilizados em máquinas de ciclo de ar de aeronave. Os rolamentos hidrodinâmicos proveem um rolamento de longa duração com o mínimo de manutenção necessária. Isto é porque os rolamentos empregam ar como um fluido lubrificante e como um fluido de arrefecimento. Isto significa que líquidos de arrefecimento ou lubrificantes, tais como óleos, não precisam de ser substituídos ao longo do tempo.

[0017] Passando agora à FIG. 3, uma máquina de ciclo de ar 300 é parte de um sistema de controle ambiental que é configurado para fornecer ar condicionado, por exemplo, a uma cabine de uma aeronave. A máquina de ciclo de ar 300 é uma máquina de ciclo de ar de quatro rodas, com quatro rotores em uma única haste 304. Os quatro rotores são fixos em conjunto e são suportados por elementos de rolamento. Há, assim, quatro rolamentos configuradas dentro da máquina de ciclo de ar 300, os quais são dispostos ao longo de uma passagem de fluxo de ar 306, a qual é representada pelo caminho de setas na FIG. 3. A passagem de fluxo de ar 306 provê tanto o ar como um fluido lubrificante para os rolamentos hidrodinâmicos e como um fluxo de ar de arrefecimento para remover o calor gerado pelos rolamentos durante a operação.

[0018] Na configuração exemplificativa da FIG. 3, dois dos quatro rolamentos são rolamentos de empuxo e dois são rolamentos de eixo, tal como descritos acima. Os rolamentos de empuxo estão localizados no lado de entrada da passagem do fluxo de ar 306, com os rolamentos de eixo situados mais a jusante na passagem de fluxo de ar 306. O primeiro rolamento de empuxo 308 é configurado como um rolamento de empuxo externo e um segundo rolamento de empuxo 310 é configurado como um rolamento de empuxo interior. Depois dos rolamentos de empuxo 308 e 310, na direção da passagem do fluxo de ar 306, um primeiro rolamento de empuxo 312 está configurado como um rolamento de eixo da turbina e, em seguida, no sentido da saída da passagem de fluxo de ar 306, um segundo rolamento de eixo 314 está configurado como um rolamento de eixo de ventoinha. Os rolamentos de empuxo 308 e 310 são configurados para operar com cargas axiais e os rolamentos de eixo 312 e 314 são configurados para operar com cargas radiais dentro do motor 302.

[0019] Como um exemplo não limitativo, a máquina de ciclo de ar 300 pode funcionar a 20,000-50,000 RPM. No entanto, outras velocidades rotacionais de operação podem ser utilizadas sem nos afastarmos do escopo da invenção. Como tal, durante a operação, cada um dos rolamentos 308, 310, 312, e 314 irá gerar calor devido ao cisalhamento viscoso do filme hidrodinâmico gerado de ar entre a folha de superior de rolamento e a haste rotativa, a qual pode conduzir a uma falha estrutural dos rolamentos. Para dissipar o calor, ar flui através da passagem de fluxo de ar 306 e passa sobre os rolamentos 308, 310, 312, e 314 para prover um fator de arrefecimento através de e/ou sobre os rolamentos. No entanto, o calor pode provocar danos nos rolamentos, mesmo com o fator de arrefecimento provido pelo fluxo de ar no interior da passagem de fluxo de ar 306. Além disso, outros tipos de danos podem ocorrer aos rolamentos, como o material que entra na passagem do fluxo de ar 306 e causando danos aos rolamentos, impactos, envelhecimento, etc. Qualquer dano a um rolamento pode levar à falha desse rolamento, e, portanto, causar problemas significativos, especialmente se a falha ocorre durante o voo de uma aeronave.

[0020] Quando a falha de um rolamento ocorre, o calor elevado associado com os rotores de alta velocidade, os quais são o suporte pelos rolamentos de ar, estruturas de contato estático resultando em fumaça e/ou em outras partículas se formando as quais podem inserir uma cabine da aeronave e/ou o próprio ar quente pode ser bombeado para uma cabine resultando em condições inaceitáveis para os ocupantes da cabine. Além disso, durante a falha os rolamentos podem quebrar e provocar danos adicionais para a máquina de ciclo de ar, para o sistema de controle ambiental da máquina de ciclo de ar está ligado a e/ou a outros componentes da aeronave. Assim, a falha do rolamento pode ser perigosa e dispendiosa. Atualmente, falha de um rolamento só pode ser determinada após a falha ocorrer, por exemplo, quando a fumaça entra em uma cabine ou desempenho do sistema de controle ambiental é visivelmente degradado. No entanto, os sistemas de pré-falha que proveem previsão, detecção e/ou de alerta precoce de falhas de rolamentos não existem.

[0021] Um indicador de falha do rolamento é superfícies de rolamento de alta temperatura. Por exemplo, quando um rolamento se aproxima de falha, o rolamento não funcionará de forma eficiente e, portanto, as perdas de energia aumentam. As perdas de energia significam temperaturas mais elevadas.

[0022] O calor gerado durante a operação normal é relativamente baixo porque há pouca perda de energia no sistema devido ao atrito e outros fatores. Quando o ar de arrefecimento passa sobre as superfícies dos rolamentos, o ar é aquecido. Por conseguinte, um gradiente de temperatura existe através da superfície do rolamento, com uma baixa temperatura existente num primeiro ponto, que é anterior a uma superfície de rolamento ao longo da direção do fluxo de ar e as temperaturas sobem à medida que passa sobre as superfícies de rolamento aquecidas, atingindo uma temperatura máxima na extremidade das superfícies de rolamento na direção do fluxo.

[0023] Em contraste, tal como um rolamento começa a falhar ou a exibir características de potencial falha, a perda de energia do rolamento e aumentará a temperatura do rolamento vai aumentar. Assim, o ar de arrefecimento aquece mais rapidamente e a temperaturas mais elevadas, à medida que o ar passa sobre as superfícies de rolamento. Como um resultado, existe um gradiente de temperatura maior ao longo de uma falha de rolamento a partir de um ponto a montante para um ponto a jusante, quando comparado com um rolamento que opera normalmente.

[0024] Como um exemplo não limitativo, em condições normais de hwpekqpcogpVq. wo itcfkgpVg fg VgorgtcVwtc *$ΔV$+ cq nqpiq fg wo qw fq outro lado do rolamento podem estar entre cerca de 0 ° F/-18 ° C e cerca de 50 ° F/10 ° C, e mais particularmente entre cerca de 15 °F/-9 °C e cerca de 25 °F/-4 °C. Se um rolamento falha completamente, o gradiente de temperatura pode ser de cerca de 100 ° F/38 ° C ou mais. No entanto, se um rolamento é aproximando a falha, mas ainda não falhou, o gradiente pode ser de cerca de 50 ° F/10 ° C ou mais. Assim, há cerca de três faixas de gradientes de VgorgtcVwtc fg qrgtc>«q ΔV rctc qu tqncogpVqUo C rtkogktc hckzc swg fi inferior a cerca de 50 °F/10 °C a qual indica condições normais ou típicas de funcionamento; uma segunda gama de entre cerca de 50 °F/10 °C e cerca de 100 °F/38 °C a qual indica uma falha, falha potencial, ou outra condição operacional negativa; e uma terceira faixa que está acima de cerca de 100 °F/38 °C o que indica falha total do rolamento. Embora várias temperaturas e gamas de temperaturas de funcionamento específicas sejam aqui divulgadas, as gamas e temperaturas podem variar em função das características operacionais das máquinas. Assim, as temperaturas e os intervalos acima descritos são apresentados apenas para fins ilustrativos, e aqueles versados na técnica apreciarão que temperaturas e outras gamas podem ser empregues sem nos afastarmos do escopo da invenção.

[0025] Em vista do acima, estes podem estar localizados perto ou proximais a cada rolamento 308, 310, 312, e 314, dentro de uma máquina de ciclo de ar 300. Os termopares são configurados para medir as temperaturas de entrada e saída de ar que passam sobre as superfícies dos rolamentos, e, portanto, monitorar os gradientes de temperatura através das superfícies de rolamento. Por exemplo, um termopar de entrada 316 é provido proximal para uma localização a montante de ambos os rolamentos axiais 308 e 310. Os rolamentos de empuxo 308 e 310 compartilham o mesmo termopar de entrada 316 para medir a temperatura do ar numa primeira posição que é, antes de passar ao longo dos rolamentos na direção do fluxo de ar. No entanto, um termopar de saída 318 está localizado proximal para uma localização a jusante do rolamento de empuxo 308 e um termopar de saída diferente 320 está localizado a uma localização a jusante do rolamento de empuxo 310. O termopar de entrada 316 e o termopar de saída 318 está configurado para fgVgtokpct woc VgorgtcVwtc fg itcfigpVg ΔVi através do primeiro rolamento de empuxo 308. Considerando que, o termopar de entrada 316 e o termopar de saída 320 são configurados para determinar um gradiente de temperatura ΔV2 através do segundo rolamento de empuxo 310. Numa modalidade alternativa, cada rolamento de empuxo 308 e 310 podem ter termopares separados na entrada e na saída do rolamento.

[0026] O termopar de saída 320, o qual está localizado à saída do rolamento de empuxo 310, também está configurado como o termopar de entrada para o rolamento de eixo 312. Na saída do rolamento de eixo 312 um termopar de saída 322 está configurado para medir a temperatura do ar. Deste oqfq." wo" itcfigpvg" fg" vgorgtcvwtc"ΔV3 ao longo do primeiro rolamento de eixo 312 é medido. Finalmente, um termopar de entrada 324 e um termopar de saída 326 está localizado nas seções de entrada e de saída do segundo rolamento de eixo 314, respectivamente, e está configurado para medir um itcfigpvg"fg"vgorgtcvwtc"ΔV4 em todo o segundo rolamento de eixo 314.

[0027] Cada um dos termopares, dispostos como descrito acima, são configurados para medir as temperaturas à entrada, ou a montante, e de saída, ou a jusante, pontos em relação aos rolamentos. Gradientes de temperatura através dos rolamentos da máquina de ciclo de ar 300 podem, em seguida, ser calculados com base nas temperaturas medidas pelos termopares. Por exemplo, os termopares podem ser configurados para comunicar com um dispositivo de controle, computador, processador, dispositivo de notificação, ou outro dispositivo semelhante, ou podem ser com fio ou estar em comunicação com um sistema mais abrangente que controla a máquina de ciclo de ar 300, o motor 302, um sistema de controle ambiental, ou outro componente ou sistema, doravante "dispositivo de controle 328." O dispositivo de controle 328 está configurado para computar os gradientes de temperatura através da comparação das temperaturas de saída para as temperaturas de entrada para cada rolamento.

[0028] O dispositivo de controle 328 pode ser configurado para prover um alerta quando a falha é possível, como indicado por um gradiente de temperatura que se encontra fora das condições normais de funcionamento. Por exemplo, quando um gradiente de temperatura de cerca de 50 ° F/10 ° C ou superior é detectado através de um rolamento, ou seja, indicando condições de falha ou avaria potencial, o dispositivo de controle 328 irá indicar que o rolamento deve ser inspecionado, reparado, e/ou substituído. Vantajosamente, este processo pode prover uma notificação de alerta ou antes da falha do rolamento durante o funcionamento. Tais alertas ou notificações podem assumir a forma de uma mensagem de status apresentado em um console no cockpit de um avião. No entanto, aqueles versados na técnica irão apreciar que qualquer tipo de alerta, indicador e/ou notificação podem ser empregados sem nos afastarmos do escopo da invenção.

[0029] Passando agora à FIG. 4, um fluxograma de um processo de monitoramento 400 de acordo com uma modalidade exemplificativa da invenção é mostrado. Na etapa 402, o fluxo de ar é passado sobre uma superfície de rolamento, por exemplo, como descrito acima. Na etapa 404 a temperatura do ar é medida numa primeira posição, tal como numa posição a montante em relação a um rolamento, a ser monitorizado. Na etapa 406, a temperatura do ar é medida numa segunda posição, que pode ser uma posição a jusante em relação ao rolamento. Assim, durante as etapas 404 e 406, a temperatura mais baixa é medida (a montante) e a temperatura mais elevada é medida (a jusante) em relação a um único rolamento.

[0030] Com as duas medidas obtidas nas etapas 404 e 406, um gradiente de temperatura é computado ou calculado na etapa 408, a qual representa a alteração na temperatura do ar à medida que passa ao longo de uma superfície de rolamento. O gradiente de temperatura calculado na etapa 408 é então comparado com valores e/ou limiares pré-determinada e/ou conhecidos na etapa 410. Os valores conhecidos refletem gradientes de temperatura conhecidos que representam diferentes estados dos rolamentos, como descrito acima. Ao comparar o gradiente de temperatura medido a valores conhecidos, pode ser determinado se o rolamento que está sendo monitorizado estiver a funcionar sob condições normais ou, se o rolamento está a operar sob condições que exibem evidência de potencial falha do rolamento.

[0031] Se for determinado na etapa 410 que o gradiente de temperatura indica condições normais de funcionamento, nenhuma ação é tomada pelo sistema na etapa 412, e o processo volta à etapa 404. No entanto, se for determinado na etapa 410 que a temperatura está acima de um limiar, e, assim, indica uma falha de rolamento, um alerta pode ser provido ou outras medidas tomadas, na etapa 414.

[0032] Vantajosamente, as modalidades da invenção permitem uma máquina de ciclo de ar para ser configurada para detectar e evitar a falha dos rolamentos. Por exemplo, como um aumento de carga sobre um rolamento, tal como numa situação de carga que aumenta progressivamente, a temperatura pode aumentar através do rolamento. Monitoramento desta temperatura permite que a notificação precoce de falha do rolamento potencial. Assim, as condições de estado estruturais e operacionais dos rolamentos podem ser controladas de modo a prevenir e evitar a falha.

[0033] De um modo vantajoso, de acordo com modalidades da invenção, com valores conhecidos que indicam um rolamento que é, potencialmente, vai falhar, mas ainda não falhou, pode-se determinar se um rolamento está em funcionamento sob condições normais, de uma condição que é potencialmente vai falhar, ou falhou. A medição da temperatura de um fluido de trabalho que passa sobre as superfícies de um rolamento permite a monitorização simples, sem modificar a estrutura ou configurações de rolamentos. Além disso, de forma vantajosa, modalidades aqui divulgadas podem ser instaladas em sistemas já existentes, sem modificação significativa.

[0034] Embora a invenção tenha sido descrita em detalhes em ligação com apenas um número limitado de modalidades, deve ser prontamente entendido que a invenção não está limitada a tais modalidades divulgadas. Em vez disso, a invenção pode ser modificada para incorporar qualquer número de variações, alterações, substituições, combinações, sub-combinações ou disposições equivalentes, até agora não descritas, mas que são comensuráveis com o espírito e escopo da invenção. Adicionalmente, embora várias modalidades da invenção tenham sido descritas, é para ser entendido que os aspectos da invenção podem incluir apenas algumas das modalidades descritas.

[0035] Por exemplo, apesar de aqui descrito como uma máquina de ciclo de ar para uma aeronave, aqueles versados na técnica apreciarão que o sistema de controle descrito pode ser empregue em outros sistemas que exibem alterações térmicas indicando potenciais falhas dos componentes. Além disso, embora uma máquina de ciclo de ar particular tenha sido divulgada anteriormente, isto é meramente exemplificativo e outras configurações, números de rolamentos, o número de termopares, e outras características podem ser alteradas e/ou modificadas sem nos afastarmos do escopo da invenção.

[0036] Além disso, apesar de aqui descritos como rolamentos de ar, outros tipos de rolamentos que usam fluxos de fluido alternativos para arrefecimento e/ou lubrificante podem empregar os termopares e os processos de monitorização semelhantes sem nos afastarmos do escopo da invenção.

[0037] Além disso, embora descritos com as medições obtidas a montante e a jusante relativamente a um rolamento, os pontos de medição podem ser feitos em qualquer ponto em relação a um rolamento, de tal modo que um gradiente possa ser determinado. Além disso, as medições de temperatura e as determinações feitas neste documento não são meramente limitadas a gradientes de temperatura, mas, em vez disso, temperaturas absolutas medidas em locais individuais podem ser medidas e comparadas com valores conhecidos, a fim de monitorizar falhas de rolamento potenciais. Além disso, embora as temperaturas exemplares tenham sido aqui divulgadas, tais temperaturas são meramente exemplificativas e outras temperaturas e/ou gradientes de temperatura podem ser utilizados ou mais apropriados, dependendo das condições dos rolamentos a serem monitorado.

[0038] Além disso, em algumas modalidades, o dispositivo de controle e termopares podem ser configurados prover notificação de falha e potencial falha real. Como tal, o sistema aqui divulgado pode ser utilizado para determinar o isolamento de falhas e prontamente determinar e ponto de pino um rolamento específico que falhou ou pode potencialmente falhar.

[0039] Consequentemente, a invenção deve ser vista como limitada pela descrição precedente, limitando-se apenas pelo escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Sistema de monitorização de rolamento, caracterizado pelo fato de que compreende: um ou mais rolamentos de empuxo (308, 310); um ou mais rolamentos de eixo (312, 314); uma passagem de fluxo (306), em que o um ou mais rolamentos de empuxo (308, 310) e o um ou mais rolamentos de eixo (312, 314) são posicionados com pelo menos uma superfície exposta à passagem de fluxo (306), em que a passagem de fluxo (306) é configurada para permitir que um fluido de arrefecimento passe sobre a pelo menos uma superfície de do um ou mais rolamentos de empuxo e de eixo (308, 310, 312, 314) dentro da passagem de fluxo (306); um primeiro termopar (316, 324) localizado na passagem de fluxo (306) numa primeira posição a montante em relação a um segmento de um primeiro do um ou mais rolamentos (308, 310, 312, 314) e configurado para medir uma primeira temperatura do fluido de arrefecimento; um segundo termopar (318, 326) localizado na passagem de fluxo (306) numa segunda posição a jusante em relação ao segmento do primeiro do um ou mais rolamentos (308, 310, 312, 314) e configurado para medir uma segunda temperatura do fluido de arrefecimento; e um dispositivo de controle (328) em comunicação com o primeiro termopar (316) e o segundo termopar (318), o dispositivo de controle (328) configurado para (i) computar um gradiente de temperatura através do primeiro do um ou mais rolamentos (308, 310, 312, 314) da primeira temperatura e a segunda temperatura, (ii) comparar o gradiente de temperatura de encontro a um valor conhecido, e (iii) se o gradiente de temperatura excede o valor conhecido do dispositivo de controle (328) é configurado para prover uma alerta.

2. Sistema de monitorização de rolamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os um ou mais rolamentos (308, 310, 312, 314) compreendem rolamentos hidrodinâmicos de folha fina.

3. Sistema de monitorização de rolamento de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o valor conhecido é de 10°C (50°F).

4. Sistema de monitorização de rolamento de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o um ou mais rolamentos inclui um primeiro rolamento (308, 312) e um segundo rolamento (310, 314), em que a passagem de fluxo (306) é configurada para permitir que o fluido de arrefecimento passe ao longo de pelo menos uma superfície do primeiro rolamento (308, 312) e pelo menos uma superfície do segundo rolamento (310, 314), e a primeira posição está a montante de um segmento do primeiro rolamento (308, 312) e a segunda posição está a montante de um segmento do segundo rolamento (310, 314).

5. Sistema de monitorização de rolamento de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende: um terceiro termopar (322) localizado na passagem de fluxo numa terceira posição a jusante relativamente a um segmento do segundo rolamento (312) e configurado para medir uma terceira temperatura do fluido de arrefecimento; e o dispositivo de controle (328) está ainda configurado para calcular um segundo gradiente de temperatura a partir da segunda temperatura e a terceira temperatura, (ii) comparar o segundo gradiente de temperatura em relação ao valor conhecido, e (iii) se o segundo gradiente de temperatura excede o valor conhecido do dispositivo de controle é configurado para prover um alerta.

6. Sistema de monitorização de rolamento de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle (328) é adicionalmente configurado para determinar qual dentre o primeiro rolamento (310) e o segundo rolamento (312) de inclui uma falha.

7. Sistema de monitorização de rolamento de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende: um terceiro termopar (326) localizado na passagem de fluxo numa terceira posição a jusante relativamente a um segmento do segundo rolamento (314) e configurado para medir uma terceira temperatura do fluido de arrefecimento; um quarto termopar (324) localizado na passagem de fluxo a uma quarta posição a jusante em relação ao segmento do primeiro rolamento (308) e a montante em relação ao segmento do segundo rolamento (314) e configurado para medir uma quarta temperatura do fluido de arrefecimento; e o dispositivo de controle (328) é adicionalmente configurado para calcular um segundo gradiente de temperatura a partir da terceira temperatura e a quarta temperatura, (ii) comparar o segundo gradiente de temperatura em relação ao valor conhecido, e (iii) se o segundo gradiente de temperatura excede o valor conhecido do dispositivo de controle é configurado para prover um alerta.

8. Sistema de monitorização de rolamento de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que é configurado com uma máquina de ciclo de ar (300) de uma aeronave.

9. Método de monitorização de rolamento, caracterizado pelo fato de que compreende: passagem de um fluido de arrefecimento através de uma superfície de um ou mais rolamentos (308, 310, 312, 314); medição de uma primeira temperatura do fluido de arrefecimento a uma primeira posição que está a montante em relação a um segmento dos um ou mais rolamentos (308, 310, 312, 314); medição de uma segunda temperatura do fluido de arrefecimento a uma segunda posição que está a jusante em relação a um segmento dos um ou mais rolamentos (308, 310, 312, 314); computação de um gradiente de temperatura a partir da primeira temperatura e da segunda temperatura; comparar o gradiente de temperatura a um valor conhecido; e prover um alerta se o gradiente de temperatura excede o valor conhecido.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os um ou mais rolamentos (308, 310, 312, 314) compreendem rolamentos hidrodinâmicos de folha fina.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os rolamentos hidrodinâmicos de folha fina (308, 310, 312, 314) são, pelo menos, um dentre rolamentos de eixo e rolamentos de empuxo.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o valor conhecido é de 10°C (50°F).

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de que os um ou mais rolamentos (308, 310, 312, 314) incluem um primeiro rolamento e um segundo rolamento, e o método adicionalmente compreende: determinar, qual dentre o primeiro rolamento e o segundo rolamento inclui uma falha.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de que o método é realizado por um ou mais componentes de uma aeronave.