BR112012010702B1

BR112012010702B1 - Processo de detecção de um dano de pelo menos um rolamento de mancal

Info

Publication number: BR112012010702B1
Application number: BR112012010702-0A
Authority: BR
Inventors: Julien Griffaton
Original assignee: Snecma
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2019-11-26
Also published as: RU2012122757A; FR2952177B1; EP2496921B1; JP2013510303A; BR112012010702A2; RU2558007C2; CN102597735A; US20120272736A1; CA2779256C; CA2779256A1; FR2952177A1; CN102597735B; EP2496921A1; WO2011054867A1; JP6006116B2; US9032803B2

Abstract

processo de detecção de um dano de pelo menos um rolamento de mancal o processo da invenção compreende as etapas consistindo em: adquirir sobre o conjunto de um período de medição p de variação do regime n da árvore um sinal vibratório corrente (vc) de uma vibração mecânica de componentes do motor; amostrar o sinal (vc) durante o período p; sincronizar o sinal em relação às variações do regime n; transformar o sinal em um sinal frequencial para obter raias espectrais frequenciais ordenadas de acordo com o regime n; calcular a média das amplitudes das raias espectrais a fim de obter uma assinatura vibratória corrente do motor (sc); calcular uma taxa de desvio (a) entre a assinatura (sc) e uma assinatura vibratória saudável de referêncial (ss); e comparar a taxa de desvio (a) com indicadores de defeitos de uma base de dados preestabelecida, relacionando os danos teóricos para os mancais do motor de modo a determinar os danos potenciais do rolamento de mancal.

Description

PROCESSO DE DETECÇÃO DE UM DANO DE PELO MENOS UM ROLAMENTO DE MANCAL [0001]A invenção refere-se ao domínio do acompanhamento dos desgastes do motor, em particular, o desgaste dos rolamentos de mancai suportando em rotação pelo menos um eixo giratório do motor.

[0002]Um mancai de rolamentos em turbomáquina aeronáutica suporta os eixos dos corpos de alta pressão e de baixa pressão da turbomáquina. Distinguem-se os mancais de rolamentos clássicos suportando um eixo em relação ao cárter fixo da turbomáquina dos mancais de rolamentos suportando uma primeira eixo em relação a uma segunda eixo conhecidos sob a designação mancai inter-eixos.

[0003] A ruptura dos rolamentos de mancai e susceptível de parar a rotação do eixo suportado pelo mancai o que pode provocar a parada total do motor e assim potencialmente colocar em perigo a vida dos passageiros de uma aeronave sobre a qual seria montada a turbomáquina. Em sequência a ruptura do mancai, os resíduos deste último penetram entre os diferentes elementos da turbomáquina e esta deve ser substituída em seu conjunto. Detectando-se o desgaste dos mancais, pode-se substituir um mancai danificado antes de sua ruptura o que permite aumentar a duração de vida útil da turbomáquina.

[0004]Para detectar o desgaste dos rolamentos de mancai, conhecem- se processos simples nos quais Se mede um sinal vibratório de uma máquina de turbina a gás para calcular a energia vibratória do sinal por um método estatístico (método dos momentos estatísticos dito método RMS que consiste em calcular a raiz quadrada da média dos quadrados, etc.). Depois, compara- se a energia vibratória do sinal com um limiar de detecção determinado de maneira empírica. Se a energia do sinal exceder o limiar de detecção, um desgaste dos rolamentos de mancai e detectado. Tal método é adaptado apenas para turbomáquinas utilizados em um meio com pouco ou sem ruído, por exemplo, para as turbinas de produção de energia elétrica.

[0005] Uma turbomáquina aeronáutica é utilizada em um meio com fortes ruídos (ruído de combustão, ruído provocado pelo escoamento aerodinâmico, numerosos harmônicos dos regimes de rotação dos eixos de alta e baixa pressão, ruído ligado

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2/22 aos desequilíbrios, etc.). Um método, como descrito previamente, não e, portanto, adaptado.

[0006]Para uma turbomáquina aeronáutica, dispõe-se atualmente de uma base de dados de defeitos reagrupando o conjunto dos danos dos rolamentos dos mancais de um motor. Esta base compreende preferivelmente os defeitos de todos os rolamentos de todos os mancais do motor.

[0007] A título de exemplo, a base de dados de defeitos compreende as frequências características para um anel interno defeituoso e um anel externo defeituoso de um rolamento de um mancai inter-eixo. Com efeito, Se existe um defeito na superfície de um anel externo de um rolamento, este defeito vai gerar um choque em cada que um elemento rolante vai encontrar o defeito. Assim, cada defeito pode ser caracterizado por uma frequência teórica ou uma pluralidade de frequências teóricas que são reagrupadas sob a forma de indicadores de defeitos, eles mesmos reagrupados na base de dados de defeitos.

[0008] A frequência resultante do dano do rolamento e proporcional a velocidade de rotação do eixo ou dos eixos suportados pelo mancai, a frequência se propagando por vibrações através dos componentes da turbomáquina. Um método de detecção adaptado para o domínio aeronáutico consiste em realizar uma pesquisa de níveis vibratórios dos componentes da turbomáquina em regime elevado de funcionamento da mesma. Para isto, este processo prevê adquirir durante um ciclo completo de voo um sinal vibratório procedente de um ou vários sensores de vibração que podem detectar vibrações provenientes dos componentes da turbomáquina. A detecção de um dano de um rolamento de mancai então e realizada a partir da identificação de níveis vibratórios superiores a um limiar predefinido para um rolamento saudável e para qual Se identificou um mesmo fator. Pode-se, por exemplo, referir-se ao pedido de patente europeia EP 1111.364 que descreve um modo de realização de tal processo.

[0009] Contudo, testes com rolamentos danificados de mancais mostraram que a detecção de um dano não é sistemática com tal método. Com efeito, as medições dos sensores de vibração são poluídas em regime elevado de funcionamento da

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3/22 turbomáquina pelo ambiente vibratório natural o que toma dificilmente discerníveis os níveis vibratórios característicos de um dano.

[0010] Conhece-se, por outro lado, pelo pedido de patente FR 2913769 A-1 de SNECMA um processo de detecção em que um sinal vibratório e medido durante uma atividade renovável em baixo regime do motor. Este processo permite detectar um defeito para um único rolamento. Além disso, o conjunto dos métodos da técnica anterior limita-se a detectar os defeitos para um único tipo de rolamento de mancai para um regime estabilizado determinado (baixo regime ou elevado). Contudo, alguns dos defeitos aparecem apenas em alto regime ou baixo.

[0011] A requerente deseja propor um método universal podendo detectar os defeitos do conjunto dos mancais, o método de detecção devendo ser de implementação rápida a fim de realizar um diagnóstico em tempo real. Além disso, a requerente procurou aumentar a precisão da detecção de modo a poder determinar de modo confiável e reprodutível Se pelo menos um rolamento de mancai esta defeituoso. [0012] Para esse efeito, a invenção refere-se a um processo de detecção e um dano de pelo menos um rolamento de mancai suportando em rotação pelo menos um eixo giratória de um motor, caracterizado pelo fato de compreender as etapas consistindo em:

[0013]a) definir um período de medição durante o qual o regime do eixo varia entre um baixo regime e um alto regime;

[0014]b) adquirir sobre o conjunto do período de medição P um sinal vibratório corrente de uma vibração mecânica de componentes do motor;

[0015]c) amostrar o sinal vibratório corrente durante o período de medida;

[0016]d) sincronizar o sinal vibratório amostrado em relação às variações do regime do eixo sobre o período de medida;

[0017]e) transformar o sinal vibratório amostrado e sincronizado em um sinal frequencial para obter linhas espectrais frequenciais ordenadas de acordo com o regime de rotação do eixo;

[0018] f) calcular a amplitude média das linhas espectrais a fim de obter uma assinatura vibratória corrente do motor;

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4/22 [0019] g) calcular uma taxa de desvio entre a assinatura vibratória corrente do motor e uma assinatura vibratória saudável de referência; e [0020] h) comparar a taxa de desvio com indicadores de defeitos de uma base de dados preestabelecida, relacionando os danos teóricos dos rolamentos dos mancais do motor de modo a determinar os danos potenciais do rolamento de mancai.

[0021]A invenção e aqui apresentada para um período de medição durante o qual o regime do eixo varia entre um baixo regime e um alto regime, mas e evidente que a invenção e aplicável também entre um regime inferior e um regime superior, o importante sendo que o regime do motor seja variável entre dois valores do regime determinados. Preferivelmente, o regime superior e um alto regime e o regime inferior e um baixo regime.

[0022] Graças à invenção, pode-se medir um grande número de danos sobre uma faixa larga do regime do eixo, alguns danos só aparecendo em certos regimes. Em outros termos, o processo da invenção permite detectar qualquer tipo de dano é isto para o conjunto dos mancais do motor. Uma detecção precisa é possível pela combinação de uma medição em regime variável, de uma sincronização do sinal vibratório e da comparação com uma assinatura vibratória saudável de referência.

[0023] De modo preferido, a assinatura vibratória saudável de referência é uma assinatura vibratória saudável de referência do motor.

[0024] A taxa de desvio medida e assim característica das perturbações ligadas aos danos dos rolamentos pelo fato de que a assinatura vibratória saudável é muito pertinente. Por comparação a uma taxa de desvio fixada por limiares, não é necessária levar em conta as dispersões dos limiares em função dos motores sendo dado que a base para a comparação, ou seja, a assinatura saudável de referência foi formada para o motor sobre o qual se realiza a detecção dos danos. A detecção e realizada por medida para o motor o que é uma fiança de precisão da detecção.

[0025] Forma-se a assinatura vibratória saudável do motor calculando uma média de assinaturas vibratórias correntes do motor medidas sobre um período determinado da vida do motor, preferivelmente no início da vida do motor.

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5/22 [0026] Com efeito, é muito provável que o melhor comportamento do motor (o mais saudável) seja obtido quando dos primeiros voos do motor, estes voos podendo assim servir de referência.

[0027] Preferivelmente ainda, a assinatura vibratória saudável do motor foi previamente validada por comparação a uma assinatura familiar padrão definida para a família do referido motor.

[0028] Esta validação preliminar permite com vantagem evitar a utilização de uma assinatura defeituosa como referência para o cálculo da taxa de desvio.

[0029]Preferivelmente sempre, forma-se uma assinatura familiar padrão a partir de assinaturas saudáveis de referência de motores da mesma família. Isto permite com vantagem nivelar as diferenças entre uma mesma família de motores, a maioria dos motores sendo de motores saudáveis.

[0030] De modo preferido, forma-se um conjunto das assinaturas saudáveis de referência para uma pluralidade de motores de uma mesma família, [0031] - calcula-se uma taxa de discordância familiar para cada assinatura saudável de referência medindo o desvio estatístico entre a referida assinatura saudável de referência e as outras assinaturas saudáveis de referência do conjunto, [0032]- elimina-se do conjunto as assinaturas saudáveis de referência como as tendo uma taxa de discordância superior a uma taxa de discordância determinado, e [0033] - forma-se a assinatura familiar padrão a partir de assinaturas vibratórias de referência restantes.

[0034] Graças às etapas acima, eliminam-se as ovelhas negras do conjunto das assinaturas de referência de modo a guardar unicamente as assinaturas de referência cuja probabilidade de ser saudável e elevada.

[0035] Preferivelmente, calcula-se uma taxa de discordância familiar para cada assinatura saudável de referência medindo o desvio estatístico entre a referida assinatura saudável de referência e uma assinatura familiar provisória formada a partir das outras assinaturas saudáveis de referência do conjunto.

[0036] De acordo com um modo de aplicação preferido da invenção, o processo compreende, por outro lado, uma etapa consistindo em eliminar o ruído

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6/22 espectrográfico em função dos modos estruturais do motor, a eliminação do ruído sendo realizada antes de calcular a média das amplitudes das linhas espectrais.

[0037] Esta etapa de retirada de ruído permite com vantagem obter uma assinatura vibratória corrente pertinente privada de perturbações.

[0038] Preferivelmente, sincronizar o sinal vibratório amostrado em relação às variações do regime do eixo sobre o período de medição amostrando outra vez o sinal amostrado em frequência constante em um sinal amostrado em frequência proporcional ao regime do eixo.

[0039] Preferivelmente ainda, sincronizar o sinal vibratório amostrado em relação as variações do regime do eixo sobre o período de medição calculando uma curva de percurso angular do eixo no domínio das ordens e projetando o sinal vibratório corrente sobre a referida curva de percurso angular para obter um sinal vibratório corrente sincronizado.

[0040] De acordo com um aspecto da invenção, a assinatura vibratória saudável de referência e uma assinatura familiar padrão definida para a família do referido motor. Por comparação a uma assinatura de referência própria do motor, a assinatura familiar pode ser facilmente obtida e é mais facilmente explorável.

[0041] Com efeito, uma única assinatura de referência familiar pode ser utilizada para um grande número de motores de uma mesma família enquanto que a assinatura de referência do motor, ou seja, uma assinatura de referência individual só pode ser utilizada para um único motor. Afim de seguir o desgaste de uma pluralidade de motores durante passar do tempo, é necessário gerir uma base de dados reagrupando as assinaturas individuais dos referidos motores. A assinatura de referência familiar permite livrar-se deste inconveniente.

[0042] Preferivelmente, forma-se a assinatura familiar padrão a partir de assinaturas saudáveis de referência de motores da mesma família. De modo similar, todas as etapas de formação da assinatura familiar padrão citadas previamente são aplicáveis para uma comparação de uma assinatura corrente do motor a uma assinatura de referência familiar.

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7/22 [0043] A invenção será melhor compreendida com a ajuda do desenho em anexo em que:

[0044] - a figura 1 representa um diagrama das diferentes etapas do processo de acordo com a invenção para um motor teste;

[0045]- a figura 2 representa a etapa de definição do período de medição de um sinal vibratório de componentes do motor em que:

[0046] - a curva 2a representa uma medida do regime do eixo durante o curso do tempo;

[0047] - a curva 2b representa uma medida da aceleração do eixo durante o curso do tempo;

[0048] - a curva 2c representa o sinal vibratório corrente do motor teste Vc medido por um acelerômetro entre momentos t1 e t2 definidos em relação as curvas 2a e 2b;

[0049] - a figura 3 representa um exemplo de sincronização de um sinal vibratório em que:

[0050] - a figura 3a representa a aceleração do eixo sobre o período de medição P;

[0051] - a curva 3b representa o tempo de percurso angular do eixo em função do número de rotações do eixo;

[0052] - a curva 3c representa a projeção de um sinal vibratório corrente Vc sabre a curva 3b a fim de obter um sinal vibratório corrente sincronizado Vsync;

[0053] - a figura 4 representa a etapa de formação da assinatura corrente do motor Se que:

[0054] - a curva 4a representa o sinal vibratório corrente sincronizado do motor teste Vsync;

[0055] - o esquema 4b representa um espectrograma de ordem do sinal vibratório corrente sincronizado do motor teste Vsync;

[0056] - o esquema 4c representa a aceleração do regime de rotação do eixo sabre o período de medição P;

[0057] - o esquema 4d representa o espectrograma de ordem do esquema 4b após eliminação do ruído;

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8/22 [0058]- a curva 4e representa a assinatura corrente Se calculada a partir do espectrograma sem ruído 4d;

[0059] - a figura 5 representa as etapas de cálculo da taxa de desvio em que:

[0060] - a curva 5a representa a assinatura vibratória corrente do motor teste Se; [0061] - a curva 5b representa a assinatura vibratória saudável do motor teste Ss;

[0062] - a tabela 5c representa um extrato da base de dados de defeitos dos rolamentos do motor;

[0063] - a curva 5d representa a taxa de desvio entre a assinatura vibratória saudável Ss do motor teste da curva 5b e a sua assinatura corrente Se da curva 5a;

[0064] - a curva 5e representa a taxa de reconhecimento entre a taxa de desvio calculada da curva 5d e os defeitos relacionados na tabela 5c;

[0065] - a figura 6 representa a etapa de formação das assinaturas de referência de motores de uma mesma família a partir das assinaturas correntes dos referidos motores;

[0066] - afigura 7 representa a etapa de formação da assinatura familiar padrão Sfam a partir de uma pluralidade de assinaturas de motor de referência Sref;

[0067] - a figura 8 representa a etapa de validação da assinatura do motor teste; e [0068] - a figura 9 representa a etapa de comparação da assinatura corrente do motor teste Se na assinatura saudável do motor Ss a fim de determinar os defeitos dos rolamentos de mancai do motor.

[0069] Refere-se a figura 1 que mostra as etapas constitutivas de um processo de acordo com a invenção.

[0070] Geralmente, a invenção é aplicável a qualquer tipo de motor que possui pelo menos um eixo giratório e pelo menos um mancai de rolamentos. Entre estes motores, podem-se citar, por exemplo, os motores de turbina a gás de avião (chamados turbomáquinas) ou de helicóptero, as turbinas a gases terrestres, as caixas de engrenagens, os motores com eixos, etc.

[0071] O princípio no qual se baseia a invenção e que a frequência resultante do dano do rolamento é proporcional à velocidade de rotação do eixo giratório suportado pelo mancai. A hipótese e que esta frequência vai transmitir-se a um sensor de aceleração

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9/22 através de componentes do motor eles mesmos vibrantes, em particular nas frequências fundamentais. A presente invenção visa medir um sinal vibratório global compreendendo os defeitos de uma pluralidade de rolamentos. A fim de destacar estes defeitos, o sinal e medido durante uma variação do regime do motor, ou seja, durante uma variação dos regimes de rotação dos eixos.

(S1) Definição do período de medição P [0072] Uma primeira etapa (S1) do processo de acordo com a invenção consiste em definir um período de medição P durante o qual o regime do eixo N é variável. A título de exemplo, o regime do eixo N varia entre um funcionamento em baixo regime e um funcionamento em alto regime. Sendo dado que o regime N varia fortemente, os sinais de vibração medidos são de naturezas muito diferentes, uma mesmo dano de um rolamento tendo uma contribuição vibratória diferente em função do regime do motor.

[0073] Tal determinação do período de medição P vai ao encontro das práticas correntes do versado na técnica que favorecia um funcionamento em regime estabilizado do motor, ou seja, em regime constante, a fim de poder obter variações de mesma natureza e assim poder comparar e identificar as mesmas. A requerente escolheu outro caminho diferente privilegiando a heterogeneidade das vibrações medidas a fim de poder detectar um grande número de danos que ocorrem quando o motor funciona em regime variável.

[0074] Além disso, a requerente escolheu considerar igualmente o funcionamento em baixo regime como o funcionamento em alto regime enquanto que os processos da arte anterior focalizavam-se unicamente sobre uma faixa de regime estreita. Os métodos de acordo com a arte anterior necessitavam de realizar medidas distintas para cada regime o que conduzia a erros de interpretação e uma detecção imprecisa dos danos quando se comparava os resultados em baixo e alto regimes.

[0075] Escolhendo tal período de medição P, a requerente venceu assim um preconceito relativo a necessidade de uma análise de funcionamento estabilizado bem como um preconceito relativo a necessidade de uma análise em um regime dado.

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10/22 [0076] O período de medição P e determinado assim em função do ou dos regimes de rotações do eixo durante o curso do tempo. Depois, é considerado o caso da detecção de um dano de um rolamento com roletes de um mancai inter-eixos suportando em rotação um eixo giratórip do corpo de baixa pressão em relação a um eixo giratório do corpo de alta pressão da turbomáquina e comportando um anel externo ligado ao eixo de alta pressão e um anel interno ligado ao eixo de baixa pressão. No caso da turbomáquina, a presente invenção podería igualmente ser aplicável a detecção do dano de um rolamento de esferas ou roletes de um mancai suportando em rotação uma única eixo giratória em relação a um elemento fixo do motor.

[0077] Para a sequência da descrição, definem-se por N1 e N2 os regimes temporais de rotação respectivamente do eixo de baixa pressão e do eixo de alta pressão da turbomáquina que são suportados pelo mancai. A determinação do período de medição P consiste inicialmente em calcular os regimes de rotação dos diferentes componentes a partir de, por exemplo, sondas tacométricas dispostas no motor.

[0078] O regime de rotação permite selecionar períodos de medição para faixas de funcionamento adequadas e reprodutíveis de um voo a outro o que permite realizar medições comparáveis para cada voo. Para permitir detectar se a faixa de funcionamento e adequada, as derivadas temporais do regime de rotação são calculadas como representado na figura 2b.

[0079] De modo ainda preferido, o período de medição P deve ter uma duração mínima a fim de permitir realizar as etapas posteriores do processo, por exemplo, uma transformada de Fourier. Além disso, prevê-se um período máximo a fim de limitar os espaços de armazenamento quando da implementação das etapas de tratamento posteriores.

[0080] Nesta forma de realização, o período de medição P é determinado impondo: [0081] -um limiar mínimo, correspondendo ao regime inferior, e um limiar máximo, correspondendo ao regime superior, sobre o regime de rotação de cada eixo (N1, N2), o limiar mínimo, neste exemplo, sendo igual a 20% do regime máximo do eixo e o limiar máximo correspondendo ao regime máximo admissível pela máquina;

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11/22 [0082] - um limiar mínimo e um limiar máximo sobre as derivadas dos regimes de rotação de cada eixo (N1, N2); o limiar mínimo, neste exemplo, sendo igual a 10% do regime máximo admissível por minuto, o limiar máximo sendo igual, por exemplo, a 200% do regime máximo por minuto.

[0083] - um período mínimo (aqui 10 segundos) pelo qual as condições precedentes são preenchidas e um período máximo de análise (aqui 100 segundos).

[0084] Nesta realização da invenção, em referência a figura 2, um sinal vibratório corrente VC e medido durante uma aceleração do regime dos eixos do motor de marcha lenta (baixo regime) a marcha superior (alto regime).

[0085] Foi descrita previamente uma lógica clássica com limiares e durações determinadas, mas é evidente que uma lógica leve podería igualmente convir. Uma lógica leve permite definir períodos de medições P aceitáveis quando bem mesmo todas as condições não são atendidas rigorosamente, o que reduz o caráter limitative dos limiares fixos, e aumenta o número de períodos de medição P potenciais para realizar a detecção de danos.

(52) Aquisição de um sinal vibratório [0086]A etapa seguinte (S2) consiste em adquirir sobre o conjunto do período de medição P um sinal vibratório corrente Vc de componentes do motor. Tal sinal provem de um sensor de vibração (por exemplo, um acelerômetro ou um calibrador de tensão) previamente colocado sobre um componente fixo do motor.

(53) Amostragem de um sinal vibratório [0087] O sinal vibratório corrente Vc e amostrado depois em função do regime de rotação N do eixo durante o período de medição P durante uma etapa S3. Neste modo de realização, o sinal vibratório corrente Vc e amostrado a uma frequência da ordem de alguns quilohertz.

(54) Sincronizacao do sinal vibratório [0088] O sinal vibratório corrente VC e tratado depois de maneira adequada para o diagnóstico de dano de rolamento. Para isto, uma primeira etapa consiste em reamostrar ao sinal vibratório corrente Vc em função das variações do regime de

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12/22 rotação N do eixo. Estas variações do regime N do eixo suportado pelo rolamento correspondem a evolução da velocidade de rotação relativa do rolamento. Em outros termos, sincroniza-se o sinal vibratório Vc em relação à variação de velocidade relativa do rolamento.

[0089] No caso de um rolamento cujo anel externo e fixo, unido a um elemento fixo do motor, e do qual o anel interno suporta um eixo, a velocidade relativa do rolamento corresponde ao regime de rotação do eixo suportada pelo rolamento. No caso de um mancai inter-eixo cogiratório, a velocidade relativa e a diferença entre os regimes de rotação dos dois eixos. Para um mancai inter-eixo contrarrotativo, a velocidade relativa e a soma dos regimes de rotação dos dois eixos.

[0090] A fim de melhor compreender o princípio da sincronização de um sinal vibratório Vc, a etapa de sincronização e aplicada a um sinal vibratório corrente Vc de forma simples como representado na figura 3c.

[0091] Em referência a figura 3c, um sinal vibratório corrente Vc é medido sobre um período de medição P durante o qual a velocidade relativa do rolamento, ou seja, o regime N aumenta durante o curso do tempo, o regime do eixo N a qual e ligado o rolamento sendo crescente como representado na figura 3a, o sinal vibratório corrente Vc tendo uma frequência cada vez mais elevada durante o curso do tempo como representado na figura 3c.

[0092] Assim, se desejar medir amplitudes de variação sobre o sinal vibratório corrente Vc durante o curso do tempo com uma resolução constante, o sinal vibratório corrente Vc é facilmente analisável no início do período de medição P pelo fato dos senóides serem espaçados, enquanto a resolução não é suficiente em fim de período de medição P quando os senóides estão próximos uns dos outros, a resolução para a análise não sendo suficiente. Diz-se então que o sinal vibratório corrente Vc e comprimido em fim de período de medição P.

[0093] Este fenômeno não estava presente na arte anterior sendo dado que as medidas eram realizadas a um regime estabilizado sem variação do regime do motor. A escolha da requerente de realizar uma detecção em regime variável vai ao encontro dos processos da arte anterior. Com efeito, escolher um período de

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13/22 medição em regime variável significa para o versado na técnica renunciar aos processos de tratamento tradicionais que só são adaptados para os sinais estacionários.

[0094] Para eliminar este inconveniente, sincroniza-se o sinal vibratório corrente Vc em relação a velocidade relativa do rolamento, em relação ao regime de rotação do motor. Em referência à curva 3b da figura 3, determina-se o tempo necessário para realizar uma rotação do rolamento, a curva 3b sendo designada curva de percurso angular. Uma rotação do rolamento corresponde a uma rotação do anel interno no referencial fixo do anel externo. A curva 3b pode ser obtida facilmente por integração da função da curva 3a representando a velocidade relativa do rolamento em relação ao tempo. Esta sincronização apresenta-se sob a forma de uma modulação deslizante permitindo dividir o sinal corrente sobre o período de medição P.

[0095] Em referência à figura 3c, é suficiente depois projetar o sinal vibratório corrente Vc sobre a curva de percurso angular 3b para obter um sinal vibratório corrente sincronizado Vsync cujos senóides são regularmente espaçados o que mostra que as diferentes frequências do sinal vibratório corrente Vc não estão mais correlacionadas. Para a projeção, realiza-se uma nova amostragem do sinal capturando pontos regularmente espaçados sobre a curva de percurso angular 3b.

[0096] A figura 3 representa um exemplo de sincronização de um sinal vibratório corrente Vc que pode ser transposto sem dificuldade para o versado na técnica a um sinal vibratório mais complexo com uma evolução do regime de rotação N menos linear.

[0097] A sincronização de um sinal vibratório corrente Vc, medido em parte em baixo regime e em parte em alto regime, em função da velocidade relativa de um rolamento permite facilitar as etapas posteriores de tratamento como será detalhado depois.

[0098] Mais simplesmente, pela operação de sincronização em função do regime de rotação N, transformou-se um sinal amostrado em frequência constante em um sinal amostrado em frequência proporcional ao regime.

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14/22 (S5) Edição de um espectrograma [0099]A etapa seguinte (S5) consiste em transformar o sinal vibratório amostrado e sincronizado Vsync em um sinal frequencial para obter linhas espectrais frequenciais ordenadas de acordo com o regime de rotação N do eixo, o corresponde a editar um espectrograma ordenado segundo N. Tal tipo de espectrograma das ordens e conhecido do versado na técnica.

[00100] A título de observação, devido a sincronização do sinal vibratório corrente Vc, obtém-se um espectrograma como na técnica anterior em que o sinal vibratório corrente Vc era obtido em regime estabilizado.

[00101] A sincronização preliminar do sinal vibratório assim detalhado na etapa (S4) permite formar um espectrograma comportando linhas horizontais como representado sobre a curva 4b da figura 4. O sinal tendo sido sincronizado em relação ao regime de rotação do eixo representada sobre a curva 4c, cada linhas espectrais corresponde a uma frequência de rotação do sinal vibratório sincronizado. No sentido matemático, as frequências de rotação do sinal vibratório sincronizado Vsync decompõem-se na base matemática das ordens.

[00102] Assim, o espectrograma compreende linhas horizontais cuja amplitude varia durante do período de medição P, a amplitude de uma linha sendo representada por um nível de cinza, como representado sobre a curva 4b da figura 4.

[00103] O espectrograma da figura 4b e um espectrograma das densidades espectrais de potência, conhecido do versado na técnica sob a sua designação inglesa PSD para Power Spectral Density, os principais parâmetros do cálculo deste espectrograma sendo o número de pontos para a transformada de Fourier rápida (FFT) e o recobrimento da janela deslizante para FFT, estes parâmetros sendo conhecidos do versado na técnica.

[00104] É evidente que outros tipos de espectrogramas poderíam igualmente ser obtidos, o importante sendo que sejam ordenados de acordo com o regime N do eixo a fim de obter linhas espectrais horizontais, ou seja, de ordem constante.

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15/22 [00105] De maneira preferida, realiza-se uma etapa de limpeza do ruído do espectrograma de ordem a fim de obter um espectrograma que compreende unicamente linhas espectrais pertinentes para a detecção de dano dos rolamentos. [00106] Após edição do espectrograma de ordens, este último compreende essencialmente três tipos de informação:

[00107] - finas linhas horizontais, características da atividade ligada ao regime de rotação (por exemplo, no caso de um motor de avião: falta de equilíbrio, engrenagens, passagens de pás, rolamentos), estas linhas horizontais correspondendo a informação pertinente;

[00108] - linhas oblíquas, características de uma atividade ligada aos regimes de rotação dos outros rotores mecanicamente independentes, este componente sendo particularmente importante quando o regime de rotação evolui entre um baixo regime e um alto regime de funcionamento. A obliquidade das linhas e ligada a sincronização do sinal vibratório em relação ao regime de rotação do eixo;

[00109] - planos energéticos correspondendo aos modos das estruturas do motor, um modo estrutural correspondendo, por exemplo, a ressonância natural de uma estrutura, de um cárter, turbomáquina sobre as suas suspensões.

[00110] Os dois últimos tipos de informações correspondem a ruídos que devem ser eliminados. A etapa presente visa à eliminação dos planos energéticos (terceiro tipo de informação). Para esse efeito, o algoritmo de eliminação de ruído compreende etapas que consistem em:

[00111] - percorrer cada linha vertical do espectrograma (ao longo das frequências) com uma janela deslizante de tamanho predeterminado;

[00112] - identificar os modos estruturais calculando, para cada janela deslizante, o valor médio ou um percentil das amplitudes presentes na janela deslizante;

[00113] - determinar o valor dos picos de amplitude subtraindo os modos estruturais na linha vertical do espectrograma;

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16/22 [00114] - calculara relação (valor dos picos de amplitude/modos estruturais) para constituir uma nova linha do espectrograma de ordens destituídas de ruído; e [00115] - Passar à linha vertical seguinte.

[00116] Em referência ao espectrograma 4d da figura 4, obtém-se um novo espectrograma de ordens destituído de ruídos ligados aos planos de energia; diz-se que o espectrograma de ordens 4d e tomado sem ruído.

(56) Formação da assinatura vibratória corrente [00117] A média temporal das amplitudes das linhas espectrais então é calculada (etapa S6). Esta etapa consiste em:

[00118] - percorrer cada linha horizontal do espectrograma de ordens, espectrograma tendo sido preferivelmente previamente tomado sem ruído;

[00119] - Calcular a média das amplitudes ao longo do eixo do tempo.

[00120] A curva 4e da figura 4 representa a média das amplitudes das linhas espectrais em função das ordens do regime de rotação; esta média das amplitudes corresponde a assinatura vibratória corrente do motor Se. Ela compreende todas as amplitudes características das frequências do motor no domínio das ordens.

[00121] A média temporal tal como foi realizada na presente invenção é muito vantajosa levando em conta a etapa preliminar de sincronização (S4) que se estendeu obliquamente sobre os espectrogramas, o ruído dos regimes ligados aos outros rolamentos. Como o ruído dos regimes e oblíquo, o cálculo da média das amplitudes de acordo com a direção horizontal permite nivelar o ruído dos regimes. Este último possui assim uma amplitude fraca e constante na assinatura vibratória corrente Se. Assim, tudo o que não é ordenado é atenuado pelo efeito de media, o que permite destacar o aparecimento de fenômenos ordenados, por exemplo, um defeito de rolamento inter-eixos.

(57) Determinação dos danos [00122] Calcula-se uma taxa de desvio entre a assinatura vibratória corrente do motor Se, previamente calculado, e uma assinatura vibratória saudável do motor preestabelecida Ss que compreende todas as amplitudes características das

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17/22 frequências do motor saudável no domínio das ordens. A formação da assinatura vibratória saudável Ss do motor será agora detalhada.

[00123] - Formação de uma assinatura vibratória saudável Ss do motor [00124] Uma assinatura vibratória saudável Ss do motor é uma assinatura própria de cada motor saudável. Esta assinatura vibratória saudável do motor compreende uma pluralidade de parâmetros de referência, para cada sensor vibratórios (ou acústico), para cada modo operacional (faixas de funcionamento), e para cada domínio (domínio das frequências, domínio das ordens de um regime, etc.).

[00125] Um parâmetro de referência da assinatura vibratória saudável Ss é constituído dos elementos seguintes: um valor médio e um desvio-padrão, ou um valor mediano e um desvio interquartil. Estes valores são avaliados a partir da aquisição e da análise dos primeiros voos do referido motor, ou seja, partir das primeiras assinaturas correntes do motor. Com efeito, o motor e suposto ser destituído de defeitos durante os seus primeiros voos. A assinatura saudável de um motor Ss e utilizada como referência para a aplicação do processo de detecção para o referido motor.

[00126] A assinatura vibratória saudável Ss do motor corresponde à média de todos os parâmetros pertinentes para a detecção de um dano de um rolamento que foram medidos sobre o motor saudável. Como a assinatura vibratória saudável Ss e utilizada como referência para determinar a taxa de desvio, e importante que esta assinatura vibratória saudável Ss corresponda efetivamente a um motor saudável e não a um motor danificado. Se tal fosse o caso, rolamentos saudáveis seriam considerados como danificados e reciprocamente. Para esse efeito, procede-se a uma etapa preliminar de validação da assinatura vibratória saudável Sd do motor. [00127] - Validação da assinatura vibratória saudável Ss do motor [00128] Para validar a assinatura vibratória saudável Ss do motor, forma-se uma assinatura familiar padrão Sfam que e uma referência do comportamento saudável de uma família de motores. Esta assinatura familiar Sfam permite validar, quando da formação de uma assinatura vibratória saudável Ss do motor (ou seja,

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18/22 uma assinatura própria de cada motor), que esta assinatura vibratória saudável Ss seja representativa de um motor saudável.

[00129] Em referência à figura 7, a assinatura familiar Sfam de uma família de motores e calculada a partir das assinaturas vibratórias individuais de uma pluralidade de motores de uma mesma família, designadas assinaturas de referência Sref de um motor. A assinatura familiar Sfam é avaliada tirando-se a média das assinaturas de referência Sref dos motores da família (média das médias e média das variâncias).

[00130] Cada assinatura de referência Sref de um motor e avaliada tirando-se a média das assinaturas individuais correntes do motor (média das médias e média das variâncias) como representado na figura 6. O processo de formação da assinatura individual corrente para um motor de referência corresponde as etapas S1 a S6 precedentes realizadas quando dos primeiros voos do referido motor de referência.

[00131] Em referência a figura 7, para formar a assinatura familiar Sfam a partir das assinaturas de referência Sref, assegura-se de que as assinaturas de referência Sref são muito representativas de um comportamento saudável dos motores, por exemplo, eliminando as assinaturas de referência Sref extremas pelos processos dos percentis, ou aplicando um processo de tipo todos menos um, conhecido do versado na técnica sob a sua designação inglesa leave-one-out cross validation em que para cada assinatura de referência Sref de um motor, calcula-se uma taxa de discordância da assinatura de referência Sref em relação a uma assinatura familiar temporária Y formada a partir de todas as outras assinaturas de referência Sref dos outros motores.

[00132] Depois, verifica-se que a taxa de discordância familiar da assinatura de referência Sref não e superior ao limiar de discordância predeterminado. Em outros termos, verifica-se que a assinatura de referência do motor não e muito afastada (em termos de desvio estatístico) da assinatura familiar temporária. No caso de superação do limiar de discordância para uma assinatura de referência Sref, esta última e considerada como inválida.

[00133] Reitera-se este método para todas as assinaturas de referência Sref e elimina-se do conjunto as assinaturas de referência Sref as que são invalidas. As

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19/22 assinaturas individuais de referência restantes são tiradas em média para obter a assinatura familiar Sfam da família de motores.

[00134] A assinatura familiar Sfam obtida, forma-se para qualquer novo motor uma assinatura vibratória saudável Ss a partir de uma pluralidade de assinaturas vibratórias correntes do motor durante os seus primeiros voos. Com efeito, e quando de seus primeiros voos que os rolamentos do motor saudável são susceptíveis de serem saudáveis. Para validar a assinatura vibratória saudável Ss deste motor, e suficiente verificar que a assinatura vibratória saudável Ss deste motor não está muito afastada da assinatura familiar Sfam em termos de desvio estatístico. Preferivelmente, calcula-se uma nova taxa de discordância para a referida assinatura saudável em relação a assinatura a familiar Sfam.

[00135] Se a comparação da assinatura vibratória saudável Ss do motor na assinatura familiar Sfam revela um desvio significativo, o comportamento do motor analisado e julgado atípico, uma análise mais detalhada deve permitir identificar a origem desta anomalia. Em todos os casos, a assinatura vibratória saudável Ss do motor não validada e rejeitada. Se a assinatura saudável Ss for validado para o motor, ela serve de referência para o processo de dano do motor.

[00136] - Cálculo da taxa de desvio Δ [00137] Em referência à figura 5, calcula-se uma taxa de desvio (curva 5d) entre a assinatura vibratória corrente Se do motor (curva 5a), previamente calculada, e uma assinatura vibratória saudável Ssdo motor (curva 5b), previamente validada.

[00138] Preferivelmente, a taxa de desvio e calculada regularmente (por exemplo, uma vez por voo) de maneira a seguir a evolução do dano de cada um dos rolamentos do motor.

[00139] A comparação da assinatura vibratória corrente com a assinatura vibratória saudável pode-se ser realizada de diversas maneiras Ss.

[00140] Se a assinatura vibratória saudável Ss só for constituída apenas de alguns voos, tipicamente menos de uma dezena, a variância não é correta em cada ponto do domínio das ordens, e então judicioso calcular a uma taxa de desvio Δα

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20/22 abaixo cujo n corresponde a um número de desvios-padrões abaixo do qual não se quer indicar um desvio significativo, Se corresponde ao valor da assinatura vibratória corrente e Ss corresponde ao valor da assinatura vibratória saudável.

Δα =máximo(0, Sc - (Ss + n x variância^1/2)) [00141] Uma alternativa, quando que a assinatura vibratória saudável Ss é suficientemente rica, tipicamente mais de uma dezena de voos, consiste em calcular, para cada ponto do domínio das ordens, uma taxa de desvio beta Δβ conhecida do versado na técnica sob a designação z-escore abaixo.

Δβ= (Sc-Ss)/(variância)^1/2 [00142] Em outros termos, acompanhando a comparação, obtém-se uma taxa de desvio Δ (alfa ou beta) entre a assinatura vibratória corrente Se é a assinatura vibratória saudável Ss que permite caracterizar a amplitude das ordens dos dados, as ordens ligadas ao funcionamento intrínseco do motor tendo sido subtraídas ou niveladas pelo cálculo da taxa de desvio. Em outros termos, a taxa de desvio Δ representa a perturbação detectada na assinatura vibratória corrente Sc.

[00143] A taxa de desvio Δ de acordo com a invenção e particularmente pertinente pelo fato de levar em conta a assinatura saudável Ss do motor sobre o qual se realiza a detecção de dano. Além disso, a assinatura saudável Ss e calculada por medição para o referido motor, a taxa de desvio calculada sendo então mais pertinente que um desvio obtido unicamente a partir de limiares como realizado na arte anterior.

[00144] De maneira alternativa, compara-se a assinatura vibratória corrente do motor Se, previamente calculado, diretamente na assinatura familiar Sfam descrita previamente, sem estar a calcular assinatura saudável Ss do motor. A assinatura familiar Sfam pode com vantagem ser utilizada sobre um grande número de motores o que acelera a detecção de desgastes para o conjunto dos referidos motores, a assinatura saudável Ss do motor não devendo ser procurada em uma base de dados de assinaturas saudáveis Ss.

(S8) Identificação dos danos

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21/22 [00145] Dispõe-se de uma base de dados de indicadores de defeitos que relacionam os danos teóricos dos rolamentos de mancai do motor. Esta base e no domínio das ordens.

[00146] Pode-se quantificar a presença de um dano de rolamento, e, portanto, identificar este rolamento, varrendo, rolamento por rolamento, componente de rolamento por componente de rolamento, os indicadores de defeitos construídos a partir das frequências características deste rolamento (componente por componente).

[00147] Com efeito, as frequências características de dano de um rolamento são funções que dependem da geometria do rolamento, do número de elementos rolantes e da velocidade de rotação dos eixos. Os múltiplos da frequência característica de um rolamento danificado podem ser múltiplos inteiros. Assim, um dano de um rolamento pode ser representado por um pente de frequências (fcar, f2car, f3car, f4car‘‘ ‘ Fncar ) que e armazenado na base de dados por um indicador de defeitos (representado parcialmente pela tabela 5c).

[00148] Compara-se a taxa de desvio Δ calculada em cada um dos indicadores da base de defeitos. Calcula-se, para cada incremento do pente, o valor médio do pente dividindo a soma das amplitudes do pente pelo número de dentes do pente. O cálculo dos máximos para cada pente, ou seja, para rolamento quando do voo corrente.

[00149] De maneira clássica, calcula-se uma relação R entre cada pico de amplitude do pente e a amplitude associada da taxa de desvio previamente calculada como representada sobre a figura 5e. Esta relação R é comparada com pelo menos um limiar de dano predeterminado a fim de determinar se o rolamento está danificado.

[00150] Para esse efeito, o nível de amplitude para um rolamento e definido a partir de uma média estimada com diferentes motores saudáveis e diferentes aquisições quando de testes. Quanto aos limiares de dano, eles são definidos a partir de testes com o rolamento danificado ou partir da experiência com rolamentos danificados similares aos para os quais os limiares devem ser definidos.

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22/22 [00151] De acordo com uma disposição vantajosa da invenção, a relação R entre um pico de amplitude e o nível de amplitude definido para um rolamento saudável e primeiro comparada com um limiar baixo de dano. Como evidente, pode ser visado comparar a relação Room um número de limiares de dano superior a dois a fim de refinar, com vantagem, o grau de dano do rolamento.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo de detecção de um dano de pelo menos um rolamento de mancal suportando em rotação pelo menos um eixo giratório de um motor, caracterizado pelo fato de compreender as etapas consistindo em:

a) definir (S1) um período de medição P durante o qual o regime N do eixo varia entre um baixo regime e um alto regime que é maior do que o baixo regime, dito baixo regime e dito alto regime pertencendo a uma ampla faixa de regimes até o regime máximo;

b) adquirir (S2) sobre o conjunto do período de medição P um sinal vibratório corrente (Vc) de uma vibração mecânica de componentes do motor;

c) amostrar (S3) o sinal vibratório corrente (Vc) durante o período de medição P;

d) sincronizar (S4) o sinal vibratório amostrado em relação às variações do regime de eixo N sobre o período de medição P;

e) transformar (S5) o sinal vibratório amostrado e sincronizado (Vsync) em um sinal frequencial para obter linhas espectrais frequenciais ordenadas de acordo com o regime do eixo do eixo N que é um regime de rotação do eixo;

f) calcular (S6) uma amplitude média das linhas espectrais a fim de obter uma assinatura vibratória corrente do motor (Sc);

g) calcular (S7) uma taxa de desvio (Δ) entre a assinatura vibratória corrente (Sc) do motor e uma assinatura vibratória saudável de referência; e

h) comparar (S8) a taxa de desvio (Δ) com indicadores de defeitos de uma base de dados preestabelecida, relacionando os danos teóricos de pelo menos um rolamento dos mancais do motor de modo a determinar os danos potenciais de pelo menos um rolamento de mancal.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a assinatura vibratória saudável de referência é uma assinatura vibratória de referência (Ss) do referido motor.
3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a assinatura vibratória saudável de referência (Ss) do motor é formada calculando uma

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2/3 média de assinaturas vibratórias correntes do motor medidas sobre um período determinado de uma vida do referido motor, notadamente no início.
4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a assinatura vibratória saudável de referência (Ss) do motor foi previamente validada por comparação com uma assinatura familiar padrão (Sfam) definida para uma família do referido motor.
5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que Se forma uma assinatura familiar padrão (Sfam) a partir de assinaturas saudáveis de referência (Sref) de motores da mesma família.
6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que:

- forma-se um conjunto das assinaturas saudáveis de referência (Sref) para uma pluralidade de motores de uma mesma família,

- calcula-se uma taxa de discordância familiar para cada assinatura saudável de referência (Sref) medindo um desvio estatístico entre a referida assinatura saudável de referência (Sref) e as outras assinaturas saudáveis de referência (Sref) do conjunto,

- eliminam-se do conjunto as assinaturas saudáveis de referência (Sref), aquelas das assinaturas saudáveis de referência tendo uma taxa de discordância superior a uma taxa de discordância determinada, e

- forma-se a assinatura familiar padrão (Sfam) a partir de assinaturas vibratórias de referência (Sref) restantes.
7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que:

- calcula-se uma taxa de discordância familiar para cada assinatura saudável de referência (Sref) medindo o desvio estatístico entre a referida assinatura saudável de referência (Sref) e uma assinatura familiar (Sref) provisória formada a partir das outras assinaturas saudáveis de referência (Sref) do conjunto.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o processo compreende, adicionalmente, uma etapa consistindo em eliminar o ruído espectrográfico (S5) em função dos modos estruturais

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3/3 do motor, a eliminação do ruído sendo realizada antes de calcular a amplitude média das linhas espectrais (S6).
9. Processo de acordo com uma das- reivindicações 1 e 8, caracterizado pelo fato de que Se sincroniza o sinal vibratório amostrado em relação às variações do regime do eixo N sobre o período de medição P amostrando novamente o sinal amostrado com frequência constante em um sinal amostrado com frequência proporcional ao regime do eixo N.
10. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 e 9, caracterizado pelo fato de que se sincroniza o sinal vibratório amostrado em relação às variações do regime do eixo N sobre o período de medição P calculando uma curva de percurso angular do eixo no domínio das ordens e projetando o sinal vibratório corrente (Vc) sobre a referida curva de percurso angular para obter um sinal vibratório corrente sincronizado (Vsync).
11. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a assinatura vibratória saudável de referência é uma assinatura familiar padrão (Sfam) definida para uma família do referido motor.
12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que se forma a assinatura familiar padrão (Sfam) a partir de assinaturas saudáveis de referência (Sref) de motores de uma mesma família.