BR112015013174B1

BR112015013174B1 - Processo de equilíbrio de um rotor de turbomáquina, rotor de turbomáquina e turbomáquina

Info

Publication number: BR112015013174B1
Application number: BR112015013174-3A
Authority: BR
Inventors: Geoffroy Marie Gérard Nicq
Original assignee: Snecma
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2021-12-14
Also published as: CA2893248A1; CN104870752A; CN104870752B; FR2999227A1; RU2015127785A; US20150315914A1; FR2999227B1; WO2014091115A1; BR112015013174A2; CA2893248C; EP2929148B1; EP2929148A1; RU2640863C2

Abstract

processo de equilíbrio de um rotor de turbomáquina e rotor equilibrado por um tal processo. a invenção se refere a um processo de equilíbrio de um rotor (10) de turbomáquina, o processo compreendendo a montagem de parafusos (22a a 22f) que formam massas de equilíbrio sobre o rotor para formar uma configuração de equilíbrio, cada parafuso possuindo uma massa predeterminada e uma cabeça de parafuso (24a a 24f) que tem uma característica visual previamente associada a sua massa. a invenção também se refere a um rotor equilibrado por um tal processo. aplicação notadamente em uma ventoinha de turbomáquina.

Description

PLANO DE FUNDO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção se refere ao domínio geral do equilíbrio de um rotor de turbomáquina, e em especial de uma ventoinha de turborreator de avião.

[0002] De modo conhecido, um turborreator compreende uma ventoinha que alimenta com ar um canal de escoamento primário no qual estão notadamente posicionados um compressor de baixa pressão, um compressor de alta pressão, uma câmara de combustão, uma turbina de alta pressão e uma turbina de baixa pressão.

[0003] Em sua extremidade a montante, o turborreator compreende uma entrada de ar destinada a alimentar a ventoinha. Essa última compreende notadamente um disco sobre o qual são montadas pás espaçadas circunferencialmente umas das outras. Um cone de entrada fixado sobre o disco da ventoinha permite desviar o ar admitido dentro do turborreator na direção das pás da ventoinha.

[0004] Para compensar o desequilíbrio que afeta a ventoinha em rotação por ocasião do funcionamento do turborreator e assim reduzir as vibrações do motor, é conhecido equilibrar essa última com o auxílio de parafusos que formam massas de equilíbrios que são introduzidos no disco ou no cone de entrada. Mais precisamente, esses parafusos apresentam comprimentos que são diferentes uns dos outros de modo a conferir aos mesmos, massas diferentes. O número, a posição em torno do eixo de rotação da ventoinha e o comprimento desses parafusos definem uma configuração de equilíbrio da ventoinha que é instalada sobre essa última.

[0005] Do mesmo modo, para compensar o desequilíbrio que afeta a turbina de baixa pressão em rotação por ocasião do funcionamento do turborreator, grampos são montados nas extremidades livres das pás do último estágio dessa turbina. O número e a posição desses grampos definem uma configuração de equilíbrio da turbina de baixa pressão que é instalada sobre essa última.

[0006] É importante que as configurações de equilíbrio da ventoinha e da turbina de baixa pressão que foram efetivamente instaladas sejam conhecidas por ocasião do cálculo de uma nova solução de equilíbrio. Com essa finalidade, essas configurações de equilíbrio são armazenadas no computador eletrônico do motor (também chamado de EMU para “Engine Monitoring Unit”). O caçulo de uma nova configuração de equilíbrio implica, portanto, que a EMU tenha na memória as configurações de parafusos instalados sobre a ventoinha e dos grampos montados no último estágio da turbina de baixa pressão. Ora, por ocasião de uma operação de substituição do EMU, esses programas de equilíbrio salvos na memória são perdidos e é necessário reinicializar a memória do novo EMU com as configurações de parafusos efetivamente instalados sobre a ventoinha e de grampos montados no último estágio da turbina de baixa pressão.

[0007] Para conhecer a configuração de parafusos instalados sobre a ventoinha, é, portanto, necessário desaparafusar cada parafuso, anotar seu comprimento para conhecer a massa do mesmo e reaparafusar o parafuso. Do mesmo modo, para conhecer a configuração dos grampos montados nas pás do último estágio da turbina de baixa pressão, é necessário, ou desmontar parcialmente a parte de trás do motor, ou utilizar uma ferramenta específica para ter acesso a esse estágio e um meio de visão adequado. Essas operações de inspeção são laboriosas e necessitam de uma habilitação que o técnico encarregado de reinicializar a memória do EMU não tem necessariamente.

OBJETO E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0008] A presente invenção tem, portanto, como objetivo principal corrigir tais inconvenientes propondo para isso um processo de equilíbrio da ventoinha que não apresenta os inconvenientes precitados.

[0009] Esse objetivo é atingido graças a um processo de equilíbrio de um rotor de turbomáquina, o processo compreendendo a montagem de parafusos que formam massas de equilíbrio sobre o rotor para formar uma configuração de equilíbrio, cada parafuso possuindo uma massa predeterminada e uma cabeça de parafuso que tem uma característica visual previamente associada a sua massa.

[0010] Cada parafuso que forma massa de equilíbrio apresenta uma cabeça de parafuso que tem uma característica visual especial associada a sua massa que é diretamente detectável a olho nu (as cabeças de parafuso são diferentes entre si). Assim, por ocasião de uma operação de reinicialização da memória do EMU do motor, a identificação das massas de equilíbrio que são montadas sobre o rotor, por exemplo, a ventoinha da turbomáquina, e obtida por simples visualização das cabeças de parafuso e comparação das características dessas últimas com uma tabela preestabelecida. Em especial não é necessário que o técnico encarregado por essa operação tenha que desaparafusar cada parafuso para conhecer a massa do mesmo. Daí resulta uma operação de reinicialização da EMU com a configuração de equilíbrio do rotor que é rápida e que não necessita de competências especiais.

[0011] De preferência, o processo compreende uma etapa prévia que consiste em estabelecer uma tabela na qual cada característica visual especial de uma cabeça de parafuso é associada a uma massa predeterminada de parafuso. As características visuais das cabeças de parafuso podem consistir em formas e/ou cores especiais.

[0012] Também de preferência, a configuração de equilíbrio é armazenada em uma memória de um computador eletrônico da turbomáquina e depois transmitida automaticamente para uma base de dados de um centro de manutenção. Assim, a configuração de equilíbrio instalada pode ser transmitida a um técnico por ocasião de uma operação de substituição do computador eletrônico. Do mesmo modo, uma recomendação de equilíbrio pode ser calculada pelo centro de manutenção por ocasião da detecção de vibrações em funcionamento e transmitida a um técnico, notadamente para ser instalada sobre a ventoinha.

[0013] A invenção tem também como objeto um rotor de turbomáquina que compreende parafusos que formam massas de equilíbrio que são montados sobre o rotor, cada parafuso possuindo uma massa predeterminada e uma cabeça de parafuso que tem uma característica visual previamente associada a sua massa.

[0014] Cabeças de parafuso podem ter formas diferentes. As formas das cabeças de parafuso podem ser escolhidas entre um quadrado, um círculo, um hexágono, uma cruz, uma estrela e um anel.

[0015] Cabeças de parafuso podem ter cores diferentes. O rotor pode constituir uma ventoinha da turbomáquina.

[0016] A invenção tem ainda como objeto uma turbomáquina equipada com um rotor tal como definido acima ou que é equilibrado de acordo com o processo tal como definido precedentemente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0017] Outras características e vantagens da presente invenção se destacarão da descrição feita abaixo, em referência aos desenhos anexos que ilustram um exemplo de realização da mesma desprovido de qualquer caráter limitativo. Nas figuras:

[0018] A figura 1 é uma vista esquemática em perspectiva e parcial de uma ventoinha de turborreator equilibrada de acordo com a invenção;

[0019] A figura 2 mostra um exemplo de diferentes cabeças de parafusos utilizados como massas de equilíbrio para equilibrar a ventoinha da figura 1; e

[0020] As figuras 3A e 3B mostram exemplos de aplicação do processo de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0021] A invenção se aplica a qualquer reator de turbomáquina, e notadamente a uma ventoinha de turborreator tal como aquela que é representada de modo bastante esquemático na figura 1.

[0022] De modo conhecido, a ventoinha 10 de um turborreator compreende notadamente um disco 12 centrado em um eixo de rotação 14 e sobre o qual são montadas pás 16 espaçadas circunferencialmente umas das outras. Um cone de entrada de ar 18 é fixado sobre o disco 12 a montante desse último para desviar o ar admitido dentro do turborreator na direção das pás 16 da ventoinha.

[0023] A ventoinha 10 compreende também uma pluralidade de furos 20 (por exemplo, em número de 20) que são regularmente espaçados em torno de seu eixo de rotação 14. Esses furos 20 são, por exemplo, formados na periferia exterior do cone de entrada de ar 18. Eles poderiam alternativamente ser feitos diretamente no disco 12 da ventoinha.

[0024] No exemplo de realização da figura 1, esses furos 20 se estendem de acordo com uma direção radial e apresentam uma seção reta de forma circular e um mesmo diâmetro.

[0025] Os furos 20 são destinados a receber parafusos 22a a 22f (figura 2) que formam massas de equilíbrio. Como representado na figura 2, esses parafusos 22a a 22f apresentam um mesmo diâmetro, mas comprimentos diferentes, o que permite obter um lote de parafusos que têm massas diferentes.

[0026] O número, a posição angular em torno do eixo de rotação 14 da ventoinha e a massa dos parafusos 22a a 22f montados sobre o cone de entrada de ar da ventoinha definem uma configuração de equilíbrio da ventoinha que é instalada sobre essa última com o objetivo de reduzir as vibrações do corpo de baixa pressão do turborreator por ocasião de seu funcionamento.

[0027] Uma tal configuração de equilíbrio da ventoinha é própria a cada motor e é elaborada por ocasião da entrega do motor. O modo pelo qual essa configuração é elaborada e depois traduz em termos de posicionamento angular das massas de equilíbrio sobre a ventoinha é bem conhecido pelo profissional e não será detalhado aqui.

[0028] Por outro lado, a cada parafuso 22a a 22f de comprimento especial (quer dizer de massa especial) é associada uma cabeça de parafuso 24a a 24f que tem uma característica visual especial.

[0029] Por característica visual especial, é entendida aqui uma característica de forma e/ou de cor que permite distinguir os parafusos entre si a olho nu.

[0030] A figura 2 representa assim 6 variantes de parafusos 22a a 22f. Esses parafusos 22a-f têm todos eles comprimentos (e, portanto, massas) diferentes entre si. Eles apresentam também cabeças de parafuso 24a a 24f das quais as características visuais são todas diferentes (as cabeças de parafuso são diferentes entre si).

[0031] No exemplo de realização da figura 2, essas características visuais consistem em formas de cabeças de parafuso que se distinguem visualmente umas das outras: a cabeça de parafuso 24a do parafuso 22a apresenta uma forma de quadrado, a cabeça de parafuso 24b uma forma de círculo, a cabeça de parafuso 24c uma forma de hexágono, a cabeça de parafuso 24d uma forma de cruz, a cabeça de parafuso 24e uma forma de estrela, e a cabeça de parafuso 24f uma forma de anel.

[0032] Em um outro exemplo de realização não representado nas figuras, as características visuais das cabeças de parafuso consistem em cores que se distinguem visualmente umas das outras: uma cabeça de parafuso pode ser de cor vermelha, uma outra de cor verde, uma outra de cor amarela, uma outra de cor azul, uma outra de cor preta, uma outra de cor branca, etc.

[0033] O recurso a um código de cores para diferenciar os parafusos uns dos outros necessita utilizar uma tinta capaz de resistir às condições difíceis encontradas em funcionamento do motor, a saber resistir aos choques térmicos, ao impacto de areia, etc.

[0034] Além disso, uma tabela de correspondência é previamente estabelecida para ser consultada por um técnico que não tem necessariamente uma qualificação para realizar o equilíbrio de uma ventoinha. Essa tabela relaciona cada parafuso que pode ser utilizado como massa de equilíbrio na ventoinha listando nela cada forma de cabeça de parafuso associada à massa do parafuso correspondente.

[0035] Desse modo, com o auxílio dessa tabela, um técnico que procura identificar a configuração de equilíbrio da ventoinha que foi previamente instalada sobre essa última pode, por simples inspeção visual das cabeças de parafuso e sem necessitar ter que retirar esses parafusos, reconhecer de modo rápido, simples e confiável a configuração das massas de equilíbrio. Para isso, o técnico inspeciona visualmente as cabeças de parafusos montados sobre a ventoinha e identifica a massa dos mesmos se reportando para isso a sua tabela de correspondência. Daí resulta um ganho em tempo considerável e a possibilidade para o técnico de poder realizar essa operação sem ter competências especiais.

[0036] O processo de equilíbrio de acordo com a invenção pode vantajosamente ser executado em diferentes situações.

[0037] Em uma etapa inicial, o motor é equilibrado por ocasião de sua entrega. Mais precisamente, o equilíbrio é realizado em dois planos, a saber no plano da ventoinha de acordo com o processo da invenção, e no plano da turbina de baixa pressão acrescentando para isso grampos no topo das pás do último estágio da turbina de baixa pressão.

[0038] Uma vez que o motor está equilibrado, as configurações de equilíbrio da ventoinha e da turbina de baixa pressão são armazenadas em uma memória interna do computador eletrônico do motor (ou EMU para “Engine Monitoring Unit”), e depois vantajosamente transmitidas de modo automático para uma base de dados de um centro encarregado pela manutenção do conjunto dos motores do fabricante.

[0039] Uma primeira situação na qual o processo de acordo com a invenção pode ser executado é aquela da substituição do EMU (figura 3A). No decorrer dessa operação de manutenção realizada por um técnico, a memória interna do EMU é reinicializada (etapa S10).

[0040] O técnico encarregado pela substituição do EMU interroga então à distância o centro de manutenção (etapa S20) que lhe transmite as configurações de equilíbrio instaladas por último sobre a ventoinha e sobre a turbina de baixa pressão (S30). A configuração de equilíbrio da ventoinha pode também ser identificada visualmente por inspeção das cabeças de parafuso como descrito precedentemente.

[0041] Assim, o técnico pode reinicializar a memória do novo EMU com as configurações de equilíbrio efetivamente instaladas ao mesmo tempo sobre a ventoinha e a turbina de baixa pressão. Em especial, o técnico não tem que desmontar os parafusos de equilíbrio da ventoinha nem ter acesso ao último estágio da turbina de baixa pressão para conhecer essas configurações de equilíbrio.

[0042] O equilíbrio do motor que é assim inicializado na memória interna do novo EMU é informado de acordo com os dois planos, a saber aquele de ventoinha e aquele da turbina de baixa pressão (etapa S40).

[0043] Em contrapartida, no caso em que o técnico não tem a possibilidade de interrogar à distância o centro de manutenção ou não tem as ferramentas adequadas ou as qualificações exigidas para ter acesso ao último estágio da turbina de baixa pressão, ele poderá se contentar de identificar visualmente a configuração de equilíbrio da ventoinha (etapa S50) por simples inspeção visual das cabeças de parafuso como descrito precedentemente.

[0044] A configuração de equilíbrio da ventoinha assim identificada pode então ser inicializada na memória interna do novo EMU (etapa S60). Será notado que o equilíbrio do motor é assim inicializado na memória interna do novo EMU é informado em um segundo plano, a saber aquele da ventoinha (etapa S70), que cobre a grande maioria das necessidades e das operações de equilíbrio.

[0045] Uma segunda situação na qual o processo de acordo com a invenção pode ser executado é aquela de uma detecção de vibrações anormais no avião que necessita modificar o equilíbrio do motor (figura 3B).

[0046] Essas vibrações anormais podem ser detectas pelo usuário do avião ou diretamente pelo centro de manutenção (etapa S100) que recebe para isso dados vibratórios do avião em voo.

[0047] Quando o centro de manutenção detecta tais vibrações anormais, ele pode calcular por si próprio novas configurações de equilíbrio para a ventoinha e a turbina (etapa S110).

[0048] Essas recomendações de equilíbrio são então transmitidas diretamente ao piloto do avião ou ao técnico (etapa S120), que ficam encarregados de instalá-las no motor. Para isso, o avião embarca uma maleta de manutenção que contém parafusos de equilíbrio para a ventoinha e grampos para o equilíbrio da turbina de baixa pressão. Assim, a operação de manutenção do equilíbrio (etapa S130) pode ser realizada por um técnico sem ter necessidade que esse último possua competências especiais nesse domínio.

[0049] As configurações de equilíbrio efetivamente instaladas no motor depois dessa operação de manutenção do equilíbrio são então armazenadas na memória interna do EMU e transmitidas de modo automático para o centro de manutenção (etapa S140).

[0050] Alternativamente, o cálculo de novas configurações de equilíbrio para a ventoinha e a turbina depois da detecção de vibrações anormais pode ser realizado por um pessoal qualificado diretamente sob proteção por meio do EMU (etapa S150).

[0051] Essas novas configurações de equilíbrio efetivamente instaladas no motor são então armazenadas na memória interna do EMU e transmitidas de modo automático para o centro de manutenção (etapa S160).

Claims

1. Processo de equilíbrio de um rotor (10) de turbomáquina, caracterizado pelo fato de que compreende a montagem de parafusos (22a a 22f) que formam massas de equilíbrio sobre o rotor para formar uma configuração de equilíbrio, cada parafuso possuindo uma massa predeterminada e uma cabeça de parafuso (24a a 24f) que tem uma característica visual previamente associada à sua massa.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa prévia que consiste em estabelecer uma tabela na qual cada característica visual especial de uma cabeça de parafuso é associada a uma massa predeterminada de parafuso.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as características visuais das cabeças de parafuso consistem em formas e/ou cores especiais.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a configuração de equilíbrio é armazenada em uma memória de um computador eletrônico da turbomáquina e depois transmitida automaticamente para uma base de dados de um centro de manutenção.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a configuração de equilíbrio instalada é transmitida a um técnico por ocasião de uma operação de substituição do computador eletrônico.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que uma recomendação de equilíbrio é calculada pelo centro de manutenção por ocasião da detecção de vibrações em funcionamento e transmitida a um técnico.

7. Rotor (10) de turbomáquina, caracterizado pelo fato de que compreende parafusos (22a a 22f) que formam massas de equilíbrio que são montados sobre o rotor, cada parafuso possuindo uma massa predeterminada e uma cabeça de parafuso (24a a 24f) que tem uma característica visual previamente associada a sua massa.

8. Rotor, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as cabeças de parafuso têm formas diferentes.

9. Rotor, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as formas das cabeças de parafuso são escolhidas entre um quadrado, um círculo, um hexágono, uma cruz, uma estrela e um anel.

10. Rotor, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cabeças de parafuso têm cores diferentes.

11. Rotor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado pelo fato de que constitui uma ventoinha.

12. Turbomáquina caracterizada pelo fato de ser equipada com um rotor como definido em qualquer uma das reivindicações 7 a 10 ou que é equilibrado de acordo com o processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.