BRPI1012897B1 - Dispositivo e processo de detecção de uma falha de uma bomba de combustível de baixa pressão de um turborreator, e, turborreator - Google Patents

Abstract

dispositivo e processo de detecção de uma falha de uma bomba de combustível de baixa pressão de um turborreator, e, turborreator a invenção refere-se a um dispositivo de detecção de uma falha de uma bomba de combustível de baixa pressão de um turborreator. a bomba é acionada por intermédio de uma caixa de relé de acessórios (4) compreendendo uma engrenagem (4’) de acionamento mecânico dos referidos acessórios. o dispositivo comporta meios (27) de medição de frequências de vibração da caixa de relé de acessórios (4) e meios (28) de detecção, entre as referidas frequências, de pelo menos uma frequência de vibração da bomba de combustível de baixa pressão. graças à invenção, uma falha da bomba de combustível de baixa pressão pode ser detectada a partir da sua ocorrência.

Description

[0001] A invenção refere-se a um dispositivo e a um processo de detecção de uma falha de uma bomba de combustível de baixa pressão de um turborreator.

[0002] Um turborreator compreende geralmente um ventilador, um ou vários estágios de compressores, por exemplo, um compressor de baixa pressão e um compressor de alta pressão, uma câmara de combustão, um ou vários estágios de turbina, por exemplo, uma turbina de alta pressão e uma turbina de baixa pressão, e uma tubulação de ejeção. Na câmara de combustão, o combustível comprimido é injetado e queimado com o ar comprimido proveniente dos compressores. Cada compressor é solidário em rotação de uma turbina à qual ele é ligado por uma árvore, formando assim um corpo de alta pressão e um corpo de baixa pressão.

[0003] A câmara de combustão é alimentada com combustível por um circuito de combustível no qual o combustível é acionado por bombas de combustível, geralmente uma bomba de baixa pressão e uma bomba de alta pressão.

[0004] As noções de baixa e de alta pressão das bombas de combustível são totalmente apreendidas das noções de baixa e de alta pressão dos corpos do turborreator, tratando-se da pressão de líquidos diferentes; por convenção e para simplificar a descrição, utiliza-se, na sequência da descrição, o acrônimo “HP” para “alta pressão” e o acrônimo “BP” para “baixa pressão”, ao mesmo tempo para os corpos do turborreator ou os seus elementos apenas para as bombas a combustível. A bomba HP é colocada a jusante da bomba BP no circuito de combustível. A bomba HP recebe assim, a partir da bomba BP, combustível comprimido uma primeira vez e apresentando assim uma pressão suficiente para encontrar-se, após compressão pela bomba HP, a uma pressão suficiente para a sua combustão com o ar comprimido; assim, a bomba BP tem por função alimentar a bomba HP de combustível tendo sofrido uma primeira compressão.

[0005] As bombas BP e HP são tradicionalmente bombas mecânicas que podem, por exemplo, ser “de engrenagem” ou roda. Uma bomba de engrenagem comporta notadamente um pinhão (ou roda) conduzindo (montada giratória sobre uma árvore acionada em rotação por uma engrenagem) e um pinhão (ou roda) conduzido o combustível sendo comprimido em um volume entre os dentes dos pinhões conduzindo e conduzido. Uma bomba de roda comporta uma roda (ou roda similar) munida de pás de compressão do combustível e montada giratória sobre uma árvore acionada em rotação por uma engrenagem, o combustível sendo comprimido por efeito centrífugo quando da rotação da roda. Classicamente, a bomba BP é uma bomba de roda e a bomba HP é uma bomba de engrenagem.

[0006] As engrenagens de acionamento das bombas BP e HP são acionados geralmente indiretamente pela árvore do corpo HP do turborreator por intermédio de uma árvore de tomada de movimento conectada a uma caixa de relé de acessórios que liga a árvore de tomada de movimento às bombas por uma engrenagem. A caixa de relé de acessórios é conhecida do versado na arte sob a sua denominação inglesa “Accessory Gear Bort'(AGB). Trata-se de uma caixa contendo uma engrenagem (ou seja, um mecanismo de rodas dentadas ou pinhões que se engrenam para transmitir um movimento de rotação de uma árvore a uma ou várias outras árvores); esta engrenagem é ligada a diversos equipamentos ou acessórios, como, por exemplo, um gerador elétrico, um arranque de partida, um alternador, bombas hidráulicas, etc. e, como foi visto, as bombas BP e HP; a engrenagem transmite aos acessórios os movimentos retirados da árvore do corpo HP do turborreator, para acionar o mesmo.

[0007] Uma falha da bomba BP (por exemplo, devido à ingestão de um corpo estrangeiro indo bloquear-se entre as pás da roda da bomba BP e o cárter que as envolve) traduz-se geralmente pela ruptura de uma porção fundível da árvore acionando a roda da bomba BP, o combustível passando então diretamente através a roda sem ser comprimido (a roda da bomba BP, com efeito, estando em roda livre); fala-se do “modo de falha principal” da bomba. Neste caso, a bomba HP é alimentada por um combustível não comprimido e, portanto, a uma pressão inferior à pressão que teria tido em funcionamento normal, o que pode provocar uma “cavitação” da bomba HP, a saber, a aspiração por este último de ar misturado ao combustível; tal cavitação da bomba HP é muito nefasta ao seu funcionamento e pode provocar sobre a mesma fortes deteriorações mecânicas que podem ir até a uma ruptura das engrenagens que a acionam em rotação. No caso de ruptura, o combustível não sendo mais acionado no circuito de combustível, a câmara de combustão não é mais alimentada em combustível e o motor para, com as consequências desastrosas pode ter tal parada de um turborreator em pleno vôo do avião que ele propele.

[0008] Uma falha da bomba BP não é detectada como tal, são as suas consequências que são detectadas, notadamente a parada do turborreator. Existe, portanto, um real perigo no fato de uma falha da bomba BP não ser anteriormente detectável porque, a bomba HP continuando a ser alimentada, o risco é grande que o funcionamento anormal prossiga até a provocar uma deterioração da bomba HP e uma parada do turborreator.

[0009] A invenção visa propor um dispositivo e um processo de detecção que permitem detectar eficazmente e simplesmente uma falha da bomba BP para antecipar um risco de deteriorações grandes da bomba HP.

[00010] É assim que a invenção refere-se a um dispositivo de detecção de uma falha de uma bomba de combustível de baixa pressão de um turborreator comportando pelo menos uma árvore giratória podendo girar em diferentes velocidades, a referida bomba sendo acionada pela árvore giratória por intermédio de uma caixa de relé de acessórios compreendendo uma engrenagem de acionamento mecânico dos referidos acessórios, dispositivo caracterizado pelo fato de que comporta meios de medição da velocidade de rotação da árvore giratória do turborreator, meios de medição de frequências de vibração da caixa de relé de acessórios e meios de detecção, entre as referidas frequências, de pelo menos uma frequência de vibração normal da bomba de combustível de baixa pressão na velocidade de rotação medida da árvore giratória.

[00011] Graças à invenção, é possível detectar muito simplesmente uma eventual falha da bomba; com efeito, é suficiente detectar a presença ou a ausência de uma contribuição frequencial da bomba nas frequências de vibração da caixa de relé de acessórios para deduzir se a bomba funciona normal ou não. A detecção de uma eventual falha pode, portanto, ser feita muito rapidamente, a partir da sua ocorrência; é assim possível tomar rapidamente qualquer medida adequada desde o início do mau funcionamento da bomba BP. Pode-se em particular detectar a frequência de vibração principal da bomba e/ou de seus harmônicos.

[00012] De acordo com uma forma de realização preferida, o turborreator sendo um turborreator dito de duplo corpo comportando um corpo de baixa pressão e um corpo de alta pressão, a referida árvore giratória é a árvore do corpo de alta pressão do turborreator.

[00013] Preferivelmente, os meios de medição de frequências de vibração da caixa de relé de acessórios compreendem um acelerômetro distribuindo um sinal representativo das vibrações da caixa de relé de acessórios. Com vantagem, pode- se utilizar o acelerômetro que, de maneira clássica em um turborreator, é montado sobre a caixa de relé de acessórios para supervisionar o comportamento dos rolamentos da engrenagem desta caixa bem como diversos outros parâmetros; neste caso, detecta-se pelo menos assim se uma frequência de vibração da bomba está presente ou não no sinal fornecido pelo acelerômetro.

[00014] Preferivelmente, a caixa de relé de acessórios e seus acessórios são disposta de modo que as frequências de vibração dos diferentes acessórios sejam muito diferentes da frequência de vibração da bomba.

[00015] A invenção refere-se ainda a um turborreator comportando pelo menos uma árvore giratória podendo girar em diferentes velocidades, um circuito de combustível com uma bomba de combustível de baixa pressão e uma bomba de combustível de alta pressão acionadas pela árvore giratória por intermédio de uma caixa de relé de acessórios compreendendo uma engrenagem de acionamento mecânico dos referidos acessórios, e um dispositivo de detecção de uma falha da bomba de combustível de baixa pressão como o apresentado acima.

[00016] O turborreator da invenção apresenta as mesmas vantagens que o dispositivo apresentado acima.

[00017] A invenção refere-se igualmente a um processo de detecção de uma falha de uma bomba de combustível de baixa pressão de um turborreator comportando pelo menos uma árvore giratória podendo girar em diferentes velocidades, a referida bomba sendo acionada pela árvore giratória por intermédio de uma caixa de relé de acessórios compreendendo uma engrenagem de acionamento mecânico dos referidos acessórios, processo caracterizado pelo fato de que: mede-se a velocidade de rotação da árvore giratória do turborreator, - mede-se as frequências de vibração da caixa de relé de acessórios e - detecta-se, entre as referidas frequências, pelo menos uma frequência de vibração normal da bomba de velocidade de rotação medida da árvore giratória.

[00018] O processo da invenção apresenta as mesmas vantagens que o dispositivo apresentado acima. Compreende-se a partir da última etapa do processo que se procura detectar tal frequência de vibração normal; o resultado desta detecção pode ser positivo ou negativo, indicando se a bomba BP funciona normalmente ou não.

[00019] De acordo com uma forma de realização preferida, medem-se as frequências de vibração da caixa de relé de acessórios com um acelerômetro distribuindo um sinal representativo das vibrações da caixa de relé de acessórios.

[00020] De acordo com uma forma de realização preferida: transforma-se o sinal proveniente do acelerômetro em um sinal dependente da fase da rotação da bomba de combustível de baixa pressão, tira-se a média deste sinal transformado sobre uma pluralidade de períodos da bomba de combustível de baixa pressão, que se faz retornar sobre um período de amplitude 2TT, calcula-se a densidade espectral de potência deste sinal em função das ordens de vibração correspondendo aos múltiplos da frequência de rotação da bomba de combustível de baixa pressão, determina-se se, a uma ordem correspondendo à frequência de vibração da bomba de combustível de baixa pressão, a densidade espectral apresenta uma raia característica da presença de uma contribuição da bomba de combustível de baixa pressão a esta frequência e conclui-se se a bomba de combustível de baixa pressão funciona normalmente ou não.

[00021] De acordo com uma forma de realização preferida, a bomba comporta uma roda acionada em rotação a certa frequência de rotação pela engrenagem da caixa de relé de acessórios e uma frequência principal de vibração da bomba BP é um múltiplo da frequência de rotação da roda.

[00022] A invenção será melhor compreendida com a ajuda da descrição seguinte da forma de realização preferida do dispositivo e do processo de detecção da invenção, em referência às figuras dos desenhos anexos, em que: a figura 1 é um esquema de princípio da engrenagem da caixa de relé de acessórios do turborreator da invenção; a figura 2 é uma vista em corte de uma caixa comportando as bombas BP e HP montada sobre a caixa de relé de acessórios da figura 1; a figura 3 é um esquema em bloco funcional do AGB e do dispositivo de detecção de uma falha da bomba BP do turborreator das figuras 1 e 2; a figura 4 é um esquema em bloco funcional representando certas etapas da forma de realização preferida do processo da invenção e figuras 5a e 5b são diagramas representando a densidade espectral de potência do sinal fornecido pelo acelerômetro da caixa de relé de acessórios das figuras 1 a 3 em função das ordens de vibração correspondendo aos múltiplos da velocidade de rotação da bomba BP.

[00023] De modo bem conhecido do versado na arte, um turborreator de acordo com a invenção comporta um ventilador, pelo qual o ar exterior é aspirado no turborreator, um compressor BP a montante de um compressor HP, dispostos para comprimir o ar e em saída dos quais o ar comprimido é guiado para uma câmara de combustão onde ele é queimado com combustível igualmente comprimido; os gases queimados são guiados para uma turbina HP depois uma turbina BP em saída da qual eles se escapam do turborreator por uma tubulação de escapamento. O compressor BP é ligado à turbina BP por uma árvore giratória, formando assim um corpo BP, enquanto que o compressor HP é ligado à turbina HP por uma árvore giratória, formando assim um corpo HP. A árvore do corpo HP é representada de maneira esquemática na figura 1 pela árvore designada pela referência 1.

[00024] De modo clássico e bem conhecido do versado na arte, uma árvore 2 dita de tomada de movimento é montada radialmente no turborreator e comportado um primeiro pinhão cônico 2 ' que engrena com um pinhão cônico da árvore 1 do corpo HP, a árvore de tomada de movimento 2 sendo assim acionada em rotação sobre o seu eixo pela árvore 1 do corpo HP. A árvore de tomada movimento 2 comporta, em sua extremidade oposta, um segundo pinhão cônico 2" que engrena com um primeiro pinhão 3' de uma árvore 3 de entrada em uma caixa de relé de acessórios 4, esta árvore de entrada 3 se estendendo perpendicularmente à árvore de tomada de movimento 2 e, portanto, paralelamente á árvore 1 do corpo HP. O versado na arte designa geralmente tal caixa de relé de acessórios 4 pelo seu acrônimo inglês AGB, que significa “Accessory Gear Box"-,ele é assim designado na sequência da descrição; o AGB 4 é um dispositivo conhecido no domínio dos turborreatores.

[00025] O AGB 4 aciona em rotação diferentes acessórios participando no funcionamento do turborreator, graças a uma engrenagem 4' compreendendo e acionada por um segundo pinhão 3" da sua árvore de entrada 3 (e, portanto, acionada indiretamente pela árvore 1 do corpo HP por intermédio da árvore de tomada de movimento 2). Na figura 1 foi representado esquematicamente apenas a engrenagem 4' do AGB 4 e não a AGB 4 como um todo, o AGB 4 comportando igualmente notadamente uma caixa de alojamento da engrenagem 4' e diversos órgãos estruturais, não representados. Os acessórios acionados pelo AGB 4 são na maior parte geralmente fixados diretamente na caixa do AGB 4.

[00026] Mais precisamente, o engrenagem 4' comporta uma pluralidade de pinhões 3", 5, 6, 1, 9, 11, 12 de acionamento dos acessórios, estes pinhões de acionamento 3", 5, 6, 1, 9, 11, 12 sendo montados em série entre si e com dois pinhões suplementares 8, 10 de ligação e adaptação das velocidades de rotação dos diferentes pinhões 5-14. O segundo pinhão 3" da árvore de entrada 3 do AGB 4 é solidário em rotação de uma árvore que aciona em rotação um alternador com ímãs permanentes de um regulador do turborreator geralmente designado pelo seu acrônimo inglês FADEC (que significa “Full Authority Digital Engine Control")',os outros pinhões de acionamento 5, 6, 7, 9, 11, 12 são respectivamente solidários em rotação das árvores de entrada de um dispositivo de acionamento manual do AGB 4, um arranque de turbina, uma bomba de combustível BP 13 e uma bomba de combustível HP 14, um gerador designado pelo seu acrônimo inglês IDG (que significa “Integrated Drive Generator"),de uma bomba hidráulica e um módulo de lubrificação que são, com o FADEC, os acessórios acionados pelo AGB 4.

[00027] Com referência à figura 2, a bomba de combustível BP 13 e a bomba de combustível HP 14 são as bombas do circuito de combustível do turborreator; elas acionam o combustível neste circuito para a alimentação de combustível da câmara de combustão. As bombas de combustível BP 13 e HP 14 estão contidos em uma caixa comum 15. Uma árvore 16 de entrada na caixa 15, de eixo A e solidária em rotação do pinhão 7 de acionamento das bombas 13, 14 da engrenagem 4' do AGB 4, permite o acionamento das bombas BP 13 e HP 14 por esta engrenagem 4'. Esta árvore 16 comporta, em sua extremidade oposta à sua extremidade acionada pela engrenagem 4', uma porção 17 de acoplamento com caneluras longitudinais periféricas, dispostas para cooperar com uma porção complementar 18 de acoplamento de caneluras de uma extremidade de uma árvore tabular 19 de acionamento das bombas 13, 14, esta árvore tabular 19 estendendo-se em torno da árvore de entrada 16, axialmente à mesma. As porções de acoplamento 17, 18 compreendem cada caneluras longitudinais repartidas uniformemente obliquamente em torno do eixo A das árvores 16, 19, estas caneluras sendo paralelas entre si e ao eixo A; as caneluras da árvore de entrada 16 são dispostas sobre a sua superfície externa e as caneluras da árvore tabular 19 são dispostas sobre a sua superfície interna. As porções de acoplamento 17, 18 permitem assim obter um acoplamento em rotação das duas árvores 16, 19 em torno do seu eixo comum A.

[00028] A árvore tabular 19 comporta, em sua extremidade comportando as caneluras internas da sua porção de acoplamento 18, caneluras externas 20 de acionamento da bomba HP 14, dispostas para engrenar com caneluras 21 do mecanismo da bomba HP 14, de maneira clássica no domínio das bombas mecânicas. Não é necessário detalhar aqui a estrutura e o funcionamento dos elementos da bomba HP 14, que são bem conhecidos do versado na arte. A bomba HP 14 pode de resto ser de acordo com qualquer um dos modelos existentes de bombas HP. Na espécie, a bomba HP 14 é uma bomba dita “de engrenagem” que comporta um pinhão (ou roda) conduzindo 14a, acionada pela árvore tabular 19, o pinhão conduzindo 14a acionando um pinhão (ou roda) conduzido (e) 14b; o combustível é comprimido em um volume entre os dentes engrenados dos pinhões conduzindo 14a e conduzido 14b, de maneira bem conhecida do versado na arte.

[00029] A árvore tabular 19 comporta, em sua extremidade oposta, caneluras externas 22 de acionamento da bomba BP 13, dispostas para engrenar com caneluras 23 do mecanismo de acionamento da bomba BP 13, de maneira clássica no domínio das bombas mecânicas. A bomba BP 13 é, neste caso, uma bomba dita “de roda” que comporta uma roda (ou roda) 24 acionada em rotação pela árvore tabular 19 notadamente via as caneluras 22, 23. Em funcionamento, do combustível é injetado do lado interno da roda 24, a roda 24 sendo munida de uma pluralidade de pás, na ocorrência em número de sete, dispostos para acionar o combustível por efeito centrífugo desde o lado interno da roda 24 em direção de seu lado externo e assim comprimi-lo; não é necessário descrever mais precisamente a sua estrutura porque é bem conhecida do versado na arte; de resto, qualquer tipo de bomba BP 13 pode ser utilizado. O combustível é coletado do lado externo da roda 24 e guiado para a bomba HP 14 que comprime o mesmo de novo, de modo conhecido que não é necessário detalhar aqui.

[00030] A árvore tabular 19 de acionamento das bombas BP 13 e HP 14 comporta, além disso, uma porção fundível 25 situada na proximidade das suas caneluras 22 de acionamento da bomba BP 13. Esta porção fundível 25 é disposta para quebrar no caso de falta de equilíbrio ou tensões muito elevadas sobre a bomba BP 13. Assim, no caso de mau funcionamento da bomba BP 13 (por exemplo, devido à ingestão de um corpo estranho), a porção fundível 25 rompe, o que desacopla as caneluras 23 do mecanismo de acionamento da bomba BP 13 - e, portanto, a sua roda 24 - da árvore tabular de acionamento 19. Neste caso, a roda 24 está em roda livre e não comprime mais o combustível aspirado pelas bombas BP 13 e HP 14. A bomba HP 14 é então alimentada em combustível não comprimido e corre o risco de “cavitar” (ou seja, de aspirar ar), o que pode conduzir, se este funcionamento anormal com cavitação se prolongar, em fortes deteriorações da bomba HP 14, podendo ir até uma parada da alimentação da câmara de combustão em combustível comprimido e, portanto, uma parada em pelo vôo do turborreator. É por este fato que se previne uma falha da bomba BP a partir da sua ocorrência, a fim de poder antecipar as ações a tomar, que o turborreator comporta um dispositivo 26 de detecção de falha da bomba BP 13.

[00031] Em referência à figura 3, este dispositivo 26 comporta meios 27' de medição do regime do turborreator (ou seja, da velocidade de rotação da árvore 1 de seu corpo HP), meios 27 de medição das frequências de vibração do AGB 4 e meios 28 de detecção, entre estas frequências, de pelo menos uma frequência de vibração normal da bomba BP 13 no regime medido do turborreator (nota-se que se pode medir a frequência principal de vibração da bomba BP 13 e/ou os seus harmônicos). As frequências de vibrações do AGB 4 compreendem as frequências de vibração do AGB 4 como tais mas também as frequências de vibração dos acessórios que ela aciona, dado que estes últimos são solidários em rotação da engrenagem 4' do AGB 4 que aciona em rotação suas árvores de acionamento respectivas.

[00032] Graças ao dispositivo 26, é assim possível detectar a presença ou não, entre as frequências de vibração do AGB 13, de pelo menos uma frequência de vibração normal da bomba BP 13 no regime do turborreator, no caso de sua frequência principal de vibração. Assim: se a frequência de vibração da bomba BP 13 está presente nas frequências medidas de vibração do AGB 13, pode-se deduzir que a bomba BP 13 é acionada efetivamente em rotação em sua frequência de funcionamento normal, ou seja, que os meios fundíveis 25 não tendo se quebrado; se a frequência de vibração da bomba BP 13 está ausente das frequências medidas de vibração do AGB 13, pode-se deduzir que a bomba BP 13 não é mais acionada em rotação em sua frequência de funcionamento normal, ou seja, que os meios fundíveis 25 quebraram e que a roda da bomba BP 13 não é mais acionada em rotação pelo AGB 4.

[00033] Quando se conhece o caráter com falha do funcionamento da bomba BP 13, é possível tomar qualquer medida adequada a fim de que a bomba HP 14 não funcione (durante muito tempo) em regime de cavitação, para evitar que a bomba HP 14 deteriore-se e que a alimentação da câmara de combustível comprimido termine por ser interrompida; pode-se, portanto, tomar todas as medidas permitindo evitar ou pelo menos antecipar uma parada em pelo vôo do turborreator.

[00034] Neste caso, o AGB 4 é projetado de modo que não haja sobre o AGB 4 outros elementos ou acessórios gerando um componente de vibração de mesma frequência que a da bomba BP 13; tal configuração do AGB 4 é muito útil aqui dado que permite garantir que o desaparecimento da frequência de vibração normal da bomba BP 13 no sinal medido pelos meios de medição 27 é necessariamente ligado a um mau funcionamento desta bomba BP 13. Ora, encontra-se que este tipo de configuração do AGB 4 (todos os elementos vibrando em frequências diferentes) é difundido nos turborreatores conhecidos, para evitar eventuais fenômenos de ressonância entre os elementos acionados pelo AGB 4; a invenção tem, portanto, o mérito de utilizar uma característica espalhada para outros fins e de alcançar uma vantagem.

[00035] A frequência de vibração gerada pela rotação da bomba BP 13 em um regime dado do turborreator pode facilmente ser determinada a partir da velocidade de rotação VBP da roda 24 da bomba BP 13. Esta velocidade de rotação VBP é um múltiplo da velocidade de rotação NHP da árvore 1 do corpo HP, ou seja que VBP=k.NHP, com k um coeficiente fixado (a velocidade de rotação NHP da árvore 1 do corpo HP corresponde, como foi visto, ao regime do turborreator); o coeficiente k é fixado pela cadeia cinemática que liga a árvore 1 do corpo HP à bomba BP 13; assim, conhecendo as relações de engrenagem de todos os pares de pinhões engrenando uns com os outros desde a árvore 1 do corpo HP do turborreator até a bomba BP 13, conhece-se o valor do coeficiente k, que tem um valor fixo independente do regime motor.

[00036] Neste caso, os meios 27' de medição do regime do turborreator comportam um sensor 27 ' montado sobre o AGB 4 e medindo a velocidade de rotação de uma árvore do AGB 4 girando na mesma velocidade que a árvore 1 do corpo HP do turborreator, de modo conhecido.

[00037] No caso, os meios 27 de medição das frequências de vibração do AGB 4 compreendem um acelerômetro 27. Tal acelerômetro 27 é disposto para distribuir um sinal elétrico representando as vibrações às quais é submetido o AGB 4; as componente frequenciais deste sinal correspondem às diferentes frequências de vibração às quais é submetido o AGB 4, estas frequências de vibração sendo, na maior parte, diretamente ligadas às frequências de rotação dos acessórios acionados pelo AGB 4.

[00038] Os meios 28 de detecção da frequência de vibração da bomba BP 13 compreendem, neste caso, uma unidade de tratamento 28 comportando aqui um microprocessador, preferivelmente um microprocessador do tipo DSP que é o acrônimo inglês de “Digital Signal Processor”,otimizado para o tratamento dos sinais frequenciais. Os meios 27' de medição do regime do turborreator (sensor 27’) e os meios 27 de medição das frequências de vibração do AGB 4 (acelerômetro 27) são ligados à unidade de tratamento 28 para distribuir ao mesmo o sinal que eles medem, estes sinais sendo tratados pelas unidades de tratamento 28.

[00039] Pode-se notar aqui que a presença de um acelerômetro sobre um AGB era conhecida na arte anterior, para fins diferentes. Classicamente, um acelerômetro está previsto sobre um AGB para seguir o comportamento dos rolamentos da sua engrenagem; para esse efeito, define-se “ponteiros”, que são indicadores calculados sobre o sinal e, em função da evolução destes indicadores, determina-se se os rolamentos se degradaram; em particular, analisa-se o histórico do sinal que mede o acelerômetro e mais precisamente a dispersão da sua evolução. Tal utilização de um acelerômetro é complexa enquanto que a utilização que é feita do acelerômetro 27 para a detecção de uma falha sobre a bomba BP 13 é simples: seja a contribuição frequencial do AGB 4 presente, seja que não está presente. Assim, o dispositivo e o processo de detecção de uma falha da bomba BP 13 são notáveis pela simplicidade da análise implicada.

[00040] Preferivelmente, o acelerômetro 27 utilizado para a detecção de falhas sobre a bomba BP 13 é o mesmo que o utilizado para o acompanhamento do comportamento dos rolamentos da engrenagem 4' do AGB 4. A unidade de tratamento 28 utilizada para a detecção de falhas sobre a bomba BP 13 pode igualmente ser a mesma que a utilizada para o acompanhamento do comportamento dos rolamentos da engrenagem 4', programada de modo ad hoc.Utilizam-se assim dispositivos conhecidos em um turborreator para permitir aos mesmos preencher uma função nova.

[00041] O processo de detecção de uma falha da bomba BP 13 será agora descrito em maiores detalhes, em referência à figura 4, de acordo com um exemplo possível de detecção da presença ou da ausência de uma contribuição da bomba BP 13 a uma frequência de vibração correspondendo ao seu funcionamento normal em um regime dado do turborreator. Como evidente, qualquer outro processo adaptado pode ser utilizado.

[00042] Durante uma primeira etapa Ei, o turborreator funcionando em certo regime NHP, mede este regime NHP graças ao sensor 27' e determina-se a frequência de vibração normal da bomba BP 13 no regime NHP do turborreator; em outros termos, deduz-se da velocidade medida NHP de rotação da árvore 1 do corpo HP a frequência na qual deve vibrar a bomba BP 13 se ela funciona normalmente, com o objetivo de verificar durante as etapas subsequentes se se encontra efetivamente esta frequência de vibração normal no sinal medido pelo acelerômetro 27. Como visto acima, esta frequência de vibração normal da bomba BP 13 depende da velocidade de rotação da roda 24 da bomba BP 13 que depende, ela mesma, diretamente do regime medido do turborreator de acordo com a fórmula: VBP=I<.NHP com k fixado. Assim, em cada regime medido NHP do turborreator, conhece-se a velocidade de rotação VBP na qual deve girar a bomba BP 13 se ela funciona normalmente. Em função da estrutura da bomba BP 13, pode-se então determinar sua frequência principal de vibração; neste caso, a roda 24 da bomba BP 13 comportando 7 pás, a frequência principal de vibração fv da bomba BP 13 é igual a 7 vezes sua frequência (velocidade) de rotação (a frequência de passagem das pás sendo igual a 7 vezes a frequência de rotação da roda 24 dado que existem 7 pás), ou seja fv.VBP=7.k.NHP.

[00043] Durante uma segunda etapa E2, transforma-se o sinal proveniente do acelerômetro, que é um sinal do tipo y=f (t) (sinal Y dependendo do tempo t), em um sinal do tipo y=f (cp) dependendo da fase <p da rotação da bomba BP 13.

[00044] Durante uma terceira etapa E3, tira-se a média deste sinal transformado sobre uma pluralidade de períodos (ou rotações) da bomba BP 13, que se faz retornar sobre um período de amplitude 2TT.

[00045] Na sequência das etapas E2 e E3, obtém-se um sinal dito “re- amostragem” (a primeira amostragem sendo efetuada no momento da medição) e em média.

[00046] Durante uma quarta etapa E4, calcula-se a densidade espectral de potência D do sinal (em m2.s 3, homogêneo a uma aceleração ao quadrado dividida por Hertz) em função das ordens de vibração O (as ordens de vibração sendo os múltiplos da velocidade de rotação VBP da bomba BP 13).

[00047] Durante uma quinta etapa Es, determina-se então se, a ordem correspondendo à frequência principal de vibração da bomba BP 13, a densidade espectral apresenta uma raia característica da presença de uma contribuição a esta frequência ou se não há raia. Em função desta informação, conclui-se se a bomba BP 13 funciona corretamente ou não e define-se a sequência a dar ao processo de detecção. Assim: se há uma raia, isso significa que o sinal vibratório do AGB 4 comporta uma contribuição para a frequência de vibração da bomba BP 13 em funcionamento normal ao regime motor considerado; a bomba BP 13 sendo o único elemento do AGB 4 (ou fixado ao mesmo) gerando uma vibração nesta frequência, pode-se deduzir de modo certo que é bem a bomba BP 13 que está na origem desta contribuição frequencial e, portanto, que funciona corretamente; o processo é então outra vez realizado (seta Eôa) para assegurar um acompanhamento em contínuo do funcionamento da bomba BP 13; se não há raia, isso significa que a bomba BP 13 não gera a vibração que ela deveria gerar, ou seja, que ela não gira na velocidade na qual ela deveria girar no regime considerado do turborreator e que há, portanto, uma falha; passa-se então (seta E6b) a uma etapa E7 de decisão em reação a este mau funcionamento; medições podem ser tomadas rapidamente dado que a falha é detectada a partir da sua ocorrência.

[00048] Representou-se nas figuras 5a e 5b a densidade espectral de potência D do sinal em média do acelerômetro 27 em função das ordens de vibração O, em um caso de funcionamento normal da bomba BP 13 (figura 5a) e um caso de mau funcionamento da bomba BP 13 (figura 5b).

[00049] No exemplo descrito, em funcionamento normal da bomba BP 13, nota-se na figura 5a que o sinal do acelerômetro 27 apresenta uma raia RBP na ordem 7, correspondendo à contribuição da bomba BP 13 ao sinal, e uma raia RHP na ordem 16, correspondendo à contribuição da bomba HP 14 ao sinal. Conhecem - se as ordens O correspondendo às raias das bombas BP 13 e HP 14 em função da estrutura destes últimos e as diferentes relações de engrenagens implicadas; assim, neste caso, como explicado acima, a raia principal da bomba BP 13 é de ordem 7 porque a roda 24 da bomba BP 13 comporta 7 pás e que as ordens são múltiplos da velocidade de rotação da bomba BP 13.

[00050] Em funcionamento anormal da bomba BP 13, nota-se na figura 5b que a raia RBP desapareceu, apenas a raia RHPda bomba HP 14 aparecia ainda; a amplitude residual da densidade espectral de potência a nível da ordem de vibração 7 corresponde ao ruído sobre o sinal.

[00051] O conjunto das etapas apresentadas acima pode ser realizado pela unidade de tratamento 28. Pode-se naturalmente refinar a análise detectando não apenas a raia principal (frequência principal de vibração da bomba BP 13), mas também seus harmônicos, o que oferece uma maior robustez do algoritmo ao ruído sobre o sinal (a energia (e, portanto, a parte do sinal) correspondendo às vibrações da bomba BP sendo fraco comparado com a energia (e, portanto, a parte do sinal) correspondendo ao próprio turborreator).

[00052] O acelerômetro 27 pode ser uni- ou pluridirecional. Mede-se, a priori,a aceleração sobre o AGB 4 em uma única direção que é a direção perpendicular à direção das árvores dos acessórios acionados pelo AGB 4 (paralelos entre si e à árvore 1 do corpo HP do turborreator); isto não impede, no entanto, a utilização de um acelerômetro pluridirecional. A banda passante do acelerômetro 27 é, preferivelmente, da ordem de 20kHz.

[00053] Preferivelmente, para detectar a presença ou não de uma raia na densidade espectral de potência (que pode comportar mais ruído que nas figuras 5a e 5b), pode-se prever a medição de sinais sobre AGB padrões ou de controle e comparar o sinal medido com os sinais de referência para deduzir se a raia procurada está presente ou não.

Claims (9)

1. Dispositivo de detecção de uma falha de uma bomba de combustível de baixa pressão (13) de um turborreator comportanto pelo menos uma árvore giratória (1) podendo girar em diferentes velocidades, a referida bomba (13) sendo acionada pela árvore giratória (1) por intermédio de uma caixa de relé de acessórios (4) compreendendo uma engrenagem (4') de acionamento mecânico dos referidos acessórios, dispositivo caracterizado pelo fato de comportar meios (27') de medição da velocidade de rotação (NHP) da árvore giratória (1) do turborreator, meios (27) de medição de frequências de vibração da caixa de relé de acessórios (4) e meios (28) de detecção, entre as referidas frequências, de pelo menos uma frequência de vibração normal da bomba de combustível de baixa pressão (13) à velocidade de rotação medida da árvore giratória (1).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o turborreator sendo um turborreator dito de duplo corpo comportanto um corpo de baixa pressão e um corpo de alta pressão, a referida árvore giratória (1) é a árvore do corpo de alta pressão do turborreator.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os meios (27) de medição de frequências de vibração da caixa de relé de acessórios (4) compreendem um acelerômetro (27) distribuindo um sinal representativo das vibrações da caixa de relé de acessórios (4).

4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a caixa de relé de acessórios (4) e seus acessórios são dispostos de modo que as frequências de vibração dos diferentes acessórios sejam todas diferentes da frequência de vibração da bomba de combustível de baixa pressão (13).

5. Turborreator caracterizado pelo fato de comportar pelo menos uma árvore (1) giratória podendo girar em diferentes velocidades, um circuito de combustível com uma bomba de combustível de baixa pressão (13) e uma bomba de combustível de alta pressão (14) acionados pela árvore giratória (1) por intermédio de uma caixa de relé de acessórios (4) compreendendo uma engrenagem (4') de acionamento mecânico dos referidos acessórios, e um dispositivo (26) de detecção de uma falha da bomba de combustível de baixa pressão (13) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.

6. Processo de detecção de uma falha de uma bomba de combustível de baixa pressão (13) de um turborreator, comportando pelo menos uma árvore giratória podendo girar em diferentes velocidades, a referida bomba (13) sendo acionada pela árvore giratória por intermédio de uma caixa de relé de acessórios (4) compreendendo uma engrenagem (4') de acionamento mecânico dos referidos acessórios, processo caracterizadopelo fato de que: mede-se a velocidade de rotação (NHP) da árvore giratória (1) do turborreator, mede-se frequências de vibração da caixa de relé de acessórios e detecta-se, entre as referidas frequências, pelo menos uma frequência de vibração normal da bomba de combustível de baixa pressão (13) na velocidade de rotação (NHP) medida da árvore giratória (1).

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que se medem as frequências de vibração da caixa de relé de acessórios (4) com um acelerômetro (27) distribuindo um sinal representativo das vibrações da caixa de relé de acessórios (4).

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que: transforma-se o sinal proveniente do acelerômetro (27) em um sinal dependente da fase da rotação da bomba de combustível de baixa pressão (13), tira-se a média deste sinal transformado sobre uma pluralidade de períodos da bomba de combustível de baixa pressão (13), que se faz retornar sobre um período de amplitude 2TT, calcula-se a densidade espectral de potência deste sinal em função das ordens de vibração correspondendo a múltiplos da frequência de rotação da bomba de combustível de baixa pressão (13), determina-se se, a uma ordem correspondendo à frequência de vibração da bomba de combustível de baixa pressão (13), a densidade espectral apresenta uma raia (RBP) característica da presença de uma contribuição da bomba de combustível de baixa pressão (13) a esta frequência e conclui-se se a bomba de combustível de baixa pressão funciona normalmente ou não.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a bomba de combustível de baixa pressão (13) comporta uma roda (24) acionada em rotação a certa frequência de rotação pela engrenagem (4’) da caixa de relé de acessórios (4) e uma frequência principal de vibração da bomba de combustível de baixa pressão (13) é um múltiplo da frequência de rotação da roda (24).

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