PT103826B

PT103826B - Sistema de monitorização e detecção de desgaste adesivo entre êmbolos e camisas de máquinas recípriocas

Info

Publication number: PT103826B
Application number: PT103826A
Authority: PT
Inventors: Jorge Manuel Gomes Antunes
Original assignee: Tecnoveritas Servicos De Engenharia E Sist S Tecnologicos Lda
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2008-09-11
Also published as: DK2227670T3; EP2227670B1; WO2009037661A1; ATE532029T1; EP2227670A1; PT103826A

Abstract

O OBJECTIVO DO SISTEMA É DETECTAR, NUMA FASE INCIPIENTE, O FENÓMENO DE DESGASTE ADESIVO ORIGINADO PELO CONTACTO ENTRE O ÊMBOLO E A CAMISA DE MÁQUINAS RECÍPROCAS DE MÉDIA E GRANDE POTÊNCIA, DE DOIS E QUATRO TEMPOS. O SISTEMA FUNCIONA COM BASE NA MEDIÇÃO DA RUGOSIDADE DA SUPERFÍCIE DO ÊMBOLO (2) , EM FUNÇÃO DO CURSO DO ÊMBOLO (1), ATRAVÉS DE SENSORES DE DISTÂNCIA DISTRIBUÍDOS RADÍALMENTE (3), CALCULANDO A RUGOSIDADE MÉDIA E COMPARANDO-A COM A RUGOSIDADE MÉDIA DE REFERÊNCIA. QUANDO OS DESVIOS ENCONTRADOS NA RUGOSIDADE ULTRAPASSAM UM VALOR PREDETERMINADO, O SISTEMA PRODUZ UM ALARME, INDICANDO QUAL O CILINDRO, O QUE PERMITE EVITAR A AVARIA FATAL DA CAMISA E DO ÊMBOLO. O SISTEMA MEDE TAMBÉM A CONDIÇÃO DAS SUPERFÍCIES DE CONTACTO DOS AROS E SUA LUBRIFICAÇÃO, BEM COMO O DESALINHAMENTO DOS ÊMBOLOS. UTILIZANDO OS DADOS ADQUIRIDOS É POSSÍVEL VARIAR OS PARÂMETROS DE OPERAÇÃO DA MÁQUINA, COMO SEJAM TAXA DE LUBRIFICAÇÃO OU CARGA.

Description

DESCRIÇÃO

SISTEMA DE MONITORIZAÇÃO E DETECÇÃO DE DESGASTE ADESIVO ENTRE ÊMBOLOS E CAMISAS DE MÁQUINAS RECÍPROCAS

Domínio técnico da invenção sistema destina-se a detectar, monitorizar e alarmar o desenvolvimento do fenómeno de desgaste adesivo que ocorre entre os êmbolos e camisas de motores de combustão interna de dois e quatro tempos, bem como de outras máquinas recíprocas, como sejam compressores.

Estado da Técnica

Habitualmente, a técnica utilizada experimentalmente baseia-se na aplicação de termopares inseridos nas camisas dos cilindros. Esta técnica, que se baseia na detecção da elevação da temperatura das camisas, tem-se revelado pouco sensível devido a:

- grande inércia térmica das camisas,

- as camisas serem refrigeradas,

- a libertação de calor pelo fenómeno de desgaste por adesão ser mínima, não permitindo numa fase incipiente a detecção da ocorrência do fenómeno.

Por outro lado, no documento EP 0 438 360 é divulgado um aparelho de diagnóstico do desgaste dos aros dos êmbolos, bem como o procedimento para realizar esse mesmo diagnóstico, no qual se recorre à utilização de um material de revestimento resistente ao desgaste.

No documento US 4,143,319 é divulgado um método de determinação do desgaste dos aros dos êmbolos que recorre igualmente à utilização de um revestimento específico e se baseia na determinação de variações verificadas entre os campos magnéticos que se vão estabelecendo.

No documento US 2003/0177821 é divulgado um aparelho que determina o ponto morto superior recorrendo a medições obtidas por meio de sensores de efeito de Eddy.

Descrição das Figuras

Fig. 1 - Localização dos sensores nas camisas e gráfico da rugosidade em função do curso do êmbolo.

Fig. 2 - Diagrama de blocos do sistema, para dois cilindros, evidenciando a localização dos sensores.

Fig. 3 - Corte do cilindro, evidenciando a localização dos sensores (3) dentro das janelas de lavagem (8), de um motor a dois tempos.

Descrição pormenorizada da invenção

O fenómeno de desgaste adesivo desencadeia-se devido ao efeito combinado da inexistência da película de óleo lubrificante e do contacto entre o êmbolo e a superfície interior da camisa.

Devido ao contacto e às elevadas forças em jogo, dão-se micro-soídaduras a frio, que arrastam material de ambas as superfícies, por efeito de forças de corte, deixando-o agarrado e produzindo desgaste acelerado nas zonas de maior contacto.

fenómeno de micro-soldadura é um fenómeno que se dá normalmente sem grande libertação de calor. Atendendo à dimensão dos componentes, não produz libertação de calor suficiente para produzir um aumento da temperatura significativo daqueles componentes, tanto mais que são refrigerados normalmente a água. A aplicação de sensores de temperatura nos êmbolos revela-se difícil dado as temperaturas serem elevadas e variarem amplamente com a carga, ter de se transmitir o sinal de um componente móvel que é o êmbolo para o exterior da máquina e serem igualmente arrefecidos a óleo. Assim e devido à não elevação significativa da temperatura dos componentes em contacto (êmbolo e camisa), a utilização de transdutores de temperatura, como sejam termopares ou PtlOO, só permitirá a detecção daquele fenómeno num estágio avançado de deterioração da camisa e do êmbolo, resultando quase sempre na destruição catastrófica daqueles componentes.

A novidade do sistema reside no facto de não se utilizar a temperatura como variável indicadora do fenómeno de adesão a frio mas sim a leitura da rugosidade da superfície do êmbolo, desde a coroa até à parte inferior da sua saia. A leitura da rugosidade coordenada com o ângulo da manivela do cilindro monitorizado e a comparação automática com um perfil de rugosidade de referência, normalmente registado em estado de pós-rodagem permite, com base em dados registados, definir tendências de desgaste, taxas de desgaste, condição dos aros e alinhamento do êmbolo na camisa. Estes parâmetros permitem ainda a intervenção atempada em parâmetros como a carga e a lubrificação, de forma a minimizar as avarias num estado incipiente do seu desenvolvimento.

Dado que o êmbolo é um dos componentes que, a par da camisa, é danificado pelo fenómeno de adesão a frio, monitorizando a rugosidade média da superfície do êmbolo em vários sectores longitudinais daquele e comparando com a rugosidade média após a rodagem para cada um daqueles sectores que servem de referência, é possível estabelecer uma taxa de desenvolvimento do fenómeno.

A leitura da rugosidade média é conseguida através de um número de sensores de proximidade de elevada resolução, por exemplo de efeito de Eddy. A elevada resolução daqueles sensores de proximidade, tipicamente na ordem dos pm, permite a obtenção da rugosidade da superfície do êmbolo desde a coroa ao fundo da saia conforme passa em frente da janela de ar de lavagem, ou pela gola inferior da camisa.

software compara a rugosidade longitudinal medida por cada sensor (3), integra-a ao longo do curso medido para cada passagem do êmbolo e compara-a com uma rugosidade de referência. 0 número de sensores de proximidade (3) a instalar varia com o diâmetro do cilindro da máquina e com o grau de cobertura da monitorização desejada.

Assim, o sistema permite determinar desvios da rugosidade média actual em relação à rugosidade média de referência, permitindo a definição de níveis de alarme.

Os sensores (3) podem dar outras informações sobre a condição dos cilindros, como sejam condição dos aros dos êmbolos e ainda espessura da camada de óleo lubrificante.

Para implementar o sistema é necessário que seja montado um número de sensores de proximidade (3), por exemplo de efeito de Eddy, junto das janelas das camisas dos motores a dois tempos, na parte inferior das camisas em motores a quatro tempos, ou preferencialmente, para os motores a quatro tempos, que as camisas disponham de alojamento para aqueles sensores.

Os sinais dos sensores de proximidade são então amplificados e condicionados nos amplificadores (9) e adquiridos pelo sistema de aquisição de dados (10) sendo comparados com valores de referência de cada um dos cilindros no computador (11) , podendo gerar um sinal de alarme sonoro (12) de desgaste por adesão, podendo ser posteriormente guardados numa base de dados no computador (11), para acompanhamento de condição de desgaste de cada um dos cilindros da máquina. Os sinais poderão ainda ser enviados, via um protocolo de comunicação (13), para outro qualquer sistema.

A abordagem matemática que o sistema de monitorização terá que realizar é a seguinte:

Onde:

R - representa a rugosidade média integrada ao longo da faixa monitorizada;

r - Representa a rugosidade média ao longo da faixa monitorizada;

θ - Ângulo da manivela de cada cilindro;

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de monitorização e detecção de desgaste adesivo entre êmbolos e camisas de máquinas recíprocas que visa a determinação da ocorrência de desgaste por adesão a frio, da camisa e do êmbolo de máquinas recíprocas, caracterizado por compreender sensores de proximidade de elevada resolução (3), tais como sensores de efeito de Eddy, por forma a obter medições contínuas de rugosidade de superfície da saia do êmbolo, os sinais obtidos pelos referidos sensores são amplificados e condicionados nos amplificadores (9) e adquiridos pelo sistema de aquisição de dados (10) sendo comparados com valores de referência de cada um dos cilindros no computador (11), utilizando a seguinte fórmula:

L = f(&) onde:

R - representa a rugosidade média integrada ao longo da faixa monitorizada;

r - representa a rugosidade média ao longo da faixa monitorizada;

Θ - ângulo da manivela de cada cilindro;

L - curso do êmbolo em função do ângulo do veio de manivelas;

compreendendo ainda meios geradores de sinais de alarme (12) de desgaste por adesão, e meios para armazenamento de dados (11), para acompanhamento da condição de desgaste de cada um dos cilindros da máguina.
2. Sistema de monitorização e detecção de desgaste adesivo

entre êmbolos e camisas de máquinas recíprocas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os sensores de proximidade (3) serem montados junto das

janelas das camisas dos motores a dois tempos.
3. Sistema de monitorização e detecção de desgaste adesivo entre êmbolos e camisas de máguinas recíprocas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os sensores de proximidade (3) serem montados na parte inferior das camisas em motores a guatro tempos.

Sistema de monitorização e detecção de desgaste adesivo entre êmbolos e camisas de máquinas recíprocas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os sensores de proximidade (3) serem montados em alojamentos próprios existentes nas camisas em motores a quatro tempos.
5. Sistema de monitorização e detecção de desgaste adesivo entre êmbolos e camisas de máquinas reciprocas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os sinais obtidos dos sensores de proximidade (3) serem enviados, via um protocolo de comunicação (13), para outro qualquer sistema de monitorização.
6. Sistema de monitorização e detecção de desgaste adesivo entre êmbolos e camisas de máquinas recíprocas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por permitir a determinação da condição de vedação dos aros dos êmbolos por caracterização da superfície de contacto dos mesmos em termos de rugosidade e verificação do seu movimento dentro das respectivas caixas.
7. Sistema de monitorização e detecção de desgaste adesivo entre êmbolos e camisas de máquinas recíprocas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por permitir a determinação do alinhamento do êmbolo na camisa pela medição da distância do centro à camisa.
8. Sistema de monitorização e detecção de desgaste adesivo entre êmbolos e camisas de máquinas reciprocas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por permitir a determinação da ovalização do êmbolo na camisa pela determinação da diferença das distâncias segundo os dois eixos principais do motor.