BRPI0820423B1

BRPI0820423B1 - Turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião e processo de monitoramento de uma bomba de alta pressão em um circuito de alimentação comcombustível de uma turbomáquina

Info

Publication number: BRPI0820423B1
Application number: BRPI0820423A
Authority: BR
Inventors: Aurousseau Christian; Godel Franck; Masse Jean-Rémi; Benitah Jonathan; Maille Julien; Sauzedde Mickaël; Flandrois Xavier
Original assignee: Snecma
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2020-01-28
Also published as: CN101861451B; FR2923871A1; WO2009101267A2; US8857150B2; CA2705610C; RU2010124950A; FR2923871B1; US20100257867A1; JP5373808B2; WO2009101267A3; CN101861451A; EP2209976B1; EP2209976A2; JP2011503432A; RU2495265C2; BRPI0820423A2; CA2705610A1

Abstract

aviãoturbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião e processo de monitoramento de uma bomba de alta pressão em um circuito de alimentação com combustível de uma turbomáquina dispositivo e processo de monitoramento de uma bomba de alta pressão (14) em um circuito de alimentação com combustível de uma turbomáquina, por detecção da abertura de uma válvula (24) de pressurização e de corte montada na saída de uma válvula (18) de regulagem de vazão de combustível, por medição da velocidade de rotação da turbomáquina que corresponde à abertura da válvula de pressurização e de corte (24) e por acompanhamento da evolução do valor dessa velocidade de rotação para propor a substituição da bomba de alta pressão (14) quando o valor medido da velocidade de rotação atinge um limite predeterminado.

Description

“TURBOMÁQUINA, TAL COMO UM TURBORREATOR OU UM TURBOPROPULSOR DE AVIÃO E PROCESSO DE MONITORAMENTO DE UMA BOMBA DE ALTA PRESSÃO EM UM CIRCUITO DE ALIMENTAÇÃO COM COMBUSTÍVEL DE UMA TURBOMÁQUINA” [0001] A invenção se refere a um dispositivo e a um processo de monitoramento de uma bomba de alta pressão em um circuito de alimentação com combustível dos injetores de uma turbomáquina tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião.

[0002] Em uma turbomáquina desse tipo, o circuito de alimentação dos injetores com combustível compreende uma combinação de uma bomba de baixa pressão e de uma bomba de alta pressão com engrenagens, a bomba de baixa pressão assegurando o enchimento da bomba de alta-pressão para evitar os fenômenos de cavitação, a bomba de alta pressão fornecendo uma vazão e uma pressão de combustível que são suficientes para assegurar a alimentação dos injetores da câmara de combustão da turbomáquina, assim como o resfriamento do líquido de lubrificação e da turbomáquina e de um sistema IDG (Integrated Drive Generator) e o comando de acionadores de elementos com geometria variável da turbomáquina, (tais notadamente como pás de um retificador de bloqueio variável).

[0003] O combustível fornecido pela bomba de alta pressão passa por uma unidade FMU (Fuel Metering Unit) que compreende uma válvula de regulagem de vazão ligada a uma válvula de pressurização e de corte, ela própria conectada a condutos de alimentação dos injetores.

[0004] Na presença de um comando elétrico de abertura, a válvula de pressurização e de corte permanece fechada hidraulicamente enquanto a pressão de combustível na saída da válvula de regulagem não atinge um valor predeterminado, por exemplo 19 bars.

[0005] A bomba de alta pressão com engrenagens é acionada mecanicamente pela turbomáquina e sua velocidade de rotação é proporcional àquela da turbomáquina. A vazão e a pressão de combustível na saída dessa bomba são determinadas pela velocidade de rotação da bomba. Foi constatado que à medida

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2/7 do envelhecimento da bomba, será preciso aumentar a velocidade de rotação da bomba para manter a vazão e a pressão do combustível em valores predeterminados.

[0006] Isso pode tornar difícil ou impossível uma nova partida da turbomáquina em vôo quando, por uma razão qualquer, a turbomáquina foi parada e deve ser ligada de novo somente pelo efeito do ar que escoa sobre as pás de compressor e de turbina em razão do deslocamento do avião (uma assistência do motor de arranque podendo também ser adotada em certos pontos do domínio de re-ignição). A bomba de alta pressão é nesse caso acionada em rotação a uma velocidade relativamente pequena mas deve, no entanto, fornecer uma pressão e uma vazão de combustível suficientes para provocar a abertura hidráulica da válvula de pressurização e de corte e para assegurar uma alimentação correta dos injetores da turbomáquina.

[0007] O desgaste da bomba de alta pressão, que se traduz por uma diminuição progressiva da vazão de combustível na saída de bomba para uma velocidade de rotação dada e uma pressão determinada, deve ser vigiado a fim de que a bomba seja substituída antes que uma nova partida em vôo se torne impossível.

[0008] As recomendações de manutenção preconizam uma substituição da bomba de alta pressão a aproximadamente 12000 horas de funcionamento e não permitem otimizar as durações de vida dessas bombas pois, por um lado, não é possível detectar os desgastes precoces das bombas e, por outro lado, às vezes se é levado a substituir bombas que estão ainda em bom estado de funcionamento.

[0009] A presente invenção tem como objetivo trazer uma solução simples, eficaz e econômica para esse problema.

[0010] Ela propõe um dispositivo de monitoramento de uma bomba de alta pressão em um circuito de alimentação com combustível de uma turbomáquina, esse circuito compreendendo uma válvula de pressurização e de corte que é regulada a um limite de pressão predeterminado e que é montada entre uma válvula de regulagem de vazão de combustível e um conduto de alimentação dos injetores, e meios de medição da velocidade de rotação da turbomáquina, caracterizado pelo

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3/7 fato de que ele compreende meios de detecção da abertura da válvula de pressurização e de corte, meios de registro do valor medido da velocidade de rotação da turbomáquina na abertura da válvula de pressurização e de corte, e meios de comparação desse valor com um limite predeterminado, para propor a substituição da bomba de alta pressão quando o valor registrado da velocidade de rotação atinge o limite predeterminado. Esses meios estão disponíveis no FADEC (Full Authority Digital Engine Control) do motor.

[0011] Como a válvula de pressurização e de corte do circuito de alimentação com combustível é em geral já equipada com um meio de detecção de sua abertura, o dispositivo de monitoramento de acordo com a invenção utiliza essencialmente componentes já instalados na turbomáquina e é, portanto, especialmente econômico.

[0012] Por outro lado, ele permite acompanhar com precisão a evolução da velocidade de rotação no momento da abertura da válvula de pressurização e de corte, essa evolução sendo representativa do desgaste da bomba de alta pressão do circuito de alimentação com combustível, para assinalar a necessidade de substituir a bomba de alta pressão quando a velocidade de rotação detectada atinge um limite predeterminado, acima do qual a nova partida em vôo da turbomáquina se tornaria difícil ou impossível.

[0013] Vantajosamente, a abertura da válvula de pressurização e de corte é detectada e o valor da velocidade de rotação correspondente é registrado por ocasião de cada uma das fases de partida da turbomáquina.

[0014] De acordo com uma outra característica da invenção, esse dispositivo compreende também meios de medição da temperatura do combustível e meios de correção do valor registrado da velocidade de rotação em função da diferença entre a temperatura medida e uma temperatura predeterminada.

[0015] Isso permite levar em consideração as variações de densidade de combustível, que resultam das variações da temperatura do combustível, para corrigir os valores registrados da velocidade de rotação e assim fazer as comparações com o limite predeterminado em condições que correspondem a uma

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4/7 temperatura substancialmente constante.

[0016] A invenção propõe também um processo de monitoramento de uma bomba de alta pressão em um circuito de alimentação com combustível de uma turbomáquina, esse circuito compreendendo uma válvula de pressurização e de corte montada entre uma válvula de medição de combustível e um conduto de alimentação dos injetores, caracterizado pelo fato de que ele consiste em detectar a abertura da válvula de pressurização e de corte, em registrar o valor da velocidade de rotação da turbomáquina que corresponde a essa abertura, em comparar esse valor com um limite predeterminado e em propor a substituição da bomba de alta pressão quando o valor registrado da velocidade de rotação atinge o limite predeterminado.

[0017] De acordo com outras características da invenção, esse processo consiste também em medir a temperatura do combustível na saída da válvula de pressurização e de corte e em corrigir o valor registrado da velocidade de rotação em função da diferença entre a temperatura medida e um valor predeterminado de temperatura, e em determinar o limite de comparação do valor registrado da velocidade de rotação de modo a assegurar a nova partida em vôo da turbomáquina durante todo o tempo de serviço da bomba de alta pressão.

[0018] A invenção propõe também uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, caracterizada pelo fato de que ela compreende um dispositivo de monitoramento de bomba de alta pressão em um circuito de alimentação com combustível, do tipo definido acima.

[0019] De modo geral, a invenção permite otimizar a exploração das bombas de alta pressão nos circuitos de alimentação com combustível das turbomáquinas, e permite também tornar confiável o teste automático de supervelocidade das turbomáquinas.

[0020] A invenção será melhor compreendida e outras características, detalhes e vantagens dessa última aparecerão mais claramente com a leitura da descrição que se segue, feita a título de exemplo em referência ao desenho anexo, que representa esquematicamente um circuito de alimentação com combustível dos injetores de

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5/7 uma turbomáquina.

[0021] O circuito de alimentação com combustível representado esquematicamente no desenho compreende essencialmente um reservatório de combustível 10 ao qual é ligada a entrada de uma bomba de baixa pressão 12 da qual a saída alimenta uma bomba de alta pressão 14 com engrenagens por intermédio de trocadores de calor 16 e de filtros 17, os trocadores de calor servindo notadamente para o resfriamento do líquido de lubrificação da turbomáquina e de um sistema IDG (Integrated Drive Generator).

[0022] A saída a bomba de alta pressão 14 alimenta uma válvula de regulagem de vazão 18 (FMV ou Fuel Metering Valve) que permite dosar a quantidade de combustível enviada a injetores 20 da turbomáquina em função das condições de funcionamento.

[0023] A diferença de pressão entre a entrada e a saída da bomba 14 é também utilizada para comandar um conjunto 22 de equipamentos auxiliares com geometria variável, que compreende notadamente acionadores de pás de retificador de bloqueio variável.

[0024] O excedente de combustível bombeado é reenviado para a montante da bomba de alta pressão 14 por intermédio de uma válvula de derivação 19.

[0025] Uma válvula 24 de pressurização e de corte é montada entre a saída da válvula 18 de regulagem de vazão e um conduto 26 de alimentação dos injetores 20, essa válvula 24 sendo sensível à pressão do combustível na saída da válvula 18 e impedindo a alimentação com combustível dos injetores 20 enquanto essa pressão não atingir um certo valor, quer dizer enquanto a pressurização do combustível é inferior a um limite determinado, essa pressurização correspondendo à diferença de pressão entre a saída e a entrada da bomba 14 e sendo por exemplo de 19 bars.

[0026] A válvula 24 de pressurização e de corte é equipada com um detector de abertura 28 e com dois órgãos de comando eletro-hidráulico 29 e 31, do tipo servoválvula ou de solenóide, dos quais um é excitado pelos meios de tratamento 32 e o outro por um sistema de supervelocidade 33. Esses órgãos de comando 29 e 31 só são eficazes se a pressão for suficiente.

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6/7 [0027] Um sensor de temperatura 30 é montado na linha 26 que alimenta os injetores 20.

[0028] Os sinais fornecidos pelos detectores 28 e 30 são aplicados a meios de tratamento 32, que recebem também o sinal de saída de um detector 34 que mede a velocidade de rotação da turbomáquina.

[0029] Nos meios de tratamento 32, o sinal de abertura da válvula de pressurização e de corte 24, que é fornecido pelo detector 28, comanda o registro do valor da velocidade de rotação fornecido pelo detector 34, e do valor da temperatura do combustível, fornecido pelo detector 30. Os valores registrados da velocidade de rotação são comparados com um valor limite predeterminado, acima do qual seria difícil dar a nova partida na turbomáquina em vôo e que corresponde a um desgaste máximo admissível da bomba de alta pressão 14. Quando esse valor limite é atingido pela velocidade de rotação, um sinal 36 é gerado pelos meios de tratamento 32 para assinalar a necessidade de proceder à substituição da bomba de alta pressão 14.

[0030] A medição da temperatura do combustível na linha 26 permite levar em consideração as variações de densidade do combustível que resultam das variações de temperatura e que influem na vazão da bomba de alta pressão 14. As variações detectadas da temperatura do combustível permitem corrigir os valores medidos da velocidade de rotação e, portanto, se restabelecer no caso de uma alimentação com combustível em temperatura substancialmente constante.

[0031] A abertura da válvula 24 de pressurização e de corte se produz por ocasião de cada fase de partida da turbomáquina. A monitoramento da bomba de alta pressão 14 pode, portanto, ser realizada a cada partida da turbomáquina e permite acompanhar regularmente o desgaste da bomba de alta pressão 14, para propor sua substituição quando isso se torna necessário.

[0032] A invenção permite também tornar confiável o teste de supervelocidade da turbomáquina associando para isso de modo original e automático esse teste à fase de partida e de monitoramento da bomba de alta pressão.

[0033] Um exemplo de lógica de teste é descrito abaixo, numerosas variantes

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7/7 dele podendo ser declinadas.

[0034] Quando se dá a partida no motor, a aproximadamente alguns por centos de regime, uma ordem elétrica é gerada pelos meios de tratamento 32 no comando eletro-hidráulico 29 da válvula de pressurização e de corte 24. O circuito hidráulico não se abre, pois o regime está abaixo do limite de abertura da válvula de pressurização e de corte 24.

[0035] O regime aumenta devido à ação do motor de arranque e quando o limite de abertura (adquirido pelo detector 28) é atingido, os meios de tratamento 32 registram o valor da velocidade de rotação que formular um juízo sobre o estado da bomba de alta pressão 14.

[0036] Os meios de tratamento 32 fornecem então um sinal ao sistema de supervelocidade 33 que aciona seu teste, quer dizer o comando do fechamento da válvula de pressurização e de corte 24 por intermédio do comando eletro-hidráulico 31.

[0037] Os meios de tratamento 32 verificam por intermédio do detector de abertura 28 que o sistema de supervelocidade 33 foi eficaz e dão uma ordem de final de teste ao sistema de monitoramento 33 para que esse último comande em fechamento seu órgão eletro-hidráulico 31. Simultaneamente, os meios 32 dão uma ordem de fechamento ao comando eletro-hidráulico 29. A válvula de pressurização e de corte 24 se fecha.

[0038] A rotação do motor acionado pelo motor de arranque prossegue e, no regime ótimo de partida, os meios de tratamento 32 dão uma ordem de abertura à válvula de pressurização e de corte 24 por intermédio do comando eletro-hidráulico 29 e enviam um comando à caixa de ignição que vai energizar o ou as velas do motor.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, compreendendo um dispositivo de monitoramento de uma bomba de alta pressão (14) em um circuito de alimentação com combustível, esse circuito compreendendo uma válvula (24) de pressurização e de corte que é regulada a um limite de pressão predeterminado e que é montada entre uma válvula (18) de regulagem de vazão de combustível e um conduto (26) de alimentação dos injetores (20), e meios (34) de medição da velocidade de rotação da turbomáquina, caracterizada pelo fato de que o dito dispositivo compreende meios (28) de detecção da abertura da válvula (24) de pressurização e de corte, meios (32) de registro do valor medido da velocidade de rotação da turbomáquina na abertura da válvula (24) de pressurização e de corte, e meios de comparação desse valor com um limite predeterminado, para propor a substituição da bomba de alta pressão (14) quando o valor registrado da velocidade de rotação atinge o limite predeterminado.
2. Turbomáquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dispositivo compreende meios (30) de medição da temperatura do combustível na saída da válvula (24) de pressurização e de corte e meios (32) de correção do valor registrado da velocidade de rotação em função da diferença entre a temperatura medida e uma temperatura predeterminada.
3. Processo de monitoramento de uma bomba de alta pressão em um circuito de alimentação com combustível de uma turbomáquina tal como definida em qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que ele consiste em detectar a abertura de uma válvula (24) de pressurização e de corte, em registrar o valor da velocidade de rotação da turbomáquina que corresponde a essa abertura, em comparar esse valor com um limite predeterminado e em propor a substituição da bomba de alta pressão (14) quando o valor registrado da velocidade de rotação atinge o limite predeterminado.
4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que ele consiste em detectar a abertura da válvula (24) de pressurização e de corte e em registrar o valor da velocidade de rotação correspondente por ocasião de cada

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2/2 uma das fases de partida da turbomáquina.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que ele consiste em medir a temperatura do combustível na saída da válvula de pressurização e de corte (24) e em corrigir o valor registrado da velocidade de rotação em função da diferença entre a temperatura medida do combustível e um valor predeterminado de temperatura.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que ele consiste em determinar o limite de comparação do valor registrado da velocidade de rotação de modo a assegurar a nova partida em vôo da turbomáquina durante todo o tempo de serviço da bomba de alta pressão (14).
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de que ele consiste em efetuar um teste de um sistema de supervelocidade (33) durante a fase de partida da turbomáquina e depois de detecção da abertura da válvula de pressurização e de corte (24).