BRPI1006106B1

BRPI1006106B1 - Dispositivo de medição de torção de uma árvore giratória

Info

Publication number: BRPI1006106B1
Application number: BRPI1006106-1A
Authority: BR
Inventors: François Gallet; Stéphane Rousselin
Original assignee: Snecma
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2019-09-24
Also published as: FR2940833B1; BRPI1006106A2; CN102272567A; CA2748961A1; US8587780B2; JP5524239B2; FR2940833A1; US20110273724A1; EP2384427B1; EP2384427A1; WO2010079300A1; RU2011133038A; CA2748961C; RU2531055C2; JP2012514746A

Abstract

dispositivo de medição de torção de uma árvore giratória medição de torção de uma árvore giratória por feixe de laser e filtros polarizantes. o dispositivo de medição compreende um gerador de feixe de laser (27), dois filtros polarizantes (29, 31) solidários da árvore (25) e distantes um do outro e um receptor de radiação laser (33) que recebe o feixe de laser que atravessou esses dois filtros.

Description

“DISPOSITIVO DE MEDIÇÃO DE TORÇÃO DE UMA ÁRVORE GIRATÓRIA” [0001] A invenção se refere à medição de torção de uma árvore giratória e se refere mais especialmente a um dispositivo leve e preciso que permite medira diretamente a torção dessa árvore em rotação e vantajosamente de deduzir daí o torque transmitido. A invenção permite entre outras coisas vigiar em permanência que o valor dessa torção permaneça inferior a um valor critico acima do qual uma ruptura é possível. A invenção se aplica notadamente à medição de torção de uma arvore giratória em um turborreator de avião, mas seu princípio pode também se aplicar a outros sistemas de propulsão, notadamente a um turborreator de duas hélices contra-rotativas.

[0002] Em um turborreator de fluxo duplo, não existe nenhum dispositivo de medição direta da torção da árvore de “baixa pressão” que aciona a ventoinha. Uma tal informação seria, portanto, útil, não somente para o controle do funcionamento do turborreator, mas também para estar em medida de prever uma falha.

[0003] Um tal turborreator é geralmente equipado com um dispositivo mecânico de medição do torque fornecido pela turbina.

[0004] Esse dispositivo é pesado e pouco preciso.

[0005] É conhecido por outro lado o documento WO 2004/067215 que descreve meios de medição eletromagnética da torção de uma árvore.

[0006] A invenção propõe um dispositivo óptico de medição da torção de uma tal árvore.

[0007] Mais especialmente, a invenção se refere a um dispositivo de medição de torção de uma árvore giratória notadamente uma árvore de acionamento, que compreende um gerador de feixe de laser, dois filtros polarizantes solidários da árvore e distantes um do outro e um receptor de radiação laser, o dito gerador sendo instalado para que o feixe de laser que ele emite atravesse os dois filtros e o dito receptor sendo instalado para receber o dito feixe que atravessou esses dois filtros, caracterizado pelo fato de que um sistema de reflexão é instalado na proximidade de um tal filtro para refletir o feixe que atravessou esse filtro e reenviá-lo paralelamente a ele mesmo na direção do dito receptor e pelo fato de que o dito sistema de

Petição 870190063030, de 05/07/2019, pág. 7/16

2/5 reflexão compreende um espelho troncônico a 45°.

[0008] De acordo com um modo de realização vantajoso, os dois filtros são respectivamente montados na própria árvore na proximidade de suas duas extremidades. Quando a árvore é vazada, os dois filtros são vantajosamente instalados no interior dessa árvore.

[0009] De acordo com uma outra característica vantajosa, o gerador e o receptor são dispostos perpendicularmente ao eixo de rotação da árvore e de um lado e de outro dessa última de modo que seus eixos ópticos sejam alinhados. No entanto, um outro espelho troncônico a 45° levado pela dita árvore é colocado entre o emissor e o receptor.

[0010] De acordo com uma outra característica vantajosa, um dos filtros compreende uma coroa de zonas polarizantes e de zonas não polarizantes alternadas, para obter uma sucessão de informações periódicas representativas de um valor de medição e de um valor de referência.

[0011] Obtém-se assim uma espécie de aferição permanente do sistema de medição.

[0012] A invenção será melhor compreendida e outras vantagens dessa última aparecerão mais claramente à luz da descrição que vai se seguir de um dispositivo de medição de torção de uma árvore giratória de acordo com seu princípio, dada unicamente a título de exemplo e feita em referência aos desenhos anexos nos quais:

- a figura 1 é uma vista geral esquemática e em meio corte longitudinal de um turborreator de fluxo duplo equipado com o dispositivo de medição de torção de acordo com a invenção;

- a figura 2 é uma vista paralela em escala ampliada que mostra a parte a montante do dispositivo;

- a figura 3 é uma vista esquemática em escala ampliada que mostra a parte a jusante do dispositivo;

- a figura 4 é uma vista esquemática que ilustra a medição de um valor de referência; e

Petição 870190063030, de 05/07/2019, pág. 8/16

3/5

- a figura 5 é uma vista esquemática que ilustra a medição de um valor representativo da torção da árvore.

[0013] Fazendo-se referência às figuras 1 a 3, são reconhecidos os subconjuntos principais de um turborreator de avia 11 de fluxo duplo, a saber, de a montante para a jusante, uma ventoinha 13, um compressor de baixa pressão 15, um compressor de alta pressão 16, uma câmara de combustão 19, a turbina de alta pressão 21 e a turbina de baixa pressão 23. Essa última é ligada a uma árvore coaxial 25, vazada, de eixo X, que aciona o rotor da ventoinha 13.

[0014] Todos esses elementos são bem conhecidos e não serão descritos mais em detalhes.

[0015] O objeto primeiro da invenção é medir em permanência o ângulo de torção da árvore 25. Essa árvore tem uma estrutura globalmente tubular o que, no modo de realização descrito, facilita a implantação dos componentes do dispositivo de medição de acordo com a invenção.

[0016] Esse dispositivo compreende um gerador de feixe de laser 27, um primeiro filtro polarizante 29, um segundo filtro polarizante 31 e um receptor de radiação laser 33 do tipo célula fotoelétrica. Os dois filtros são ambos solidários da árvore 25. Eles são dispostos para ser atravessados pelo feixe de laser. O primeiro filtro 29, atravessado primeiro, está situado próximo da extremidade a montante da árvore (no lado da ventoinha) enquanto que o segundo filtro 31, atravessado em segundo lugar está situado próximo da extremidade a jusante da árvore (no lado da turbina de baixa pressão).

[0017] De um modo geral, de acordo com a invenção, o gerador 27 é instalado para que o feixe de laser atravesse os dois filtros enquanto que o receptor 33 é instalado para receber o feixe que atravessou os dois filtros.

[0018] Além disso (no lado a jusante de acordo com o exemplo) um sistema de reflexão 35 é instalado na proximidade de um filtro (aqui dito segundo filtro 31) para refletir o feixe que atravessou esse filtro e reenviá-lo paralelamente a ele mesmo na direção do dito receptor 33. Essa parte do dispositivo é visível na figura 3. Mais precisamente, o dito segundo filtro polarizante 31 e o sistema de reflexão 35 são

Petição 870190063030, de 05/07/2019, pág. 9/16

4/5 dispostos em um mesmo suporte 39 instalado no interior da árvore 25, na proximidade da extremidade a jusante, quer dizer no lado da turbina 23. Esse suporte 39 leva, dispostos axialmente de a montante para a jusante, o dito segundo filtro polarizante 31 e um espelho troncônico do qual o ângulo é de 45° em relação ao eixo de rotação X. Conseqüentemente, o feixe de laser F que atravessa uma primeira vez o filtro polarizante 31, a uma distância d do eixo de rotação X, é refletido duas vezes e é reenviado paralelamente a ele mesmo de acordo com uma direção simétrica em relação ao eixo de rotação X.

[0019] O gerador 27 de feixe de laser e o receptor 33 são dispostos, no lado da extremidade a montante da árvore 25, confrontantes, perpendicularmente ao eixo de rotação X dessa árvore e de um lado e de outro desse último. Seus eixos ópticos são, portanto, alinhados, mas um outro espelho troncônico 43 a 45°, levado axialmente pela árvore 25, é colocado entre o emissor e o receptor. Na proximidade dessa extremidade a montante da árvore, e solidário em rotação com ela, se encontra instalado um suporte 45 que leva de a montante para a jusante, esse espelho troncônico 43 e o dito primeiro filtro polarizante 29.

[0020] Essa disposição permite dirigir o feixe de laser F emitido pelo gerador paralelamente ao eixo X na direção do primeiro filtro polarizante 29 e refletir o feixe em retorno na direção do dito receptor 33 depois que esse último tenha atravessado uma segunda vez o primeiro filtro polarizante 29.

[0021] Uma tela transparente 46 é colocada transversalmente, a montante da árvore para evitar que uma nevoa de óleo escape e venha poluir em parte o equipamento.

[0022] Entre o gerador 27 e o espelho 43 e entre o espelho 43 e o receptor 33, o feixe de laser atravessa furos 49 usinados no disco de ventoinha.

[0023] De acordo com uma outra característica vantajosa da invenção, um dos filtros, nesse caso aqui o primeiro filtro 29, compreende uma coroa onde se alternam zonas polarizantes 51 e zonas não polarizantes 52, o que permite obter uma sucessão de informações periódicas representativas de um valor de medição e de um valor de referência, respectivamente.

Petição 870190063030, de 05/07/2019, pág. 10/16

5/5 [0024] O funcionamento é explicado em referência às figuras 4 e 5.

[0025] O gerador emite um feixe perpendicular ao eixo de rotação que é dirigido para o espelho troncônico 43. Ele é, portanto, reenviado paralelamente ao eixo X. Esse feixe atravessa uma primeira vez o dito primeiro filtro 29, situado a montante e depois o dito segundo filtro 31 situado a jusante. Ele é refletido duas vezes pelo espelho troncônico 35 e reenviado paralelamente a ele mesmo. Ele atravessa de novo o dito segundo filtro 31 e finalmente o primeiro filtro 29 antes de ser refletido uma última vez na direção do receptor 33. O dito primeiro filtro compreende quatro setores 51,52 que ocupam cada um deles 90° com as polarizações seguintes:

- polarização vertical

- polarização nula

- polarização horizontal

- polarização nula.

[0026] Seja Io a intensidade do feixe de laser emitido pelo gerador 27. Quando a posição angular da árvore 25 em relação ao feixe é tal como representada na figura 4, (nenhuma atenuação devida ao primeiro filtro) o valor de intensidade medida pelo receptor 33 constitui um valor de referência no máximo igual a Io/2.

[0027] Quando a posição angular da árvore 25 em relação ao feixe F é tal como representada na figura 5, o valor de intensidade medido é função do valor de referência e do ângulo de torção θ.

[0028] O receptor 33 emite, portanto, um sinal variável. A relação min/máx desse sinal é representativa de sen²(2^. Obtém-se portanto uma medição direta da torção θ. Além disso, a freqüência desse sinal é representativa da velocidade da árvore. O conhecimento da velocidade e da torção (e, portanto, do torque) permite conhecer a cada instante a potência mecânica transmitida pela árvore.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de medição de torção de uma árvore giratória (25), notadamente uma árvore de acionamento, o dispositivo compreendendo um gerador de feixe de laser (27), dois filtros polarizantes (29, 31) fixados à árvore e espaçados um do outro, e um receptor de radiação laser (33), o dito gerador sendo instalado de modo que o feixe de laser que ele emite atravesse ambos os filtros polarizantes, e o dito receptor sendo instalado para receber o dito feixe de laser que atravessou ambos os filtros polarizantes, em que um sistema de reflexão (35) é instalado na proximidade de um dos filtros polarizantes (31) para refletir o feixe que atravessou o filtro e reenviá-lo paralelamente a ele mesmo na direção do dito receptor, o dispositivo sendo caracterizado pelo fato de que o dito sistema de reflexão compreende um espelho troncônico a 45° (35), e em que um dos filtros polarizantes (29) compreende uma coroa na qual se alternam zonas polarizantes (51) e zonas não polarizantes (52) de modo a obter uma sucessão de informações periódicas representativas de um valor de medição e de um valor de referência, respectivamente.
2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dois filtros polarizantes (29, 31) são respectivamente montados na dita árvore (25) na proximidade de suas duas extremidades.
3. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito gerador (27) e o dito receptor (33) são dispostos confrontantes perpendicularmente ao eixo de rotação (X) da dita árvore (25) e de ambos os lados deste, de modo que seus eixos ópticos sejam alinhados, e em que um outro espelho troncônico a 45° (43) portado pela dita árvore é colocado entre o dito emissor (27) e o dito receptor (33).
4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a dita árvore (25) é vazada e em que ela aloja os ditos filtros polarizantes (29, 31).
5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a dita árvore aloja o dito sistema de reflexão (35).

Petição 870190063030, de 05/07/2019, pág. 12/16

2/2
6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a dita árvore é vazada e aloja os ditos filtros polarizantes e o dito outro espelho troncônico (43).
7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que é associado a uma árvore de ventoinha (25) em um turborreator de avião.