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UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ Aramis Cardoso Machado Sandro Ferreira Moraes INSPEÇÃO BOROSCÓPICA EM MOTORES CFM56-7B CUTITIBA 2009
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UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ Aramis Cardoso Machado Sandro Ferreira Moraes
INSPEÇÃO BOROSCÓPICA EM MOTORES CFM56-7B
CUTITIBA 2009
INSPEÇÃO BOROSCÓPICA EM MOTORES CFM56-7B
CUTITIBA 2009
ARAMIS CARDOSO MACHADO SANDRO FERREIRA MORAES
INSPEÇÃO BOROSCÓPICA EM MOTORES CFM56-7B
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso Superior de Tecnologia em Manutenção de Aeronaves, da Universidade Tuiuti do Paraná – Faculdade de Ciências Aeronáuticas, como requisito parcial para a obtenção do título de Tecnólogo Superior.
Orientador: José Marcos Pinto
CUTITIBA 2009
TERMO DE APROVAÇÃO
Aramis Cardoso Machado Sandro Ferreira Moraes
INSPEÇÃO BOROSCÓPICA EM MOTORES CFM56-7B
Este trabalho de conclusão de curso foi Julgado e aprovado para a obtenção do título de Tecnólogo no curso de Tecnologia em Manutenção de Aeronaves da Universidade Tuiuti do Paraná.
Curitiba, 01 de junho de 2009
________________________________________________________
Tecnologia em manutenção de Aeronaves Universidade Tuiuti do Paraná
Orientador: Prof. Dr. José Marcos Pinto Universidade Tuiuti do Paraná
RESUMO O objetivo deste trabalho é explanar e justificar a importância da inspeção
boroscópica nas aeronaves, que tem como finalidade detectar áreas danificadas no
interior do motor. Estes danos podem ser ocasionados por diversos fatores externos
ou internos, tais como ingestão de pássaro, ingestão de materiais estranhos, granizo
entre outros ou até mesmo desprendimento de alguma peça interna. São divididas
em dois tipos: inspeção programada e não programada que fazem parte do
programa de manutenção do motor da aeronave. Ambas as inspeções monitoram
áreas específicas e têm seus intervalos regulares de tempo pré-determinado. Assim
é possível detectar falhas e prevenir maiores danos.
Em se tratando de um assunto estritamente técnico na área aeronáutica, faz-
se necessário o uso de termos exclusivos e, como o motor escolhido é o modelo
CFM 56-7B, marca General Eletric, de origem americana, a língua inglesa estará
constantemente em evidência, não tendo uma tradução para a língua portuguesa,
com uma exatidão gramatical perfeita, e sim aquilo que as unidades e partes do
motor representam.
As inspeções boroscópicas (boroscopia) estão para o motor assim como a
endoscopia/ecografia estão para o ser humano, onde ambas podem diagnosticar
problemas internos que somente serão visualizados com auxílio de equipamentos
especiais.
PALAVRAS-CHAVE: Manutenção, inspeção programada e não programada.
ABSTRACT
The objective of this project is to explain and to justify the importance of
borescope inspection on the aircraft, which function is to detect damaged areas
within the engine that could be caused by external and internal factors, such as: bird
ingestions, unfamiliar materials, hail, even the release of some inner part from the
engine and so on.
The inspection is divided in two categories: scheduled and unscheduled
inspection which is part of engine aircraft maintenance program. Both inspections
monitor specific engine areas that have their regular predetermined time intervals.
Therefore, it is possible to detect failure and to prevent major damages.
Dealing with an issue strictly technical in the aeronautical area, it is necessary
the use of specific terms and, since the chosen engine is an American CFM 56-7B
model which brand is from General Electric, the English language plays an important
role. Thus, most of the terms do not have an exact and grammatical translation to
Portuguese. Consequently the engine parts / units will be represented by their
specific and original names.
The borescope inspections is for the engine just as the endoscopy and the
ultrasound are for human beings, both used to diagnose internal problems that can
be only visualized with the help of special equipments.
Key words: maintenance, schedule and unscheduled inspection
LISTA DE SIGLAS
LPC - Low Pressure Compressor HPC - High Pressure Compressor LPT - Low Pressure Turbine HPT - High Pressute Turbine SAC - Single Annular Combustor DAC - Dual Annular Combustor FOD - Foreing Object Damage ANAC - Agencia Nacional Da Aviação Civil CHT - Certificado De Habilitação Técnica GMP - Grupo Moto propulsor MMA - Mecânico De Manutenção Aeronáutica S0 à S20 - Identificação Dos Pontos De Inspeção N1 - Eixo Do Compressor De Baixa Pressão N2 - Eixo Do Compressor De Alta Pressão
SUMÁRIO
1. INSPEÇÃO BOROSCÓPICA...................................................................................7 1.1 INSPEÇÃO BOROSCÓPICA NO BOOSTER .....................................................13 1.2 INSPEÇÃO BOROSCÓPICA NO HPC BLADE...................................................14
1.3 INSPEÇÃO BOROSCÓPICA NA CÂMARA DE COMBUSTÃO...........................15
1.4 INSPEÇÃO BOROSCOPICA NA HPT NOZZLE..................................................16
1.5 INSPEÇÃO BOROSCOPICA NA HPT BLADE....................................................17 1.6 INSPEÇÃO BOROSCOPICA NA LPT BLADE.....................................................18 2. RESULTADOS DA DISCUSSÃO..........................................................................20 3. CONCLUSÃO........................................................................................................21 REFERENCIAS..........................................................................................................23
LISTAS DE FIGURAS
FIGURA 1 – FOTO FAN DO MOTOR CFM56-7B........................................................9 FIGURA 2 – FOTO DO BOOSTER OU LPC..............................................................9 FIGURA 3 – FOTO CFM56-7B DESCARENADO......................................................10 FIGURA 4 – FOTO 737-700 COM MOTOR CARENADO CFM56-7B.......................10 FIGURA 5 – FOTO DE INGESTÃO DE PASSÁRO..................................................12 FIGURA 6 – FOTO DE INSPEÇÃO NO BOOSTER................................................13 FIGURA 7 – FOTO EM CORTE HPC........................................................................14 FIGURA 4 – FOTO CAMARA DE COMBUSTÃO......................................................15 FIGURA 5 – FOTO HPT NOZZLE..............................................................................16 FIGURA 6 – FOTO HPT BLADE................................................................................18 FIGURA 7 – FOTO LPT BLADE.................................................................................19 FIGURA 8 – FOTO EQUIPAMENTO BOROSCÓPIO OLYMPUS FLEXÍVEL...........20
1. INSPEÇÃO BOROSCÓPICA
Em um contexto geral a inspeção boroscópica (boroscopia) pode ser
comparada a exames comumente utilizados na medicina, onde profissionais
utilizando equipamentos especiais detectam, analisam e acompanham diversas
situações, podendo ser feita a seguinte analogia:
- Endoscopia - Inspeção boroscópica não programada: É feita a fim de
verificar possíveis danos no interior do motor provocados por ingestão de objetos
estranhos sendo esses: areia, pedra, pedaços de pneu, parafuso, porca e outros
fragmentos de metal encontrados nos pátios de estacionamento e pistas dos
aeroportos e ainda gelo, sal, insetos e pássaros, esses últimos de origem natural.
Também se faz necessário a execução quando o motor apresenta baixa-
eficiência prematura, sinalizada pelo aumento da temperatura do motor, uma das
indicações primárias do motor.
- Ecografia - Inspeção boroscópica programada: É executada a um
determinado número de horas de funcionamento do motor, conforme o programa de
manutenção do fabricante, para o acompanhamento e monitoramento da
degradação causada pelo funcionamento normal do motor. Exemplo: um motor fica
instalado no avião durante 10.000 horas de funcionamento,sem monitoração por
inspeções boroscópicas regular, mesmo que não apresente problema algum, é
substituído, ao passo que se esse mesmo motor, se fosse monitorado e tivesse
realizando inspeção boroscópica a cada 1.000 horas, poderia atingir 20.000 horas
com plena capacidade de operação normal, proporcionando segurança total ao voo.
Os valores são fictícios, pois o motor pode ser aplicado em diversos modelos
de aeronaves e usado em diferentes partes do mundo com diferenças de clima
sendo algumas extremamente severas como o Alaska e o deserto do Saara. Então
os valores reais poderão sofrer alterações, sendo assim a referência absoluta está
no programa de manutenção do fabricante do motor da aeronave.
A inspeção boroscópica é realizada através de 21 pontos específicos
distribuídos ao redor do motor, sendo que, se necessário, unidades podem ser
removidas para inspeções especiais onde permitirá a introdução da sonda,
ocorrendo à transmissão dessas imagens para a tela do equipamento. Assim o
técnico visualizará os danos, podendo gravá-las e analisar quais medidas cabíveis
serão tomadas, se for o caso.
Um aspecto relevante e facilitador para que o leitor entenda sem dificuldades
o trabalho apresenta uma lista de siglas e a tradução técnica das unidades e partes
que formam o motor.
Podemos dividir o motor em duas situações quanto à admissão de ar: um para
o FAN (ventilador) e outro para o BOOSTER (reforço). Os processos ocorrem
simultaneamente e, embora tenham funções específicas, um depende do outro para
funcionamento, sendo as seguintes suas definições:
FAN: É formado por um conjunto de 24 blades (palhetas). É uma hélice carenada
onde a massa de ar é admitida com a finalidade de gerar força tratora causando a
propulsão, capaz de deslocar a aeronave.
BOOSTER: É formado pelos 4 primeiros estágios do LPC – Low Pressure
Compressor (compressor de baixa pressão) onde o ar é admitido com a finalidade
de suprir o funcionamento propriamente dito do motor / da máquina. Obviamente, o
ar e o combustível são elementos fundamentais para a partida do motor a reação.
As fotos a seguir ilustram o FAN com clareza e a entrada do BOOSTER logo atrás
do FAN.
Fonte: Autor
Fonte: Autor
BOOSTER
FAN
A foto a seguir ilustra o motor CFM56-7B descarenado e parcialmente desmontado
Fonte: Autor
A foto a seguir ilustra uma aeronave 737-700 com o motor CFM56-7B carenado
Fonte: Autor
No fator técnico apresentamos a execução de inspeção boroscópica nos
motores CFM56-7B equipando aeronaves Boeing 737-NG (séries 700 e 800), tanto
na manutenção preventiva quanto na corretiva, assegurando segurança total ao
voo, não podendo omitir procedimentos do manual de manutenção da aeronave.
A inspeção boroscópica é executada por dois técnicos com treinamento
específico no motor e no equipamento, e os mesmos deverão ser MMA com CHT
em GMP, o que é uma exigência da ANAC.
A inspeção boroscópica nos motores CFM56-7B tem por objetivo principal
identificar a condição interna do motor pela existência de danos, entretanto, através
da inspeção é possível coletar informações que indicam o surgimento de danos.
O aspecto dos diversos componentes internos, a variação em sua coloração,
forma e a aparência, podem indicar acúmulo de material indesejado, alteração de
perfil, perda de resistência ou capacidade e mau funcionamento ou deficiência de
componentes associados que ao longo da operação levarão ao surgimento de danos
gradativo ou a falhas incontidas inesperadas
Áreas para inspeção boroscópica
- Fan e booster - Estágio de baixa pressão do motor
- HPC - High Pressure Compressor (compressor de alta pressão)
- Combustion chamber - (câmara de combustão)
a- SAC - Single annular combustor (câmara anular simples)
b- DAC - Dual annular combustor (câmara anular dupla)
- Nozzle – (20 bicos injetores)
- HPT - High Pressure Turbine (turbina de alta pressão)
- LPT - Low Pressure Turbine (turbina de baixa pressão)
O propósito da inspeção boroscópica é inspecionar as áreas selecionadas e
as condições individuais dos componentes, e, se necessário, monitorar o ciclo de
limitações, reparos, ou remover o motor antes de ocorrer uma falha no componente.
O motor CFM56-7B usa um rotor de baixa pressão (N1) e um rotor de alta
pressão (N2) que giram independentemente.
O fan possui 24 blades (palhetas) com plataformas independentes instalada
entre cada blade e um espacer (espaçador) abaixo de cada blade.
FOD - FOREIGN OBJECT DAMAGE (danos por objetos estranhos)
Tipos:
- Gelo
- Areia
- Pedra
- Banda de rodagem de pneus
- Parafusos, porcas e outros fragmentos de metais
- Pássaros
- Insetos
- Sal
. Corpos duros causam danos como cortes no bordo de ataque dos
aerofólios
. Corpos macios, tais como material orgânico (pássaro) causam
deformações circulares suaves que alteram o fluxo de ar no HPC e obstruem os
furos de refrigeração das blades de HPT.
A foto a seguir ilustra um típico caso de ingestão de pássaro, onde podem
ser observadas as blades 6 e 7 com danos e evidências de ingestão para o booster.
Fonte: Autor
1.1 – INSPEÇÃO BOROSCÓPICA NO BOOSTER
A inspeção do primeiro estágio do booster é visual.
Se você encontrar FOD ou pedaços perdidos soltos do próprio motor, você
deve inspecionar todas as blades do compressor de baixa.
Seja cuidadoso ao girar o eixo de N1, danos pode ocorrer com pessoas e ou
equipamentos.
Manualmente, gire o rotor do fan enquanto você inspeciona o segundo
estagio das blades através da entrada do booster.
Pedaços perdidos, rachaduras, desgastes, riscos, torsão, oxidação e etc.,
devem ser observadas para determinar os limites acordo manuais de manutenção
da aeronave caso seja encontrado alguma discrepância.
O primeiro estágio possui 24 blades e 10 vanes, (lâminas estatoras)
O segundo estágio possui 74 blades e 136 vanes,
O terceiro estágio possui 78 blades e 136 vanes,
O quarto estágio possui 74 baldes e 136 vanes.
A foto a seguir ilustra o Booster ou Compressor de Baixa Pressão
Fonte: Autor
1.2 - INSPEÇÃO BOROSCÓPICA NO HPC BLADE
A inspeção boroscópica no HPC Blades é efetuada pelos pontos de
inspeção: S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9. Gire o rotor de N2 através do crank
( ponto onde se instala uma ferramenta para giro de N2) na caixa de engrenagem
do motor a ser inspecionado, examine cada estagio e use os limites acordo manual
de manutenção para definir as anormalidades, caso exista. O HPC possui 09
estágios de compressão.
O primeiro estágio possui 38 blades e 42 vanes,
O segundo estágio possui 53 blades e 82 vanes,
O terceiro estágio possui 60 blades e 84 vanes,
O quarto estágio possui 68 blades e 72 vanes,
O quinto estágio possui 75 blades e 100 vanes,
O sexto estágio possui 82 blades e 96 vanes
O sétimo estágio possui 82 blades e 10 vanes,
O oitavo estágio possui 80 blades e 120 vanes,
O nono estágio possui 76 blades e 110 vanes.
A foto em corte abaixo ilustra o HPC
Fonte: Autor
1.3 - INSPEÇÃO BOROSCÓPICA NA COMBUSTION CHAMBER
A inspeção na boroscópica na combustion chamber (câmara de combustão)
deve ser realizada através dos plug’s S10 e S11, ou seja, as velas de ignição do
motor a ser inspecionado. Para uma inspeção mais detalhada existem os ports S12,
S13, S14, S15, por onde são efetuadas as inspeções.
A câmara de combustão possui câmara anular simples com 20 bicos
injetores e 02 velas de ignição, uma vela no lado esquerdo e uma no lado direito da
câmara.
A câmara no seu interior possui 04 painéis inferiores e 05 superiores que
devem ser inspecionados quanto a trincas e rachaduras causados pela deficiência
dos bicos injetores. A figura abaixo ilustra a foto da Câmara de Combustão com os
bicos injetores e os painéis superiores.
Fonte: Autor
1.4 - INSPEÇÃO BOROSCÓPICA NA HPT NOZZLE
A inspeção na HPT nozzle se dá através, do pontos S12, S13, S14, S15 e
se danos forem encontrados os pontos S10 e S11 deverão ser inspecionado para
maiores detalhes.
- Examine o bordo de ataque das vanes
- Examine as superfícies côncavas das vanes
- Examine as superfícies convexas das vanes
- Examine o bordo de fuga das vanes
- Examine toda superfície do aerofólio das vanes.
Descoloração cinza ou cinza escuro e aspecto de bordo de ataque, lado
côncavo dos nozzles é uma indicação clara de obstrução interna severa no
respectivo bico injetor por formação de borra.
A detecção precoce de bicos injetores obstruídos permite ações corretivas
para garantir o bom funcionamento do motor mantendo a confiabilidade de seus
componentes internos da seção quente.
Descoloração branca ou esbranquiçada no revestimento de isolação
térmica no bordo de fuga e no lado convexo dos nozzles é uma indicação de
operação com exposição de alta temperatura.
Linhas brancas ao longo do aerofólio indicam furos de refrigeração do bordo
de ataque obstruídos. A foto a seguir ilustra o HPT NOZZLE.
Fonte: Autor
1.5 - INSPEÇÃO BOROSCÓPICA NA HPT BLADES
Para inspeção boroscópica na HPT BLADES remova os plug’s (tampão) S16,
S17 e se encontrar danos remova os plug’s S10, S11 para uma inspeção mais
detalhada.
- Examine o bordo de fuga das blades que possuo um total de 80 blades.
- Examine o topo da blades, manchas causadas pela alta EGT devem ser
encontradas.
- Examine as superfícies côncavas e convexas das blades.
- Examine o bordo de ataque das blades.
Ports de inspeção boroscopica
Há 21 port’s de inspeção boroscópica ao redor do motor, Os bicos injetores
podem ser removidos ser executados inspeções especiais para esta área,na câmara
de combustão.
- Há 01 port no Booster ou LPC (não há plug instalado, no S0)
- Há 09 ports no HPC (S1, S2, S3, S4, S5, S6 S7, S8, S9)
- Há 04 ports na câmara de combustão (S11, S12, S13, S1)
- Há 02 ports de ignição (S10, S1)
- Há 02 ports na HPT (S16, S1)
- Há 03 ports na LPT (S18, S19, S20)
A HPT possui somente 1 estagio com 80 blades e 42 vanes para inspeção.
Descoloração branca ou esbranquiçada no revestimento ou banho do aerofólio
das blades é uma indicação de operação com exposição à alta temperatura.
O bloqueio dos furos e passagens de ar refrigerado nas HPT BLADES leva a um
aumento de temperatura da própria blade aumentando a velocidade de degradação.
O bloqueio é comum e ocasionado por poeira admitida pelo próprio fluxo de ar,
material produzido por danos (erosão) das palhetas do compressor que se
liquidificam em razão da alta temperatura e material orgânico produzido pela
ingestão de pássaros. A foto a seguir ilustra o HPT blade.
Fonte: Autor
1.6 - INSPEÇÃO BOROSCÓPICA NA LPT BLADES
Para inspeção boroscópica na LPT blades remova os plugs S16, S17, S18, S19,
S20. Gire rotor do fan (N1) com cuidado em movimentos estáveis para que uma
correta inspeção seja executada.
Quando as blades são inspecionadas verifique se alguma anormalidade será
encontrada, coso positivo, consulte o manual de manutenção da aeronave para que
se determinem os limites do dano.
A coloração dourada no revestimento ou banho do aerofólio das LPT blades é
uma indicação de deposito de material oriundos dos estágios anteriores
impregnados devido a exposição a alta temperatura.
A coloração dourada no bordo de ataque e superfícies côncavas das blades
indica a ocorrência de metalização.
A LPT possui 4 estágios de baixa pressão:
O primeiro estágio possui 162 blades e 96 vanes,
O segundo estágio possui 150 blades e 108 vanes,
O terceiro estágio possui 150 blades e 140 vanes,
O quarto estágio possui 134 baldes e 132 vanes
A foto a seguir ilustra a LPT blade.
Fonte: Autor
A foto a baixo ilustra o equipamento boroscópico olympus.
2. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Com a inspeção boroscópica efetuada de maneira correta, conforme manual
de manutenção do motor e treinamento adequado do equipamento, sendo o técnico,
para isso capacitado, pode-se efetuar manutenção programada e não programada.
Desta forma, uma inspeção boroscópica, irá definir se o motor está dentro das
condições normais de uso ou se será necessário executar algum procedimento de
manutenção de acordo com o dano encontrado.
Portanto, o manual de manutenção do motor da aeronave definirá se:
-A substituição do motor é obrigatória;
-Está dentro do limites de tolerância, sem ação requerida;
-Está dentro do limites de tolerância, podendo ser monitorado com inspeções
regulares;
-Permite uma postergação do serviço limitado a um determinado tempo de
uso, sendo em horas ou ciclos (número de partidas);
-Poderão ser reparadas unidades e ou partes afetadas sem a remoção do
motor da aeronave.
3. CONCLUSÃO
A inspeção boroscópica é essencial para detectar as condições do motor
durante uma manutenção programada ou não programada. Caso ocorra uma
ingestão de pássaro, por exemplo, será necessário inspecionar se houve algum
dano interno no motor. Se nenhuma anormalidade for encontrada, o motor estará
disponível ao uso. Caso alguma anormalidade seja encontrada devemos consultar o
manual de manutenção da aeronave para determinar o procedimento a ser
cumprido. Se o limite do dano estiver dentro das especificações, então a aeronave
será liberada, com ou sem restrição de uso. Se a aeronave for liberada com
restrição, o motor continua em serviço dentro de um limite de horas ou ciclos para
que seja programada uma ação de manutenção definitiva conforme manual de
manutenção da aeronave.
O programa de manutenção da aeronave tem um intervalo de tempo diferente
para realização de inspeção boroscópica em áreas especificas do motor.
É compulsório dois técnicos habilitados e certificados pela empresa para
execução da referida tarefa a fim de evitar erros, danos ao motor e ao próprio
equipamento de inspeções boroscópicas.
Cumpridos fielmente todos os procedimentos, embasados no manual de
manutenção da aeronave (ferramenta mandatória), o motor terá seu desempenho
assegurado e sua vida útil prolongada e além de proporcionar economia ao
operador, garantirá segurança total ao voo.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Manual de manutenção Boeing 737- 600/700/800/900 - Consulta realizada em 11 de
maio de 2009.
Manual de treinamento de Inspeção Boroscopica Engine CFM56-7B - CFMI
Proprietary information August 2009.
CFM The Power of Flight – GE Aircraft Engine CFM56-7B - Consulta realizada em
12 de maio de 2009
