Brevet FR2217684A1 — publié le 19740906

La présente invention se rapporte à la mesure des fuites d'étanchéité au cours des controles de puissance et d'usure des moteurs à piston rotatif. On sait que le rendement de ces moteurs est particulièrement sensible aux fuites entre le rotor (piston rotatif) et les chambres de travail qui correspondent aux cylindres. La mesure de l'étanchéité est une opération particulièrement délicate du fait que la même chambre voit passer successivement trois lobes d'un même rotor. Les méthodes les plus couramment utilisées sont: a) la mesure de la baisse de puissance du moteur en fonction du temps, b) l'utilisation de certains lubrifiants dont les traces relevées après démontage du moteur donnent une idée plus ou moins exacte des endrqits ou se produisent les fuites sans pouvoir en chiffrer l'importance. Parmi les inconvénients de ces méthodes il faut noter que la constatation de l'usure du moteur est globale et ne permet en aucun cas de déterminer d'une manière quantitative l'importance de la fuite d'une chambre par rapport à celles qui lui sont adjacentes. Un but de l'invention consiste à pailier ces inconvénients et à effectuer une mesure quantitative de la fuite d'une des chambres dans l'une quelconque des autres chambres. Un autre but de l'invention est d'effectuer la mesure d'une manière rapide et non destructive pendant la rotation du moteur et à n'importe quel régime dans un espace de temps très court. A cet effet, l'invention propose un procédé de mesure suivant lequel, on injecte un traceur radioactif dans une chambre de travail du moteur entre la fin du temps d'admission et le maximum du temps de compression, on mesure l'activité radioactive de chacune des chambres de travail dans la tuyauterie d'échappement. Le volume du traceur est négligeable et ne perturbe pas le rendement dynamique des gaz de carburation. A cette fin on applique une impulsion de synchronisation ou top d'injection pour démarrer un ensemble de comptage au moment d'injecter le traceur, on détecte ensuite les informations dues aux activités du traceur sur les faces du rotor et on les applique sur l'ensemble de comptage. On effectue ainsi un contrôle statistique des activités décroissantes du traceur sur les faces du rotor en comptant le nombre de "coups" enregistrés sur les canaux de l'ensemble de comptage réservé à chacune des phases de travail du rotor; ce contrôle statistique est effectué soit pour un tour, soit pour n tours du rotor. Un dispositif de mesure des t'es d'étanchéité mettant en oeuvre le procédé suivant l'invention comporte des moyens pour injecter un traceur radioactif dans une chambre de travail du moteur et pour une position déterminée du rotor, un circuit de comptage électronique pour contrôler les activités du traceur sur le rotor à partir de la lumière d'échappement. Les moyens pour injecter le traceur comportent un circuit hydraulique de liquide traceur appliqué sur le siège d'un injecteur, un circuit hydraulique de contrepression appliqué sur un ressort de précontrainte-d'un pointeau obturant le siège, de telle sorte quSe le pointeau est soulevé cycliquement par une pression de liquide traceur supérieure'à celle du circuit hydraulique de contrepression et de façon à vaporiser une certaine quantité de liquide traceur dans une chambre de travail du moteur pour une position déterminée du rotor Le circuit hydraulique de liquide traceur est commandé par une électrovanne dont l'excitation est asservie par la rotation de l'arbre moteur et pour une position déterminée du rotor. Le circuit de comptage électronique comporte un selecteur à canaux-de comptage séquentiels dans le temps, un circuit de mise en forme et un détecteur des signaux d'activité radioactive du traceur, un circuit de synchronisation lié au nombre de tours du moteur et à une position déterminée du rotor. Le détecteur des signaux comporte une sonde renfermant un scintillateur et un photomultiplicateur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention dans lesquels: - les figures 1 et 2 sont des schémas de moteurs à piston rotatif servant à expliciter l'invention; - la figure 3 illustre des diagrammes théoriques de marquage établis suivant le procédé de l'invention; - la figure 4 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif d'injection suivant l'invention; - la figure 5 est un diagramme de réglage du dispositif de la figure 4; - la figure 6 est un schéma de principe d'un circuit de commande de l'invention. Les figures 1 et 2 représentent un moteur à.piston rotatif-comportant un piston rotatif ou rotor R à trois lobes lîr 121 13 réunis par des faces A, B, C qui déterminent dans le stator S trois chambres de travail a, b, c pour un cycle à 4 temps. Par analogie avec un moteur classique, on assimile les faces A, B, C aux faces des pistons, les chambres de travail a, b, c aux cylindres et le stator S à la culasse. Sur la figure 1, la chambre a accomplit le premier temps, c'est-à-dire l'aspiration du carburant provenant de la lumière d'admission Sa. La chambre b est à la compression (deuxième temps) et la chambre c qui a subi la détente (troi sième temps) commence l'échappement (quatrième temps) par la lumière Se. Sur la figure 2, on a représenté la chambre a à la fin de la détente (troisième temps). On conçoit aisément -que pour un tour de rotor R une chambre telle que a passe par les quatre temps de travail ou phases du cycle pour revenir à la position initiale d'aspiration de la figure 1 et il en est de même pour les autres chambres b et c, compte-tenu d leur décalage par rapport à la chambre a. La figure 3 a est un diagramme théorique de marquage et d'activité des faces du rotor R. L'échelle du diagramme correspond à trois tours du moteur. La figure 3 b est une échelle de temps graduée en millisecondes. Dans l'exemple choisi, le moteur tourne à.2.000 tours minute, ce qui correspond à 30 milli-secondes par tour. La figure 3 c est une échelle en degrés dont-le point d'origine 0 correspond a l'instant de fermeture de la lumière d'admission Sa par un lobe tel que 12 et il est évident qu'un tour de ce même lobe correspond à 360 degrés de l'échelle. Les figures 1 et 2 comportent un repère 1 disposé à 800 du point 0 qui marque également l'origine du diagramme de la figure 3. Le repère I correspond à la position d'un injecteur de traceur radioactif dans le stator S. Le repère D correspond à la position d'un détecteur d'activité radioactive placé devant la lumière d'échappement Se. Sur la figure-2, on remarque que l'axe de symétrie ra correspondant à l'une (A) des faces du rotor R se situe à 132 de l'axe de repère I! c'est-a-dire a la fin de la détecte dans la chambre correspondante a ou b ou c, au moment oh un lobe l1, 12 ou 13 aborde la lumière d' échappement Se. Les rîês respec- tifs des inj-ecteurs I et du détecteur D ainsi que leurs séquences de fonctionnement dans le cadre de la figure 3 rueront expliqués plus loin Le dispositif d'injection de La figurez 4 mettant en oeuvre le procédé suivant l'invention correspond au repue I des figures 1 et 2. il comporte un pointeau I, un ressort de rappel 2, un piston 3 glissant dans un cylindre 4. Ces pièces sont contenues dans un corps 6 introduit dans la paroi du stator S. Le pointeau 1 repose sur un siège conique 7. Le cylindre -4 est mis en communication par une canalisation 8 avec un vérin principal 10 (réglage grossier > et un vérin auxiliaire 11 (réglage fin) alimentés par un réservoir 12 contenant de l'huile utilisée pour les freins. Une vanne d'arrêt 13 permet d'isoler les vérins 10 et il du réservoir 12. Le siège 7 du pointeau 1 est en communication par une canalisation 15 avec la sortie d'une pompe rotative-à haute pression 14 utilisée couramment pour l'injection des moteurs Diesel. Cette pompe 14 est alimentée de façon classique par un circuit de gavage 16 comportant un réservoir 16 a rempli d'un liquide traceur radioactif, une conduite d'alimentation 16 b avec un filtre 16 c et une conduite de retour directe 16 d. Une électrovanne 18 montée sur une conduite 18 a permet-de relier l'entrée et la sortie de la pompe 14 en dehors des périodes d'utilisation, de façon à faire chuter la-pression dans la canalisation 15. Cette pression est contrôlée par un capteur ou manostat 19. Une conduite 20 raccordée au cylindre 4a en arrière du pointeau 1 assure le retour du trop-plein vers la conduite de retour directe 16 d. L'électro-vanne 18 est excitée par la fermeture de contacts (non figures) commandés par l'arbre du moteur. L'excitation peut être commandée pour chaque tôur ou pour n tours du rotor. Dans l'exemple choisi, avec un moteur tournant à 2.000 tours/minute, la pompe 14 effectue un tour en 10 millisecondes grâce à une démultiplication (non figurée) également prévue sur l'arbre moteur et la pression maximale Pm se situe dans la partie supérieure de la courbe représentée sur la figure 5. Le fonctionnement du dispositif d'injection qui vient d'etre décrit est le suivant: - les vérins 10 et il ainsi que le cylindre 4 sont remplis de liquide en provenance du réservoir 12, la vanne 13 est fermée. Le vérin principal 10 est actionné jusqu'à l'obtention d'une pression lue sur le manomètre 19 et appliquée dans le cylindre 4 sur le piston 3. Le ressort 2 est précontraint et le pointeau 1 est appliqué sur son siège 7 avec une pression dite "contrepression" Cm prédéterminée (voir figure 5). La pompe 14 alimente le circuit de gavage 16-en permanence et en circuit fermé tant que l'électro-vanne 18 est ouverte et double la conduite de retour 16d. La contrepression Cm est supérieure à la pression P de la pompe. Dès que l'électro o vanne 18 est excitée, elle ferme la conduite 18a, ce qui élève la pression de la pompe 14 et par conséquent celle exercée sur le pointeau 1 à la valeur Pn = Cm. Lorsque la pompe 14 atteint sa pression maximale Pm supérieure à Pn = Cm, le pointeau 1 se soulève et une certaine quantité de liquide contenue dans la canalisation 15 se vaporise dans le stator S. Par construction, la pompe 14 donne un maximum de pression Pm chaque fois qu'une face du rotor R (Fig. 1) se présente devant l'injecteur I c'est-à-dire pendant 10 milli-secondes pour un moteur tournant à 2.000 tours/minute.Parallèlement, la quantité de liquide vaporisée dans le stator S fait également chuter la pression dans la canalisation 15, de sorte que la pression Pm repasse à la pression Pn puis retombe à P et que le pointeau 1 est o replacé sur son siège 7 à la contrepression Cm. L 'électrovanne 18 est désexcitée immédiatement après le temps d'injection imparti pour la pompe 14. Au cours de l'injection, une certaine quantité de liquide traceur passe dans le corps 6 de l'injecteur I à l'arrière du pointeau 1 et autour du ressort 2; la conduite de trop-plein 20 refoule cet excédent de liquide vers la conduite 16 d. Pour synchroniser le fonctionnement du dispositif d'injection avec le rotor et détecter la présence du traceur radioactif dans les chambres de travail (Fig. 1 et 2) on utilise un détecteur D et un circuit de comptage électronique E (Fig. 6). Le détecteur D (figure 6) est une sonde 22 formée d'un scintillateur 23 à l'iodure de sodium (INa) associée à un pha*o- multiplicateur 24. La définition de la sonde 23 est améliorée par un collimateur 25 et l'ensemble est refroidi par une cirez lation d'eau 26. Le détecteur D comportant la sonde 22 est placé dans la paroi du stator S (figures 1 et 2). Le circuit de comptage électronique E du présent exemple comporte un sélecteur 28 à 800 canaux ou échelles de comptage dans le temps. Ce circuit est commandé par les impulsions reçues par la sonde 22, lesquelles sont mises en forme par un préamplificateur 29 et un amplificateur 30 monté en cascade. Une alimentation 31 classique est prévue pour ces amPlificateurs. Un circuit de synchronisation 32 relie le sélecteur 28 à des contacts (non figurés) commandés par l'arbre, soit directement, soit par l'intermédiaire d'une démultiplication pour donner un "top" correspondant au moment de l'injection, c'est-a-dire à 800 après le point d'origine. Le "top" de synchro nisation ou d'injection est une impulsion positive de 4 à 10 volts et d'une largeur minimale de 4 us. Les canaux ou échelles du sélecteur 28 sont des mémoires qui emmagasinent les "coups" provenant du traceur radioactif et qui sont détectés sous forme de signaux par le détecteur D (sonde 22). Le nombre de "coups" enregistrés dans le sélecteur correspond aux fuites du traceur dans les chambres de travail a, b et c. Le fonctionnement du dispositif d'injection et du circuit de comptage suivant le procédé de l'invention est le suivant: Lorsque l'axe de symétrie ra de la face A passe à dOO du point d'origine (figure 1), les contacts (non figures de l'arbre du rotor R ferment le circuit de l'électrovanne 18 du dispositif d'injection I (figure 4), lequel vaporise une certaine quantité de liquide traceur radioactif dans le stator 9, comme il aété expliqué plus haut. Parallèlement un "topw de synchronisation est envoyé dans le sélecteur 28--du- circuit de comptage E (figure 6 > par le circuit 32. Le ntop" de synchronisation qui correspond à l'injection du traceur apparait sur les échelles des diq;a-an a, c de la figure -3 Suivant la séquence choisie, l'injection peut s'effectuer à chaque tour du rotor ou tous les n tours. Darat9 le présent exemple, l'injection a lieu tous les trois tours Le traceur radioactif marque la face A du rotor R, mais une certaine quantité de liquide mélangée au r de carburant est susceptible de fuir par les segments qui-- garnissent les lobes 11, 12, 13. Cette fuite radioactive marque également les faces adjacentes B et C du rotor R. Dès que le lobe 13 atteint la lumière d'échappement Se qui occupe une position à 1320 par rapport à I (position telle que A sur la figure 2), le détecteur D relié au sélecteur 28 détecte les "coups" produits par le traceur déposé sur la face B (diagramme 3a). La face B passe entièrement devant le détecteur D, la chambre b est complètement évacuée. La face A prend ensuite la position de la figure 2 et aborde le détecteur D qui va procéder de la même façon que pour les faces B ou C. Les surfaces Tb, Ta, Tc du diagramme a de la figure 3 représentent le nombre de > -"coups't détectés sur les faces B, A, C et l'importance des fuites d'une chambre à l'autre. On mesure l'activité décroissante du traceur sur deux autres tours et l'injection est reprise comme au premier tour. Le "tops d'injection a pour effet de remettre le sélecteur 28 à zéro et de déclencher là séquence de comptage sur chacune de ses échelles. Si le piston tourne à 2.000 tours minutes, soit 30 millisecondes par tour, on a une injection tous les trois tours complets du rotor, ce qui permet d'améliorer le rapport signal sur bruit dû à la- contamination inhérente au recyclage d'une partie de l'activité du traceur radioactif. Le cycle de comptage emmagasiné sur les échelles aura donc une durée de trois fois trente millisecondes = 90 millisecondes. Avec un sélecteur à 800 canaux, on obtient un temps de stockage par canal (ou échelle) de 111 microsecondes, ce qui correspond à 89 canaux pour chacune des phases de travail des faces A, B, C (une injection pour trois tours du rotor)~. La précision statistique du comptage étant C- N N' et N étant le nombre de coups, il faudra compter 10.000 coups dans la phase à étudier. A titre d'exemple, le circuit de comptage Utilisé peut travailler au maximum à 30.000 chocs/seconde et l'on compte que la durée de 1-' injection est de 10 millisecondes (voir figure 5). Dans ces conditions, on compte pour chaque phase de travail: 10 x 20.000 = 200 coups dans les 89 canaux 1.000 définis plus haut. Pour répartir la mesure statistique en fonction des 200 coups de durée impartie par canal, on additionne les résultats de 102000 50 opérations ou injections. L'injection s'effectuant tous les trois tours, la mesure quantitative nécessite 150 tours dont la durée sera de 30 millisecondes, soit 150 x 30 = 4.500 millisecondes ou 4,5 secondes. Les informations successives relevées sur les canaux (ou échelles) du sélecteur 28 peuvent être visualisées sur une bande magnétique ou sur un oscilloscope. Dans ce dernier cas, on peut utiliser les points lumineux correspondant à chaque canal et visualiser sur l'oscilloscope un spectre couvrant l'ensemble des informations obtenues dans un temps donné. Un autre mode de mise en oeuvre (non figuré) de l'invention consisterait à utiliser un générateur commandé par une boite de vitesse actionnée par l'arbre du moteur, de façon à tourner à la même vitesse que le rotor. Ce générateur remplacerait l'horloge du sélecteur 28 et délivrerait un signal proportionnel à son angle de rotation; on aurait ainsi, quelle que soit la vitesse du rotor, la même plage d'enregistrement par unité de temps. L'invention s'applique également aux réacteurs d'avion, aux turbines à gaz et à vapeur ainsi qu'aux réacteurs chimiques rapides. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure des fuites d'étanchéité dans les moteurs à piston rotatif, caractérisé en ce qu' on injecte un traceur radioactif dans une chambre de travail du moteur entre la fin du temps d'admission et le maximum du temps de compression, on mesure l'activité radioactive de chacune des chambres -de travail dans la tuyauterie d'échappement. 2. Procédé de tFFure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on applique une impulsion de synchronisation pour démarrer un ensemble de comptage au moment de l'injection du traceur, on détecte les informations dues aux activités du traceur sur les faces du rotor et on les applique sur ledit ensemble. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'on effectue un contrôle statistique des activités décroissantes du traceur sur les faces du rotor en comptant le nombre de coups enregistrEs sur les canaux de l'ensemble de comptage réservés à chacune des phases de travail du rotor. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'on effectue le contrôle statistique des activités dicroissantes du traceur pour 1 à n tours du rotor. 5. Dispositif de mesure des fuites d'étanchéité d'un moteur rotatif mettant en oeuvre le procédé suivant la revendication 1, caractéris8 en ce qu'il comporte des moyens pour injecter un traceur radioactif dans une chambre de travail du moteur et pour une position déterminée du rotor, un circuit de comptage électronique pour contrôler les activités du traceur sur le rotor à partir de la lumière d'échappement. 6. Dispositif suivant la revendication 5, carac térisé en ce que les moyens pour injecter le traceur comportent un circuit hydraulique de liquide traceur appliqué sur le siège d'un injecteur, un circuit hydraulique de contrepression applique sur uE--ressort de précontrainte d'un pointeau obturant le siège, de telle sorte que le pointeau est soulevé cycliquement par une pression de liquide traceur supérieure à celle au circuit hydraulique de contrepression et de façon à vaporiser une certaine quantité de liquide traceur dans une chambre de travail du moteur pour une position déterminée du rotor. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit' hydraulique de liquide traceur est commandé par une électro-vanne dont l'excitation est asservie par la rotation de l'arbre du moteur et pour une position déterminée du rotor. 8. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de comptage électronique comporte un sélecteur à canaux de comptage séquentiels dans le temps, un circuit de mise en forme et un détecteur des signaux d'activité radioactive du traceur, un circuit de synchronisation lié au nombre de tours du moteur et à une position déterminée du rotor. 9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le détecteur des signaux d'activité radioactive comporte une sonde renfermant un scintillateur et un photomul tiplicatear.