Brevet FR2243418A1 — publié le 19750404

L'invention a pour objet un dispositif de mesure à distance de la largeur d'un intervalle libre, formant fenêtre, entre deux- pièces opaques fixes ou mobiles, applicable notamment, mais non exclusivement, à la détermination du jeu radial entre une pièce rotative, qui peut être cylindrique ou circulaire, et une pièce fixez -Parmi--les- applications de l'invention, on peut notamment citer la détermination du jeu radial entre les aubes du rotor d'une turbine à vapeur et le stator de cette turbine. On sait que cette détermination présente un grand intérêt, ce jeu devant être réduit au maximum pour diminuer les fuites, tout en restant suffisant pour éviter tout contact accidentel qui risquerait de provoquer des ruptures. Si, dans le cas de turbines à vapeurs, les aubes rotoriques sont cerclées, la mesure du jeu peut être faite sans difficultés à l'aide de capteurs électrique (par exemple, capteurs à effet Hall, à courants de Foucault ou à pont inductif), le jeu étant alors mesuré entre le bandage qui cercle les aubes et le stator, il nten est plus de même lorsque les aubes sont libres à leur extrémité externe.En effet, la bande passante de tels capteurs est insuffisante pour accepter des fréquences de modulation qui atteignent et dépassent 4000 Hz, ce qui impose un porteur d'au moins 20 KHz La présente invention vise a' fournir un dispositif de mesure, ou du moins d'évaluation à distance de la largeur d'un intervalle, répondant mieux que ceux antérieurement proposes aux exigences de la pratique, notamment dans l'application ci dessus.- L'invention propose dans ce but un dispositif de mesure à distance de la largeur d'un intervalle libre formant fenêtre entre deux pièces opaques, dispositif comportant une source de lumière susceptible d'être placée d'un côté de la fenêtre, caractérisé notamment en ce qu'il comporte une canne d'observation comprenant un faisceau de conduits de-lumière placés à l'intérieur d'un conduit allongé et se terminant,à une extrémité, en des points régulièrement répartis sur une longueur supérieure à la largeur dudit intervalle et, à l'autre extrémité, par des voyants en nombre correspondant à ceux desdits points et répartis avec un écartement supérieur à celui des points, ledit conduit étant susceptible d'être placé de façon que la première extrémité se trouve face à la source, du côté opposé de la fenêtre. Un tel dispositif permet de reproduire à grande échelle, la largeur de la fenêtre sous forme d'une série de voyants éclairés encadrés par des voyants plus sombres. Il permet donc une lecture à distance, et peut être réalisé sous une forme telle qu'il résiste à des ambiances à haute température ou corrosives il peut aisément être prévu pour être étanche. La précision de la mesure est enfin totalement indépendante du vieillissement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un dispositif constituant un mode de mise en oeuvre particulier, donné à titre d'exemple non limitatif, destiné à la mesure du jeu radial entre les aubes du dernier étage de rotor basse pression d'une turbine à vapeur et le stator.La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels - la figure 1 montre de façon très schématique et sim- plifiée, le dernier étage d'aubes d'une turbine à vapeur et les organes voisins, en coupe suivant un plan passant par l'axe, et les composants du dispositif de mesure en place sur la turbine; - la figure 2 montre schématiquement, à grande échelle, la partie entourée par un cercle en traits mixtes sur la figure 1; - la figure 3 est un schéma montrant, en coupe suivant un plan passant par son axe, la partie haute de la canne de mesure du dispositif de la figure 2, en cours d'insertion sur la turbine - la figure 4 montre les parties terminales de la canne, vue de face, a 900 de la coupe de la figure 3. La turbine à vapeur, dont une fraction est montrée schématiquement en figure 1, comporte une enveloppe 10 de corps basse pression dans lequel un anneau li porte une couronne dau- bes statoriques 12 de dernier étage et un piège à eau. Le rotor 13 de la turbine porte notamment une grille 14 d'aubes de dernier étage basse pression dont le jeu J par rapport à l'anneau diffuseur 15 est à mesurer (figure 2). Ce jeu est, dans le cas de turbines à vapeur de grande puissance en service ou en construction à l'heure actuelle, de plusieurs millimètres. Le dispositif illustré en figures 1 à 4 peut être regar- dé comme constitué d'une canne d'éclairage 16-et d'une canne d'observation et de mesure 17. La canne d'éclairage est -constituée par un tube étanche à sa partie inférieure, destinée à être introduite dans la turbine de façon à envoyer un flux de lumière dans l'intervalle qui sépare la grille d'aubes 14 de l'anneau diffuseur 15. Cette canne est par exemple constituée par un fourreau cylindrique fermé à sa partie inférieure qui comporte un hublot latéral 18 et qui contient une ampoule (lampe à iode alimentée en courant basse tension par exemple) au droit du hublot 18. Dans ce cas, la lampe est alimentée depuis l'autre extrémité de la canne par des conducteurs 19. La canne peut également contenir des conduits de lumière se terminant au droit du hublot 18, la source de lumière étant alors placée à l'autre extrémité de la canne. La canne d'observation et de mesure 17 comporte également un fourreau cylindrique. qui peut avoir le même diamètre que celui de la canne 16. La canne 17 est prevue pour être introduite dans le corps basse pression de la turbine de façon à se placer face au hublot 18, mais de l'autre côté de l'intervalle. Le fourreau de la canne de mesure 17 comporte une série de conduits de lumière. Ces conduits se terminent, côté turbine, en des points régulièrement répartis dans le sens de la longueur de la canne. A l'autre extrémité de la canne, chacun de ces conduits se termine par un voyant 20, l'écartement des voyants, placés sur un panneau 21, étant supérieur à celui des extrémités coté turbine, et la dimension de ces voyants étant également supérieure de façon à augmenter la lisibilité du panneau 21. Chaque conduit de lumière est avantageusement réalisé sous forme d'un faisceau de fibres optiques individuelles de faible diamètre,- faisceau entouré par une enveloppe opaque, suivant une technique classique. Le matériau constitutif des fibres optiques est évidemment choisi pour résister à la température rencontrée en servi e 3000C. Si la température de la turbine dépasse cette valeur, la canne de mesure peut être munie d'un système de refroidissement. il faut évidemment que les extrémités des fibres optiques côté turbine soient reparties sur une longueur qui dépasse la valeur maximum possible du jeu à mesurer, pour éviter toute ambiguité de lecture. A titre d'exemple, on peut indiquer que, pour surveiller les variations du jeu dans une turbine où le jeu à froid est 8 mm environ, on peut utiliser trente-trois conduits de lumière formés chacun par un faisceau de fibres optiques de 4/10 mm environ de diamètre, disposés en quinconce en deux rangées. Pour obtenir un effet d'amplification, ces faisceaux peuvent se terminer en trente-trois voyants, l'écartement entre deux voyants étant de 4 ou 5 mm. Pour améliorer la lisibilité, chaque voyant peut être constitué par une lentille semi-cylindrique. L'échelonnement des voyants peut etre dans le sens de la longueur de la canne, comme indiqué en figures 1, 3, 4, ou transversal. Lorsque, comme dans le cas d'une turbine, les cannes doivent être introduites dans une enveloppe sans rompre l'étanché- ité de celle-ci, il est souvent nécessaire de prévoir un sas d'introduction. Dans le cas illustré en figures 1 et 3, ce sas comprend, pour chaque canne, un tube-guide 22 qui traverse de façon étanche l'enveloppe 10 de la turbine. Le tube-guide peut se prolonger jusqu'à proximité de l'emplacement de passage de la canne à travers le diffuseur ou, dans le cas où un guidage précis n'est pas indispensable, n'avoir qu'une saillie faible au-dessous de l'enveloppe 10. De toute façon, le tube 22 comporte une vanne à passage direct 23 destinée à assurer l'étanchéité de l'enveloppe lorsque la canne n'est pas en place. Au-dessus de la vanne 23, le tubeguide 22 porte un joint d'étanchéité 24 (figure 3) destiné à glisser sur le fourreau de la canne. L'emploi du dispositif ressqrt de la description qui précède et ne sera en conséquence que sommairement indiqué. Les cannes 16 et 17 sont d'abord introduites dans la turbine, celle-ci pouvant etre en fonctionnement. Pour cela, on les engage dans la partie haute des tubes-guidés correspondants 22, les vannes 23 étant fermées. Puis on ouvre les vannes et on pousse les cannes en place. Une butée extérieure peut être prévue sur le fourreau pout que l'introduction soit bloquée lorsque la position correcte est atteinte. La canne 17 étant placée de façon que les extrémités des conduits de lumière s'échelonnent sur une zone qui dépasse l'intervalle, on observera sur le panneau 21 (lorsque la source de lumière est alimentée) des voyants 20 brillament éclairés au-dessous de voyants sombres et au-dessus de voyants moins brillants, qui ne sont éclairés qu'au cours des intervalles entre les passages des aubes. On a ainsi, avec deux coefficients d'amplification. itun dû à la divergence du faisceau de lumière entre le hublot d'éclairage et la canne dtobservation et de mesure, l'autre dû au rapport entre le pas des voyants et celui des extrémités opposées du conducteur optique, la valeur de l'intervalle. Suivant l'ambiance que doit supporter l'extrémité des fibres optiques qui reçoit la lumière, on pourra soit les laisser libres, soit les protéger par un hublot en un matériau supportant bien les conditions ambiantes. Dans le cas, par exemple, des étages basse pression d'une turbine à vapeur où risquent d'apparaitre des gouttelettes d'eau, on aura souvent intérêt à protéger les extrémités des conduits de lumière par un hublot en saphir synthétique. Au cours de la montée en température et en vitesse de la turbine, on peut ainsi suivre de façon très simple l'évolution de l'intervalle entre la grille d'aubes et le stator qui apparaît avec une grande amplitude, donc de façon extrêmement lisible même à distance. L'invention ne se limite évidemment pas au mode particulier de réalisation qui a été représenté et décrit à titre d'exemple et il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend aux variantes de tout ou partie des dispositifs décrits restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure à distance de la largeur d'un intervalle libre formant fenêtre entre deux pièces opaques, dispositif comportant une source de lumière susceptible d'être placée d'un côté de la fenêtre, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte une canne d'observation comprenant un faisceau de conduits de lumière placés à l'intérieur d'un conduit allonge et se terminant, à une extrémité, en des points régulièrement répartis sur une longueur supérieure à la largeur dudit intervalle, et, à l'autre extrémité, par des voyants en nombre correspondant à ceux desdits points et répartis avec un écartement supérieur à celui des points, ledit conduit étant susceptible d'être placé de façon que la première extrémité se trouve face à la source, du côté opposé de la fenêtre. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits conduits de lumière est constitué par un faisceau de fibres optiques revêtu d'une gaine opaque. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les voyants sont constitués par des lentilles, par exemple semi-cylindriques. 4. Dispositif suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les conduits de lumière sont placés dans un fourreau cylindrique sensiblement étanche muni à une extrémité d'une fenêtre d'éclairement des extrémités correspondantes des conduits de lumière et portant à l'autre extrémité un panneau muni de voyants. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la source de lumière est constituée par une canne susceptible d'être introduite parallèlement à la canne d'observation. 6. Application du dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, à la mesure du jeu radial entre une grille d'aubes et le stator d'une turbine à vapeur. 7. Application suivant la revendication 6, caractérisée en ce que les extrémités des conduits de lumière qui reçoivent la lumière sont protégées de l'ambiance par un hublot transparent, par exemple en saphir synthétique de structure vitreuse. 8. Application suivant la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que l'enveloppe de la turbine comporte un sas d'introduction des cannes. 9. Application suivant la revendication 8, caracté- risée en ce que-chaque sas comporte un tube-guide sur lequel est interposée une vanne d'étanchéité à passage direct et,au-delà de la vanne par rapport à la turbine, un joint glissant.