Brevet FR2488696A1 — publié le 19820219

Procédé et dispositif de détection de décollement tournant. La présente invention concerne un procédé de détection d'un décollement tournant dans une turbomachine ayant deux corps tournants: un corps haute pression et un corps basse pression, procédé du type selon lequel on mesure la vitesse de rotation de chacun desdits corps. Le moteur à turbine à gaz illustré en figure 1 est un exemple des différents types de moteurs pour lesquels la présente invention peut être utilisée. Le moteur à turbine à gaz illustré en figure 1 est un moteur à débit axial double flux comportant une enveloppe de moteur 1 dans laquelle sont montés, de manière rota- tive, comme il est connu, un compresseur basse pression 2 et sa turbine d'entraînement 3, ainsi qu'un compresseur haute pression 4 et sa turbine d'entraînement 5. Un dis- positif de combustion 6 brûle le carburant qu'il reçoit d'une commande (non représentée) en dégageant des gaz entraînant les turbines 3, 5, ces gaz étant ensuite éva- cués par une tuyère afin de produire la poussée. L'invention concerne aussi un dispositif de détection de décollement-tournant. Le décollement tournant est un phénomène qui affecte toutes les turbomachines à divers régimes de fonctionne- ment. Si les causes en sont encore mal connues, les effets sur les moteurs double-corps se manifestent presque tou- jours de la même manière - chute brutale de la pression de sortie du com- - presseur 2, 4 suivie d'une croissance de cette pression inférieure au taux de croissance normal - augmentation brutale de la température T du flux de gaz à l'entrée des turbines 5, 3, se tradui- sant parfois par une cassure dans la pente de la courbe de cette température en fonction du temps, et une stabilisation de cette température à des niveaux plus élevés que le niveau normal de consigne une croissance du régime de rotation NHp du corps haute pression 4a, 5 inférieure au taux de crois- sance normal - une stabilisation instantanée du régime de rota- tion NBp du corps basse pression 2a, 3, suivie d'une croissance faible de ce régime NBp - parfois des grondements et une inversion de fonc- tionnement dite "pompage" du compresseur 2, 4. Au bout d'un intervalle de temps de plusieurs secondes, ces paramètres T, NHP, NBp se stabilisent à des valeurs différentes de celles correspondant à une stabilisation normale, mais, dans certaines conditions des accidents graves peuvent survenir brutalement: extinction au niveau du dispositif de combustion 6, rupture d'aubes, etc... Il importe donc que le pilote ou autre utilisateur soit informé rapidement de l'apparition du décollement tournant ou de l'imminence de son déclenchement afin de pouvoir prendre à temps les mesures propres à le prévenir. C'est pourquoi un objet de l'invention est de proposer un procédé d'investigation de paramètres de fonctionnement d'une turbomachine, évoluant avant l'apparition du décol- lement tournant, d'une manière caractéristique. Un autre objet de l'invention consiste à proposer l'utili- sation d'une loi d'évolution constante pour plusieurs couples de paramètres, cette loi étant caractéristique de l'apparition du décollement. Un troisième objet de l'invention consiste à réaliser un dispositif capable d'utiliser les données en provenance de capteurs appropriés, de les traiter dans un générateur de fonctions, de discriminer si deux conditions sont réunies, et de déclencher une alarme au poste de pilotage de la turbomachine. A ces effets, le procédé conforme à l'invention, selon lequel on mesure la vitesse de rotation NRp, NBp de chacun des corps tournants, est caractérisé en ce qu'on déduit la dérivée par rapport au temps dNHP de la vitesse de. rotation NHp du corps haute pression et on génère un signal de commande dès que l'on a NHp - A NBP > B, et dNHP > C dt o A, B et C sont des valeurs constantes. C'est ainsi que, dans une application particulière de l'in- vention à un moteur connu, on détermine les valeurs sui- vantes, lorsque les vitesses de rotation interviennent en % de la valeur nominale A est compris entre 1 et 1,5, B est compris entre 8 et 30, C est compris entre - 0,6 et - 0, 2 et 2488-696 dans un cas particulier, A est égal à 1,26; B est égal à 1B,2 et C est égal à - 0,4. Lorsque les vitesses de rotation interviennent en valeur absolue, on choisit A égal à 1,62; B égal à 4106 tours/mn et C égal à - 250 tours/mn/s. Par exemple, ledit signal de commande sert à déclencher une alarme. Alternativement ou simultanément, selon un aspect de l'in- vention, ledit signal de commande sert à déclencher une manoeuvre permettant de revenir à des conditions normales de fonctionnement de la turbomachine. Le dispositif de détection conforme à l'invention est du type comprenant un premier détecteur mesurant la vitesse de rotation (NHp) du corps haute pression et un second dé- tecteur mesurant la vitesse de rotation (NBp) du corps -basse pression; ce dispositif de détection est caractérisé en ce qu'il comporte en outre: un multiplicateur par une constante A, ce multiplicateur recevant le signal (NBp) émis par le second détecteur; un soustracteur soustrayant du signal (NHp) émis par le premier détecteur,-le signal (A. NBp) fourni par le multiplicateur; un premier compa- rateur comparant le signal (NHp - A. NBp) fourni par le soustracteur avec un signal de référence (B) fourni par une source de signal de référence; un dérivateur recevant le signal (NHp) émis par le premier détecteur; un deuxième comparateur comparant le signal (dNHP) fourni par le déri- dR vateur avec un deuxième signal de reférence (C) fourni par une deuxième source de signal de référence, les premier et second comparateurs étant chacun du type fournissant un signal logique "0" ou "1" selon que le signal de réfé- renc&-reçu par ce comparateur est supérieur ou inférieur à l'autre signal appliqué à ce comparateur; et une porte ET à deux entrées recevant chacune le signal de sortie d'un comparateur respectif, et dont la sortie délivre un signal de commande. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1, déjà décrite, est une coupe-axiale schématique à travers un moteur à turbine à gaz double flux; et - la figure 2 est un schéma synoptique d'un dispo- sitif de détection selon un mode de réalisation de l'invention. Ainsi, selon l'invention, les paramètres utilisés sont les vitesses de rotation des corps haute pression et basse pression. La loi d'adaptation correcte de ces régimes est établie sous la forme NHP - ANBP > B Un critère discriminateur élimine les phases de décéléra- tion normale du moteur sous la forme d'un test sur la dérivée du régime de rotation du corps haute pression par rapport au temps HP> C dt Un cas particulier d'application de ce procédé donne les valeurs suivaites, les valeurs de NHP et NBP étant exprimées À.6 en % des régimes nominaux des corps haute pression et basse pression et le temps dt exprimé en secondes: A = 1,26; B = 18,2; C-0,4. Lorsque Np et NBp sont exprimés en tours par minute et le temps dt en secondes, on choisit: A = 1,62'; j = 4106 tours/mn; C=-250 tours/mn/s. lu Ce procédé de détection présente de nombreux avantages: - les paramètres NHp et NBP sont obtenus avec une grande précision et présentent une dispersion faible; - les conditions ISA (International Standard At- mosphère) ont une faible influence sur ces paramètres; - - le temps maximal de détection est de l'ordre de 3 secondes; - ces paramètres nécessaires à la détection sont déjà utilisés pour la régulation normale. Le dispositif de détection d'un décollement tournant reprg- senté à la figure 2 comprend: un premier détecteur 7 mesu- rant la vitesse de rotation (NHp) du corps haute pression 4a, 5 et un second détecteur 8 mesurant la vitesse de rota- tion (NBp) du corps basse pression 2a, 3; un multiplicateur par une constante A, 9, ce multiplicateur recevant le signal (NBp) émis par le second détecteur 8; un soustracteur 10 soustrayant du signal (NHp) émis par le premier détecteur T, le signal (A.N) fourni par le multiplicateur 9, un premier comparateur 11 comparant le signal (NHP - A.NBp) fourni par le soustracteur 10 avec un signal de référence (B) fourni par une source de signal de référence 12; un déri- vateur 13 recevant le signal (NHP) émis par le premier détecteur 7; un deuxième comparateur 14 comparant le signal (dNHP) fourni par le dérivateur 13 avec un deuxième signal dt de référence (C) fourni par une deuxième source de signal de référence 15, les premier 11 et second 14 comparateurs étant chacun du type fournissant un signal logique J"0" ou "1" selon que le signal de référence reçu par ce comparateur -es, =-ss----.5-sv.%, _ee=e-:=' vu supérieur 'autre si- gnal appliqué à ce comparateur; et une porte ET, 16 à deux entrées 16a, 16b recevant chacune le signal de sortie d'un comparateur respectif 11, 14. A partir des détecteurs de régime HP et BP 7 et 8, les divers générateurs de fonction 9, 10 et 13 Calculent les valeurs de NHP - A.NBP et dNHP A dt Lorsque les deux conditions: $NHP - A.NBP >B dNHP > C sont réunies, le circuit logique 11, 12, 14, 15, 16 entraîne le fonctionnement d'un système d'alarme optique ou sonore (ou les deux) 17 qui prévient le pilote que le moteur est en décollement tournant. Celuici peut alors appliquer une consigne permettant de revenir à des conditions normales de fonctionnement du moteur. Le dispositif de détection 7 à 16 peut éventuellement commander l'exécution automatique d'une manoeuvre permet- tant de retrouver ces conditions normales du fonctionne- ment (par exemple, programmation d'un échelon de débit négatif) et un retour progressif au point de fonctionne- ment initial). Le dispositif représenté sur la figure 2 peut utiliser des composants électroniques classiques; cependant d'au- tres éléments, par.exemple fluidiques, sont utilisables. Il peut être avantageux d'utiliser pour la détection de NHP et NBp les détecteurs existant déjà dans le régulateur alternativement, ces détecteurs peuvent également être particuliers au dispositif. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection d'un décollement tournant dans une turbpmachine ayant deux corps tournants: un corps haute pression (4a, 5) et un corps basse pression (2a, 3), du type selon lequel on mesure la vitesse de rotation (NHp,NBp) de chacun desdits corps, caractérisé en ce qu'on déduit la dérivée par rapport au temps dNHP de la vitesse de rotation dt NHp du corps haute pression et on génère un signal de com- mande dès que l'on a: NHP -A HBP > B et dNHp > C dt o A, B et C sont des valeurs constantes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque les vitesses de rotation interviennent en % de la valeur nominale, les coefficients sont calculés en consé--' quence et A est compris entre 1 et 1,5, B est compris entre' 8 et 30 et C est compris entre - 0,6 et - 0,2. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, sensiblement, A est égal à 1,26; B est égal à 18,2 et C à - 0,4. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque les vitesses de rotation interviennent en valeur absolue, les coefficients sont calculés en conséquence et, sensiblement A est égal à 1,62; B est égal à 4106. tours/mn et C est égal à - 250 tours/mn/s. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que ledit signal de commande sert à dé- clencher une alarme. 1 0 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit signal de commande sert à déclencher une manoeuvre permettant de revenir à des conditions normales de fonctionnement de la turbomachine. 7. DiJspositif de détection d'un décollement tournant dans une turbomachine comportant un corps tournant haute pression (4a, 5) et un corps tournant basse pression (2a, 3), du type comprenant un premier détecteur (7) mesurant la vitesse de rotation (NHp) du corps haute pression et unseOEond détecteur (8) mesurant la vitesse de rotation (NBp) du corps basse pression, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: un multiplicateur par une constante A, (9), ce multiplicateur recevant le signal (NBp) émis par le second détecteur (8); un sous- tracteur (10) soustrayant du signal (NHp) émis par le premier détecteur (7), le signal (A.NBp) fourni par le multiplicateur (9); un premier comparateur (11) compa- rant le signal (NHp - A.NBp) fourni par le soustracteur (10) avec un signal de référence (B) fourni par une pre- mière source de signal de référence (12); un dérivateur (13) recevant le signal (NHp) émis par le premier détec- teur (7); un deuxième comparateur (14) comparant le signal (dNHP) fourni par le dérivateur (13) avec un deu- dt xième signal de référence (C) fourni par une deuxième source de signal de référence (15), les premier (11) et second (14) comparateurs étant chacun du type fournis- sant un signal logique "0" et "1" selon que le signal de référence reçu par ce comparateur est inférieur ou supérieur à l'autre signal appliqué à ce comparateur; et une porte ET, (16) à deux entrées (16a, 16b) recevant chacune le signal de sortie d'un comparateur respectif (11, 14), et dont la sortie délivre un signal de commande.