Brevet FR2564197A1 — publié le 19851115

APPAREIL DE TRANSMISSION D'UN RAYONNEMENT La présente invention concerne un appareil de transmission d'un rayonnement, comportant un tube intérieur renfermant une fenêtre transparente au rayonnement. L'invention concerne plus particulièrement, mais pas exclusivement, un pyromètre à rayonnement, du type utilisé dans les moteurs à turbine à gaz. La température des aubes d'une turbine à gaz peut être mesurée au moyen d'un pyromètre à rayonnement, monté de manière à viser les aubes à travers une ouverture de l'enveloppe du moteur. Un tel pyromètre comporte une lentille montée à une extrémité d'un tube pour focaliser sur un capteur de rayonnement le rayonnement provenant d'une aube, lorsque celle- ci passe dans le champ de visée du pyromètre, et ceci soit directement, soit par l'intermédiaire d'un guide de rayonnement tel qu'un câble optique. En général, la lentille est réalisée en une matière résistant à la chaleur, telle que le saphir, ou bien elle est montéee derrière une fenêtre en matière résistant à la chaleur, pour être en mesure de supporter températures élevées et les changements de température survenant dans le moteur. L'un des problèmes affectant de tels pyromètres est le fait que de la suie ou d'autres produits de la combustion dans le moteur peuvent se déposer sur la surface exposée de la lentille, ce qui diminue la quantité de rayonnement transmise. Différents agencements ont été proposés pour réduire ces dépôts, par exemple l'utilisation d'un catalyseur sur la surface de la lentille (brevet britannique No. 2 121 978A) ou l'utilisation d'un courant d'air de purge (brevet britannique No. 1 589 531). Quand on utilise de l'air de purge, le pyromètre est pourvu d'un tube de visée ouvert en avant de la lentille. Le pyromètre est disposé transversalement à travers un conduit de dérivation d'air du moteur, l'extrémité avant du tube de visée étant ouverte vers l'intérieur du carter de la turbine. Le tube de visée comporte des ouvertures d'en- trée d'air qui permettent à de l'air de purge, provenant du conduit de dérivation ou d'une source séparée, de pénétrer dans le tube de visée et de s'écouler vers l'extrémité avant du tube jusque dans le carter de la turbine, qui se trouve à une pression inférieure. L'écoulement de cet air propre dans le tube de visée diminue la quantité de ma- tières contaminantes entrant dans le pyromètre à partir du carter de la turbine. Bien que ce dispositif diminue effectivement les salis- sures, il n'est pas totalement efficace, car la nature turbulente de l'écoulement de l'air de purge permet l'entrée de certaines matières contaminantes par l'extrémité avant du tube de visée. Par conséquent, la présente invention a pour but de fournir, dans un pyromètre ou un appareil similaire, un agencement permettant de diminuer les sallisures sur la lentille ou une autre fenêtre. Dans ce but, la présente invention concerne un appareil de transmission d'un rayonnement tel que mentionné en préambule, caractérisé en ce que le tube intérieur comporte une partie avant dont l'extrémité avant est ouverte, en ce que la fenêtre est montée- dans une partie arrière du tube, en ce que la section transversale intérieure de ladite partie arrière est plus grande que celle de la partie avant, en ce que l'appareil comporte un passage de gaz comprenant une entrée disposée en arrière de la partie avant dudit tube de telle manière qu'au moins une portion du gaz arrivant à cette entrée s'écoule vers l'avant le long du passage et transversalement à l'extrémité avant dudit tube, et qu'une pression sensiblement constan- te s'établisse dans la partie arrière du tube. De cette manière, il est possible de réduire l'arrivée de matières contaminantes dans l'élément tubulaire. De préférence, l'appareil comporte un tube extérieur disposé coaxialement autour de la partie avant du tube intérieur de manière à définir un passage annulaire de gaz autour de l'extrémité avant du tube intérieur. Le tube extérieur peut comporter une lèvre rentrante qui définit une fente avec l'extrémité avant du tube intérieur, l'écoulement du gaz sortant du tube extérieur se faisant par cette fente. L'entrée de gaz peut être ménagée dans le tube extérieur, la section de cette entrée étant plus grande que la section de ladite fente. Le tube extérieur peut comporter à son extrémité avant une ouverture qui est plus petite que le diamètre extérieur de la partie avant du tube intérieur, et plus grande que le diamètre intérieur de la partie avant du tube intérieur. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le tube intérieur comporte un décrochement intérieur entre sa partie arrière et sa partie avant, ce décrochement pouvant être incliné. La fenêtre transparente au rayonnement est constituée de préférence par une lentille. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un pyromètre à rayonnement, donnée ci-dessous à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe longitudinale du pyromètre, et La figure 2 représente une partie d'une autre forme de réalisation du pyromètre. En référence à la fig. 1, le pyromètre a une forme générale cylindrique et il est monté dans un moteur à turbine à gaz 2, son extrémité avant 10 étant introduite à travers une ouverture 3 de l'enveloppe extérieure 4 du moteur. Le bout 11 du pyromètre 1 est maintenu en position par un siège annulaire 5 ménagé dans la paroi 6 du carter de la turbine, dans l'alignement d'un trou de visée 7 qui permet de voir les aubes 8 de la turbine. Le pyromètre 1 comporte un manchon extérieur 15 en alliage d'acier résistant à la corrosion, qui s'étend sur toute la longueur du pyromètre. A son extrémité arrière, le manchon 15 est pourvu d'un flasque 16 auquel est fixé un flasque similaire 17 d'un manchon intérieur 18. Ce manchon intérieur 18 est en acier inoxydable et il s'étend sensiblement sur toute la longueur du manchon extérieur 15. Un petit intervalle 20 est ménagé à proximité de l'extrémité avant du manchon intérieur 18 pour permettre une dilatation thermique axiale entre les manchons intérieur 18 et extérieur 15. L'extrémité avant 21 d'un câble à fibres optiques 22 est fixée dans la partie arrière du pyromètre, à l'arrière d'un tube porte-lentille 32. Des boulons 26 maintiennent ensemble le tube porte-lentille 32 et les manchons intérieur 18 et extérieur 15. Le tube porte-lentille 32 est fait en alliage d'acier résistant à la corrosion et il supporte une lentille 34 en saphir dont le bord est monté dans l'extrémité avant du tube. La partie du manchon intérieur 18 située en avant de la lentille 34 forme un tube de visée 41. Le diamètre intérieur de ce tube de visée 41 est d'environ 12 mm dans sa partie arrière 43 et il passe à un diamètre de 8 mm approximativement au milieu de la longueur du tube, par un épaulement incliné 44. La partie arrière et de plus grand diamètre du tube de visée 41 est Jointive avec la face intérieure du manchon extérieur 15. La surface extérieure du tube de visée 41 présente un diamètre réduit à son extrémité avant, ce qui ménage un passage annulaire 45 entre le tube de visée et le manchon extérieur 15. Le bout du manchon extérieur 15 comporte une lèvre rentrante 46 qui définit une ouverture circulaire 47 de 9 mm de diamètre. L'ouverture 47 est plus large que le diamètre intérieur de l'extrémité avant du tube de visee 41 mais plus petite que le diamètre extérieur de ce tube. La lèvre 46 est conformée avec un angle intérieur 48 arrondi et elle est séparée de l'extrémité du tube de visée par une fente large d'environ 1 mm. Six orifices d'entrée d'air de purge 50 sont répartis régulièrement dans le manchon extérieur 15, pour permettre à de l'air circulant dans le conduit de dérivation 9 du moteur de pénétrer dans la partie arrière du passage annulaire 45, en arrière de la partie avant du tube de visée 41. La surface totale de ces six orifices d'entrée d'air 50 est sensiblement plus grande que la surface de la fente, c'est-à-dire du plus petit intervalle existant entre la lèvre 46 et l'extrémité du tube de visée 41. Pendant le fonctionnement, le rayonnement provenant des aubes de la 6 4197 turbine 8 qui passent dans le champ de visée du pyromètre 1 traverse le trou de visée 7 et l'ouverture 47 de l'extrémité du pyromètre. Le rayonnement est focalisé par la lentille 34 sur l'extrémité 21 du cable optique 22. Le champ de vision du pyromètre est défini par la taille et la forme d'un masque 33 disposé dans le tube porte-lentille 32, vis-à-vis du cable 22. Le rayonnement est transmis le long du cable 22 3usqu'à un détecteur (non représenté) qui délivre un signal de sortie en fonction de la température. De l'air de purge est fourni par le conduit de dérivation 9 à une pression sensiblement plus grande que la pression des gaz dans le carter de la turbine. Cet air pénètre dans le passage annulaire 45 entre le tube de visée 41 et le manchon extérieur 15, en passant par les orifices d'entrée d'air 50. Cet air s'écoule vers l'avant le long du passage 45 et il est dévié par la lèvre 46 de telle manière qu'au moins une partie de l'air s'écoule transversalement à l'extremité avant du tube de visée 41 pour sortir par l'ouverture 47 de diamètre réduit. L'air s'écoulant devant l'extrémité du tube de visée 41 tend à faire sortir du tube de visée le gaz qui s'y trouve, ce qui provoque une legère réduction de pression dans la partie arrière, de plus grand diamètre, du tube de visée. La plus grande partie des matières susceptibles de salir l'intérieur du pyromètre est empêchée d'entrer dans le pyromètre par l'effet de l'écoulement d'air sortant du pyromètre par le trou de visée 7. Toutefois, quelques restes de matières contaminantes pourraient pénétrer dans le trou de visée 7 et l'ouverture 47 du bout du pyromètre en raison de la turbulence de l'écoulement d'air. On a constaté que le dispositif décrit ci-dessus réduit la contamination de la surface de la lentille 34. Le mécanisme précis de ce phénomène n'est pas parfaitement élucidé, mais on pense qu'il peut être causé en partie par la mise en résonance d'une colonne de gaz à l'intérieur du tube de visée, quand le flux d'air est suffisant. La fréquence de résonance d'une telle colonne dépend des dimensions du tube. Dans une telle colonne résonnante de gaz, il règne une pression sensiblement constante en tout point le long de la colonne et il n'y a pas de transfert de masse du gaz sur la longueur de la colonne. Ainsi,- la colonne résonnante de gaz dans le tube de visée 41 est susceptible de réduire la quantité de contaminants pénétrant dans le tube et se déposant sur la lentille 34. Si le flux d'air est plus faible et insuffisant pour créer une colonne résonnante, on peut penser que d'éventuelles turbulences de l'écoulement gazeux au bout du tube de visée 41 sont confinées dans la partie avant et de diamètre réduit du tube, le décrochement situé entre la partie avant du tube et sa partie arrière plus large consti- tuant en fait une barrière pour les turbulences. Diverses autres formes de réalisation sont possibles, comme le montre la fig. 2. Dans la disposition illustrée par cette figure, le tube de visée 141 se rétrécit par paliers Jusqu'à une ouverture réduite 142. Un gaz de purge est distribué dans un passage annulaire 145 entre le tube de visée 141 et un manchon extérieur 146. Ce manchon extérieur 146 comporte une zone 147 de diamètre réduit, au bout du tube de visée 141, et il s'étend en avant du tube de visée. Il faut remarquer que la présente invention n'est pas limitée aux pyromètres, mais peut s'appliquera tout autre appareil comportant une fenêtre optique susceptible d'être salie. A ce point de vue, les utilisations de l'invention ne se limitent pas à des capteurs de rayonnement, mais s'étendent aussi à des appareils émettant un rayonnement, dans lesquels l'invention contribue à limiter les salissures sur une fenêtre de transmission du rayonnement. 2-5 6 4 1 9 7 Revendications 1. Appareil de transmission d'un rayonnement, comportant un tube intérieur renfermant une fenêtre transparente au rayonnement, caractérisé en ce que le tube intérieur (18, 141) comporte une partie avant dont l'extrémité avant est ouverte, en ce que la fenêtre (34) est montée dans une partie arrière (43) du tube, en ce que la section transversale intérieure de ladite partie arrière (43) est plus grande que celle de la partie avant, en ce que l'appareil comporte un passage de gaz (45) comprenant une entrée (50) disposée en arrière de la partie avant dudit tube (18, 141) de telle manière qu'au moins une portion du gaz arrivant à cette entrée (50) s'écoule vers l'avant le long du passage (45) et transversalement à l'extrémité avant dudit tube (18. 141) et qu'une pression sensiblement constante s'établisse dans la partie arrière (43) du tube. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un tube extérieur (15, 146) disposé coaxialement autour de la partie avant du tube intérieur (18, 141) de manière à définir un passage annulaire de gaz (45) autour de l'extrémité avant du tube intérieur. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube extérieur (15, 146) comporte une lèvre rentrante (46, 147) qui définit une fente avec l'extrémité avant du tube intérieur (18, 41), et en ce que l'éuoulement du gaz sortant du tubc extérieur (15, 146) traverse cette fente. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'entrée de gaz (50) est ménagée dans le tube extérieur (15, 146), et en ce que la section de cette entrée est plus grande que la section de ladite fente. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le tube extérieur (15) comporte à son extrémité avant une ouverture (47) qui est plus petite que le diamètre extérieur de la partie avant du tube intérieur (18). 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite ouverture (47) est plus grande que le diamètre intérieur de la partie avant du tube intérieur (18). 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube intérieur (18) comporte un décrochement intérieur (44) entre sa partie arrière (43) et sa partie avant. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit décrochement intérieur (44) est incliné. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fenêtre transparente au rayonnement est constituée par une lentille (34).