Brevet FR2578647A1 — publié le 19860912

Dispositif de contrôle des défauts de frettes de rotors de machines électriques La présente invention concerne un dispositif de contrôle des défauts de frettes de rotors de machines électriques, comprenant un chariot automoteur mobile autour de l'arbre du rotor, un bras portepalpeurs porté par ce chariot et susceptible de déplacements longitudinaux parallèles à l'axe du rotor entre le stator et la frette du rotor, portant à son extrémité deux boftiers de détection compor- tant chacun un palpeur droit à ondes longitudinales et un palpeur incliné obliquement à ondes transversales, chacun de ces derniers étant d'inclinaison symétrique par rapport aux rayons du rotor et jouant simultanément les rôles d'émetteur et de récepteur. Le contrôle des défauts des frettes de rotors de machines élec- triques, notamment d'alternateurs, implique actuellement en général l'extraction du rotor de son stator, puis un examen en général visuel. On connaît certes des dispositifs de contrôle de défauts de pièces métallurgiques par réflexion de faisceaux d'ultra-sons et enre- -gistrement de l'amplitude du signal reçu. On pourrait donc envisager d'effectuer un contrôle sans extraction du rotor de son stator, à l'aide d'un chariot mobile supportant un bras porteur de palpeurs, comme défini ci-dessus. On se heurtait cependant à des difficultés d es notamment aux faits que les échos dûs à des défauts de la frette peuvent être plus forts ou plus faibles que les échos de forme dûs aux dents du rotor, et que des défauts de dimension identique donnent lieu à des échos d'amplitude différente suivant que le défaut se trouve en zone frettée (sur une dent du rotor) ou non frettée (entre deux dents ou en dehors de la zone de frettage). Un enregistrement par détection ultrasonique sans discrimination entre les signaux nécessiterait un dépouillement complexe, avec identification des échos de forme et recherche des échos anormaux pouvant correspondre à des défauts, long et fastidieux, pouvant entraîner des erreurs et nécessitant des lon- gueurs de support d'enregistrement prohibitives. La présente invention a donc pour but de procurer un dispositif de contrôle des défauts de frettes de rotors de machines électriques sans démontage du rotor, qui permette une discrimination facile entre -2- les échos de forme et de défauts du rotor, qui assure une sensibilité de détection suffisante quelle que soit la localisation du défaut, et qui permette une détermination rapide et précise des défauts à le lecture des enregistrements, en minimisant les risques d'erreur. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il com- porte des moyens d'enregistrement des échos des palpeurs droits définissant la qualité du couplage acoustique, l'épaisseur de la frette, la situa- tion du point examiné en zone frettée ou non frettée et ses positions angulaire et linéaire, - des moyens d'enregistrement des échos des palpeurs inclinés obli- quement à l'intérieur d'un intervalle de temps centré sur le temps de parcours correspondant à la zone examinée, - et des moyens de contr8le définissant pour les palpeurs inclinés obli- quement à partir des indications des palpeurs droits un seuil de dé- tection de hauteur variable suivant que le point examiné se trouve en zone frettée ou non frettée. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caracté- ristiques suivantes: - Les moyens d'enregistrement des échos des palpeurs inclinés oblique- ment sont munis chacun d'un amplificateur à-deux gains différents. - Les déplacements du chariot automoteur et du bras porte-palpeurs sont commandés par un caleulateur muni d'instructions sur les intervalles unitaires angulaire et longitudinal d'enregistrement, de choix de l'in- tervalle de temps d'enregistrement des palpeurs en fonction de l'épais- seur de la frette, et de lecture des coordonnées angulaire et longitu- dinale. - Le calculateur est muni d'une instruction de détermination de la moyenne des amplitudes des signaux reçus par chacun des palpeurs inclinés obliquement et d'enregistrement de cette seule moyenne. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, le principe du fonctionnement d'un dispositif selon l'invention pour le contrôle des défauts de frettes du rotor d'un turbo-alternateur de grande puissance. La figure 1 représente schématiquement l'ensemble de deux bottiers Z578647 - 3 - de détection et le trajet des faisceaux ultrasoniques. La figure 2 représente une fraction du rotor et les divers points possibles de localisation d'un défaut. La figure 3 représente un élément d'échogramme des signaux d'un palpeur droit. La figure 4 représente un élément d'échogramme des signaux d'un palpeur oblique. La figure 5 représente un élément d'échogramme des signaux moyennés de deux palpeurs obliques. Dans la figure 1, on voit en face de la frette 1 les deux boîtiers de détection 2, 3 d'un bras porte-palpeurs fixé sur un plateau intermé- diaire d'un chariot automoteur, ces deux derniers non représentés. Le boîtier 2 comporte le palpeur droit 4, émetteur d'ondes longitudinales, et le palpeur oblique ou palpeur d'angle 5, émetteur d'ondes trans- versales. De même, le boltier 3 comporte le palpeur droit 6 et le palpeur d'angle 7. Les palpeurs droits émettent des faisceaux ultra-sonores 8, 9 à ondes longitudinales qui se réfléchissent sur la paroi interne de la frette du rotor. Les palpeurs d'angle émettent des faisceaux à ondes transversales qui suivent le trajet 10 à travers la frette. Les rayonne- ments émis par les palpeurs 5 et 7 convergent sur la face interne de la frette en 11. De la manière habituelle, il est injecté un liquide de couplage à l'interface entre la frette et les palpeurs, et celui-ei est récupéré par aspiration. La figure 2 représente la structure générale du pourtour du rotor, comprenant des dents 12 et des intervalles entre dents 13. Lorsque le bras porte-palpeurs tourne autour de la frette 1 le faisceau d'ondes ultra-sonores d'un palpeur d'angle se réfléchit succes- sivement sur le bord d'entrée d'une dent du rotor (point a), sur une dent (point tel que d), puis sur le bord de sortie (point b) et entre deux dents (point c), et ainsi de suite. Ces réflexions successives donnent lieu chacune à un écho qui apparait sur l'échogramme sous forme d'un pic tel que 15 (fig.4). Suivant la taille et la position d'un défaut éventuel, qui peut se situer indifféremment en a, b, c ou d, l'écho provoqué par ce défaut peut être plus fort ou plus faible que les échos dûs aux dents du rotor (échos de forme) ou même se confondre avec l'un de _ 4- ces échos. De plus, deux défauts de dimension identique donneront lieu à des échos d'amplitude différentes suivant qu'ils sont situés en un point tel que c (entre deux dents) ou d (sur une dent). Dans le premier cas, toute l'énergie ultra-sonore reste dans la frette et sera donc réfléchie par le défaut. Dans le second cas, une grande partie de l'énergie ultra-sonore traverse l'inter face frettée et se perd dans la dent; le défaut ne réfléchira qu'une fraction de l'énergie incidente. Le traitement des signaux est le suivant. Provenant de chacun des palpeurs droits à ondes longitudinales, on recueille les signaux correspondant à l'amplitude de l'écho et au temps de parcours du faisceau ultra-sonore dans la frette (figure 3). Ces signaux donnent un échogramme d'abscisses L et d'ordonnées H, comportant des pics 14. Ces quatre signaux définissent: - la qualité du couplage acoustique l'épaisseur de la frette - la situation du palpeur en zone frettée ou non frettée Provenant de chacun des palpeurs d'angle à ondes transversales, on recueille également les signaux correspondant à l'amplitude de l'écho et au temps de parcours du faisceau ultra-sonore dans la frette. Ces signaux sont acquis deux fois en utilisant deux valeurs de gain différentes sur l'appareil à ultra-sons, de façon à augmenter artificiellement la dyna- mique de cet appareil et à s'affranchir plus facilement du bruit de fond. Les signaux d'amplitude des échos sont recueillis à l'intérieur d'une "porte" centrée sur le temps de parcours correspondant à la zone d'examen. La largeur de cette porte est déterminée en fonction de la résolution souhaitée et de l'information recherchée. Au début de l'enregistrement, on positionne un palpeur à ondes longitudinales sur une zone non frettée et le calculateur lit le temps de parcours OL. On positionne manuellement la porte d'observation et le calcu- lateur lit le temps de parcours OT du palpeur à ondes transversales. Le rapport de ces 2 temps de parcours OL est un rapport d'homo- OT thétie qui permet de positionner la porte correctement en fonction des variations d'épaisseur de la frette. - 5 - Les signaux des quatre palpeurs, décalés géométriquement, sont recadrés dans l'axe du bras porte-palpeurs. L'énergie ultra-sonore réfléchie par un défaut, donc l'amplitude de l'écho qu'il provoque, étant différente suivant que l'on se trouve en zone frettée (sur une dent) ou en zone non frettée (entre deux dents ou en dehors de la zone de frettage), l'information d'amplitude fournie par les palpeurs à ondes longitudinales sert à définir un seuil de hauteur variable suivant que l'on se trouve en zone frettée ou non, de façon à conserver une sensibilité de détection sensiblement constante vis-à-vis des défauts. L'échogramme à abscisses L et ordonnées H des palpeurs à ondes transversales (figure 4) contient les échos de forme (pics 15) et les échos de défauts éventuels. Après avoir effectué un moyennage de ces signaux, on obtient un échogramme à pics 16. Tout dépassement du seuil variable 17 (figure 5) correspond à une anomalie, donc à une présomption de défaut. L'acquisition des données a lieu par exemple toutes les 20 milli- secondes, ce qui correspond à une longueur de circonférence de 0,5 mm pour une vitesse d'examen de 25 mm/sec. L'acquisition dure 600 micro sec, ce qui laisse un peu plus de 19 millisecondes pour effectuer le traitement des informations en temps réel. La sauvegarde des informations, après traitement, peut être effec- tuée sur bande magnétique sous forme numérisée. On ne conserve alors qu'une seule valeur de gain pour les signaux des palpeurs à ondes trans- versales. L'enregistrement des résultats se fait sous forme graphique, soit sur écran de visualisation, soit sur papier par retranscription automa- tique. Chaque module de représentation graphique correspond par exemple à 250 mm de longueur circonférentielle sur la totalité de la longueur de la frette. Le calculateur contrôle les déplacements du bras porte-palpeurs et du chariot et en transmet les ordres à la boîte de commande; Sès fonc- tiens programmées sont les suivantes: - Commande marche-arrêt. -6 - Définition de l'angle (en longueur circonférentielle) à balayer (axe X + et -). - Définition de l'incrément longitudinal (axe Y + et -). - Lecture des valeurs X et Y. - Arrêt sur défaut de couplage acoustique. - Retour de la mécanisation en un point de coordonnées x, y. - 7 - REVENDICATIONS 1/ Dispositif de contr8le des défauts de frettes de rotors de machines électriques, comprenant un chariot automoteur mobile autour de l'arbre du rotor, un bras porte-palpeurs porté par ce chariot et susceptible de déplacements longitudinaux parallèles à l'axe de l'entrefer entre le stator et la frette du rotor, portant à son extrémité deux bottiers (2, 3) de détection comportant chacun un palpeur droit à ondes longitu- dinales (4, 6) et un palpeur incliné obliquement à ondes transver- sales (5, 7), chacun de ces derniers étant d'inclinaison symétrique par rapport aux rayons du rotor et jouant les rôles d'émetteur et de récep- teur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'enregistrement des échos des palpeurs droits définissant la qualité du couplage acoustique, l'épaisseur de la frette, et la situation du point examiné en zone frettée ou non frettée, des moyens d'enregistrement des échos des palpeurs inclinés obliquement à l'intérieur d'un intervalle de temps centré sur le temps de parcours correspondant à la zone examinée, et des moyens de contr8le définissant pour les palpeurs inclinés obli- quement à partir des indications des palpeurs droits un seuil de détec- tion de hauteur variable suivant que le point examiné se trouve en zone frettée ou non frettée. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'enregistrement des échos des palpeurs inclinés obliquement sont munis chacun d'un amplificateur à deux gains différents. 3/ Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les déplacements du chariot automoteur et du bras porte-palpeurs sont commandés par un calculateur muni d'instructions sur les intervalles unitaires angulaire et longitudinal d'enregistrement, de choix de l'in- tervalle de temps d'enregistrement des palpeurs en fonction de l'épais- seur de la frette, et de lecture des coordonnées angulaire et longi- tudinale. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le calcu- lateur est muni d'une instruction de détermination de la moyenne des amplitudes des signaux reçus par chacun des palpeurs inclinés obli- quement et d'enregistrement de cette seule moyenne.