Brevet FR2599839A1 — publié le 19871211

- DISPOSITIF PYROMETRIQUE POUR INDIQUER LA TEMPERATURE DES AUBES D'UNE TURBINE A GAZ La présente invention concerne un dispositif pyrométrique pour fournir une indication de la température d'aubes rotatives d'un moteur à turbine à gaz, comportant un pyromètre dont le champ de visée est orienté vers une zone de passage des aubes et qui délivre un signal de sortie en fonction du 5 rayonnement qu'il reçoit, et une unité de traitement qui reçoit ce signal de sortie et délivre une indication de température. La mesure de température d'aubes rotatives dans un moteur à turbine à gaz peut s'effectuer au moyen d'un dispositif pyrométrique qui analyse le 10 rayonnement émis par les aubes et qui en tire une mesure de la temperature de ces aubes. Un problème se présentant dans ces dispositifs est qu'un rayonnement provenant des flammes produites par le combustible brûlant dans la chambre de combustion peut atteindre le pyromètre, directement ou par réflexion sur des éléments mobiles ou stationnaires du moteur. Si ce 15 rayonnement parasite ou les signaux qu'il produit dans le dispositif pyrométrique ne sont pas éliminés, cela peut entraîner des erreurs dans la mesure de température. Les tentatives pour éliminer les effets des signaux de flamme sont rendues plus difficiles par le fait que le dispositif peut être appelé à répondre à un signal anormalement élevé, tel que celui qui résulte 20 d'une aube surchauffée. La présente invention a pour but de fournir un dispositif pyrométrique agencé pour être insensible aux signaux d'amplitude excessive produits par un rayonnement provenant de la chambre de combustion. 25 Selon un premier aspect, l'invention fournit un dispositif pyrométrique du type spécifié en préambule, caractérisé en ce que l'unité de traitement détecte un signal de température excessive qui est plus élevé que le signal moyen de température d'aube et qui est produit en synchronisme avec 30 chaque signal de température d'aube, et en ce que cette unité de traitement bloque le passage dudit signal de sortie durant les arrivées successives du signal de température excessive en synchronisme avec la fréquence de rotation des aubes, de manière à éliminer l'effet du signal de température excessive de l'indication de la température des aubes. - 2 Dans une forme du dispositif, l'unité de traitement reçoit un signal d'entrée représentatif de la vitesse du moteur. Dans une autre forme, l'unité de traitement est à synchronisation automatique à partir du signal de sortie du pyromètre. Selon un autre aspect, l'invention fournit un dispositif pyrométrique du type spécifié en préambule, caractérisé en ce que l'unité de traitement comporte une unité de synchronisation et un organe de déclenchement, et en ce que l'unité de synchronisation commande l'organe de déclenchement de manière 10 à le fermer durant un intervalle de temps situé entre le passage d'aubes successives, pour bloquer le passage de signaux de température excessive provenant de la chambre de combustion du moteur. Dans les différentes réalisations susmentionnées, le signal de sortie du 15 pyromètre peut être soit un signal électrique, soit un signal optique. Selon un autre aspect, la présente invention concerne un procédé pour fournir une indication de la température d'aubes rotatives d'un moteur à turbine à gaz, dans lequel on vise une zone de passage des aubes au moyen 20 d'un pyromètre. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on contrôle les signaux de sortie du pyromètre de manière à identifier quelles parties de ces signaux sont dues au rayonnement des aubes et lesquelles sont dues au rayonnement de la chambre de combustion, en ce que l'on met une unité de synchronisation en synchronisme avec les signaux dus aux aubes, en ce que 25 l'on utilise l'unité de synchronisation pour interrompre en conséquence le passage des signaux dus à la chambre de combustion, et en ce que l'on délivre un signal de sortie indiquant la température des aubes d'après les signaux que l'unité de synchronisation laisse passer. On décrira ci-dessous à titre d'exemple un dispositif pyrométrique selon la présente invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels la fig.l est une vue schématique en coupe longitudinale d'un moteur à turbine à gaz, montrant notamment des pyromètres installés dans ce moteur, 35 les fig. 2 et 3 représentent les signaux de sortie respectifs des pyromètres représentés sur la fig. 1, et - 3 - 2599839 la fig. 4 est un schéma du dispositif pyrométrique. Sur la fig. 1, on a représenté un moteur 1 à turbine à gaz, comportant des aubes de turbine 2 situées en aval de la chambre de combustion 3 du 5 moteur. Un pyromètre optique 10 de type connu est monté dans l'enveloppe 4 du moteur de manière à viser les aubes 2 à travers une ouverture de l'enveloppe. En pratique, on peut utiliser plusieurs pyromètres montés en différents emplacements autour de cette enveloppe. Une autre solution de montage des pyromètres est illustrée par le pyromètre 10' qui est disposé de 10 manière à viser les aubes 2 plus radialement. Le rayonnement reçu par le pyromètre 10 provient du rayonnement thermique émis par les aubes 2 en fonction de leur température. Le pyromètre peut aussi recevoir un rayonnement provenant de la chambre de 15 combustion 3 par réflexion sur les aubes 2 elles-mêmes quand elles tournent, ou par une réflexion secondaire sur les aubes après une réflexion intermédiaire sur d'autres surfaces du moteur, selon l'angle et la position de montage du pyromètre. Le pyromètre 10' peut recevoir un rayonnement direct de la chambre de combustion 3, entre les aubes 2 défilant devant lui, si la position angulaire et l'emplacement du pyromètre sont tels qu'il est dirigé au moins partiellement vers la chambre de combustion. Le signal de sortie du pyromètre 10 peut être un signal électrique ou optique, selon le type de pyromètre utilisé, et il est transmis sur un câble 1 1l qui est un câble électrique ou un câble optique. Un signal de sortie typique produit par le pyromètre 10 est représenté sur la 30 fig. 2, tandis que le signal de sortie du pyromètre 10' est représenté sur la fig. 3. Dans les deux cas le signal total du pyromètre, représenté par la ligne cortinue, comprend deux composantes, à savoir le signal normal BS dû aux aubes et le signal decombustion CS. Le signal d'aubes normal BS est représenté en traits interrompus et il est dû au rayonnement émis par les 35 aubes elles-mêmes. Le signal de combustion CS est dû à un rayonnement qui provient de la chambre de combustion pour atteindre le pyromètre soit directement soit par réflexion. Ce signal se superpose au signal d'aubes BS. - 4 -2599839 En considérant tout d'abord la fig. 2, on -voit que le signal monte relativement vite d'une température de base T1 à la température d'aubes T2 quand une aube 2 entre dans le champ de visée du pyromètre. Ensuite, le signal chute quand l'aube 2 sort du champ de visée, puis il remonte à une 5 valeur T3 quand la position angulaire de l'aube devient telle qu'un rayonnement provenant de la chambre de combustion 3 est réfléchi dans le champ de visée du pyromètre 10. Ce signal retombe ensuite au niveau de base Tl quand l'aube se déplace en dehors du champ de visée du pyromètre. Le signal reçu sur le câble 11 présente donc deux séries de pics, dont l'une 10 est due au rayonnement émis par les aubes 2 et l'autre est due au rayonnement provenant de la chambre de combustion 3. La fig. 3 montre le signal obtenu quand les aubes sont visées plus radialement. La base plate du signal d'aubes est due au rayonnement émis 15 par les zones plus froides de la racine de l'aube et du disque de turbine. En référence à la fig. 4, les signaux de sortie transmis sur le câble 11 sont délivrés à une unité de traitement 20 qui peut être un microprocesseur. L'unité de traitement 20 fonctionne de nmanière à détecter le signal de 20 combustion CS durant le passage d'une ou plusieurs aubes et à utiliser cette information pour bloquer les signaux durant les intervalles de temps o les signaux de combustion sont produits. Les signaux de combustion CS peuvent être éliminés de plusieurs manières 25 différentes. En particulier, l'unité de traitement 20 peut comporter une unité de synchronisation 21 qui commande l'ouverture et la fermeture d'un organe de déclenchement 22 tel qu'un déclencheur périodique connecté au câble 11, de manière à laisser passer ou respectivement à bloquer les signaux de combustion CS. L'unité de synchronisation 21 peut recevoir par 30 une ligne 23 un signal de référence en fonction de la vitesse du moteur, ou elle peut être à synchronisation automatique sur la base des signaux qu'elle reçoit du pyromètre 10 lui-même. Dans les deux cas, l'unité de synchronisation 21 détecte à quel moment une aube se trouve ou ne se trouve pas dans le champ de visée du pyromètre et elle commande en consequence 35 l'organe de déclenchement 22. Ceci s'effectue en contrôlant initialement le rayonnement reçu par le pyromètre pour le moteur en question et en identifiant quelles parties du tracé du signal correspondent au rayonnement de combustion ou au rayonnement des aubes. On peut détecter les signaux 2599839 de combustion en identifiant les moments o sont produits les signaux d'aubes et en identifiant alors un signal de combustion par le fait qu'il se produit entre les signaux d'aubes. Autrement, si la valeur maximale de la température moyenne des aubes est connue, des signaux de combustion 5 peuvent être identifiés comme étant supérieurs à cette valeur. Une fois qu'on a identifié les parties respectives du signal qui proviennent des aubes et de la chambre de combustion, on peut régler l'unité de synchronisation de manière à produire à sa sortie des signaux de déclenchement durant les parties voulues du cycle des signaux reçus par le câble Il. Pendant la suite 10 du fonctionnement du dispositif, seuls les signaux arrivant durant les intervalles qui coïncident avec le passage d'une aube dans le champ de visée du pyromètre 10 pourront traverser l'organe de déclenchement 22. Ces signaux sont délivrés à une unité de sortie 24 délivrant sur une ligne 25 un signal de sortie indiquant la température. Ces procédures peuvent être 15 effectuées sur un moteur en laboratoire, les résultats étant utilisés pour programmer les commutations effectuées par l'unité de synchronisation dans ce type de moteur lorsqu'il est en fonction, que ce soit dans un avion ou dans d'autres applications. De tels dispositifs pyrométriques permettent ainsi de déterrniner la température des aubes avec précision, sans être affectés par les flammes de la chambre de combustion. Néanmoins, le dispositif peut toujours être sensible à une aube surchauffée, puisqu'un signal de température provenant d'une telle aube ne survient que lorsque l'organe de déclenchement est 25 ouvert. -6- 2599839 Revendications 1. Dispositif pyrométrique pour fournir une indication de la température d'aubes rotatives d'un moteur à turbine à gaz, comportant un pyromètre dont le champ de visée est orienté vers une zone de passage des aubes et qui délivre un signal de sortie en fonction du rayonnement qu'il reçoit, et 5 une unité de traitement qui reçoit ce signal de sortie et délivre une indication de température, caractérisé en ce que l'unité de traitement (20) détecte un signal de température excessive qui est plus élevé que le signal moyen de température des aubes et qui est produit en synchronisme avec chaque signal de température des aubes, et en ce que cette unité de 10 traitement (20) bloque le passage dudit signal de sortie durant les arrivées-. successives du signal de température excessive en synchronisme avec la fréquence de rotation des aubes, de manière à éliminer l'effet du signal de température excessive de l'indication de la température des aubes (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de traitement (20) reçoit un signal d'entrée représentatif de la vitesse du moteur. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité- de 20 traitement (20) est à synchronisation automatique à partir du signal de sortie du pyromètre (10). 4. Dispositif pyrométrique pour fournir une indication de la température d'aubes rotatives d'un moteur à turbine à gaz, comportant un pyromètre 25 dont le champ de visée est orienté vers une zone de passage des aubes et qui délivre un signal de sortie en fonction du rayonnement qu'il reçoit, et une unité de traitement qui reçoit ce signal de sortie et délivre une indication de température, caractérisé en ce que l'unité de traitement (20) comporte une unité de synchronisation (21) et un organe de déclenchement 30 (22), et en ce que l'unité de synchronisation (21) commande l'organe de déclenchement (22) de manière à le fermer durant un intervalle de temps situé entre le passage d'aubes successives (2), pour bloquer le passage de signaux de température excessive provenant de la chambre de combustion du moteur. -7- 72599839 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal de sortie du pyromètre (10) est un signal électrique. 6. Dispositif selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que le signal de sortie du pyromètre (10) est un signal optique. 7. Procédé pour fournir une indication de la température d'aubes rotatives d'un moteur à turbine à gaz, dans lequel on vise une zone de passage des aubes au moyen d'un pyromètre, caractérisé en ce que l'on contrôle les 10 signaux de sortie du pyromètre (10) de manière à identifier quelles parties de ces signaux sont dues au rayonnement des aubes (2) et lesquelles sont dues au rayonnement de la chambre de combustion, en ce que l'on met une unité de synchronisation (21) en synchronisme avec les signaux dus aux aubes, en ce que l'on utilise l'unité de synchronisation (21) pour interrompre 15 en conséquence le passage des signaux dus à la chambre de combustion, et en ce que l'on délivre un signal de sortie indiquant la température des aubes d'après les signaux que l'unité de synchronisation (21) laisse passer.