Brevet FR2690990A1 — publié le 19931112

i SYSTEME D'EXAMEN D'UNE TURBOMACHINE DESCRIPTION L'invention concerne un système d'examen d'une turbomachine comprenant notamment une pluralité de sondes engagées dans celle-ci et qui peuvent être de température ou de pression. Les mesures des caractéristiques d'écoulement dans les turbomachines lors des essais de celles-ci pour les qua Lifier avant la fabrication en série sont très nombreuses et nécessitent la présence d'un nombre de sondes assez important qui doivent de plus être constamment déplacées en direction longitudinale ou frontale, radiale, ou bien doivent être orientées selon la direction de l'écoulement s'il s'agit de sondes de pression dynamique Dans la conception auparavant en service chez la demanderesse, les opérateurs devaient régler les positions des sondes en commandant manuellement les moteurs qui les mouvaient par l'intermédiaire de mécanismes de transmission, ce qui était toujours assez long. Le système ici proposé est caractérisé en ce qu'il comprend un ordinateur de commande qui émet des instructions de déplacement des sondes, des convertisseurs des instructions en impulsions de mise en marche des moteurs, des capteurs de position sur les transmissions, qui sont reliés à l'ordinateur par un conditionneur et indiquent la position des sondes. On peut ainsi commander facilement et de manière centralisée tout le système d'examen. Dans le cas fréquent o les sondes comprennent les sondes de pression tournant autour d'un axe et pourvues de trois orifices de prise de pression totale, les orifices étant perpendiculaires à l'axe et orientés dans des directions divergentes et deux d'entre eux étant reliés à deux entrées d'un secteur de pression différentielle, il est avantageux de prévoir un montage plus compliqué dans lesquels les capteurs de pression différentielle sont reliés respectivement au moteur pour déplacer les sondes de pression par des unités de traitement aptes à mettre en marche les moteurs en fonction de signaux de sortie des capteurs de pression différentielle L'ordinateur doit alors être conçu pour établir des commutations de commande des moteurs entre les unités de traitement et les convertisseurs On obtient alors la possibilité de pouvoir commander automatiquement l'alignement des capteurs de pression sur l'écoulement en plaçant le troisième orifice, qui est classiquement disposé à mi- distance angulaire des autres et relié à un capteur de pression totale, en face de l'écoulement. Un autre perfectionnement optionnel consiste en ce que les moteurs sont pourvus de capteurs de déplacement reliés à l'ordinateur afin de confirmer le bon fonctionnement de ces moteurs. L'invention va maintenant être décrite à l'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif d'une réalisation de l'invention: la figure 1 est une vue générale du système, la figure 2 est une vue d'un mécanisme porte- sonde, la figure 3 est une vue d'un autre mécanisme porte-sonde, la figure 4 est une vue générale de deux mécanismes porte-sonde montés sur une section de turbomachine, et représente une sonde de L a f igure pression et les pièces qui lui sont alliées. Le système d'examen de la turbomachine conforme à l'invention est donc un système d'asservissement de la position de sondes qui peut être généralement à commande manuelle très simplifiée ou même entièrement automatique dans un cas particulier qui sera décrit plus loin Les sondes sont de modèle courant et sont placées à différents endroits d'une turbomachine Tous Les mécanismes et les moyens pour les commander peuvent être identiques, de sorte que la description ne portera que sur ceux d'une seule sonde. Un ordinateur 1 muni d'une extension 2 qui lui est reliée par un câble de liaison 3, est affecté à la commande des dispositifs qui vont suivre Il est muni d'un clavier et d'un écran grâce auxquels l'opérateur peut fournir des instructions qui sont ensuite émises L'extension 2 permet de brancher un nombre de câbles suffisant pour toutes les sondes Deux câbles électriques 4 alimentent respectivement l'ordinateur 1 et l'extension 2 en courant électrique. Un bo Ytier 5 conditionne les signaux fournis par les capteurs équipant les sondes et les renvoie sur demande vers l'ordinateur I par un câble 6 qui aboutit à l'extension 2. Chaque sonde est commandée par les dispositifs d'asservissement dont la description va maintenant suivre Ils sont au nombre de trois et référencés respectivement par 7, 8 et 9 si la sonde qu'ils commandent doit être animée à la fois de déplacements radiaux longitudinaux et de pivotement. Sinon, ils peuvent être moins nombreux Chacun d'eux est muni d'une unité de puissance 10 reliée à un moteur électrique pas à pas par un câble 11 de liaison Les moteurs électriques, qui commandent les sondes, seront décrits plus tard avec elles Chaque dispositif d'asservissement 7, 8 et 9 comprend en outre un indexeur 12 destiné à commander l'unité de puissance 10 correspondante et qui est apte à convertir les instructions qu'il reçoit de l'ordinateur 1 sur les déplacements à imposer à la sonde en termes de distance et de sens du déplacement, et éventuellement de vitesse, en rampes d'accélération et de décélération des moteurs L'unité de puissance 10 amplifie les signaux reçus au niveau convenable et les décompose en les transformant pour commander à toutes les phases du moteur. Les indexeurs 12 sont reliés à l'extension 2 par l'intermédiaire d'un câble 13 sur lequel ils sont situés en série Les indexeurs des autres sondes, qui ne sont pas représentés, sont également en série sur ce même câble 13 L'ordinateur 1 permet de programmer facilement les instructions de commande pour les distribuer aux indexeurs 12 concernés. Le dispositif d'asservissement des sondes en déplacement angulaire 7 est plus compliqué et comporte en outre un inverseur 14 relié par un câble 15 à L'extension 2, un oscillateur 16 et une unité de lecture de pression différentielle 17 L'inverseur 14 permet d'interrompre la commande de l'unité de puissance 10 par l'indexeur 12 pour substituer une commande par l'oscillateur 16, qui procède de la même façon mais à l'aide du signal de sortie de l'unité de lecture de pression différentielle 17, selon un principe qui sera expliqué. On désigne par 18 les câbles d'alimentation en électricité des dispositifs d'asservissement 7 à 9 et en particulier des unités de puissance 10, par 19 des câbles originaires de la sonde et qui transmettent aux indexeurs 12 (à l'inverseur 14 pour le dispositif d'asservissement en position angulaire 7) les indications de fin de course de la sonde, et par 20 des câbles qui transmettent aux unités de puissance 10 l'annonce de la bonne exécution des rotations exigées des moteurs. L'unité de puissance 10 est reliée à l'indexeur 12 directement pour les dispositifs d'asservissement 8 et 9 et par l'intermédiaire de l'inverseur 14 pour le dispositif de commande 7; elle peut aussi comme on l'a vu être reliée à l'oscillateur 16 par cet inverseur 14. Le conditionneur 5 est alimenté en signaux de sortie des sondes par des câbles 21, et d'autres câbles 22 retransmettent ces informations après qu'elles ont été traitées à un système de relevé automatique des mesures qui peut être une imprimante, un traceur de courbes ou tout autre dispositif analogue. Le mécanisme de la figure 2 est destiné à commander une sonde à la fois en déplacement angulaire et en déplacement radial Deux moteurs pas à pas 30 sont reliés aux dispositifs d'asservissement 7 et 8 par des câbles de liaison 11 Les moteurs pas à pas 30 sont d'autre part reliés par des câbles flexibles 31, aptes à transmettre des couples, au mécanisme de commande et pénètrent dans un boîtier 32 de celui-ci par un embout 33 respectif dont un seul est représenté Chacun d'eux fait tourner une vis sans fin 34 qui forme un engrenage avec un pignon 35 à gorge. Le pignon 35 associé au dispositif d'asservissement de position angulaire 7 est fixé à un arbre à section carrée 38 sur lequel est monté un pignon 39 qui transmet la rotation dont il est animé à une roue dentée 40 liée à une tige porte-sonde 41 parallèle à l'arbre à section carrée 38 Une autre roue dentée 42 est reliée par une courroie 43 à un pignon 44 appartenant à un résolveur 45 dont la fonction est de mesurer les déplacements angulaires imposés à la tige porte-sonde 41 L'arbre du résolveur 45 porte également, de part et d'autre du pignon 44, deux interrupteurs tournants 46 qui peuvent tour à tour venir toucher un taquet respectif 47 indiquant une fin de course admise Les interrupteurs 46 sont tous deux reliés au câble 19. Le résolveur 45 est solidaire d'un chariot mobile de même que le pignon 39, qui est libre de coulisser sur l'arbre à section carrée 38, et la tige porte-sonde 41 dont l'extrémité est serrée par un collier 49 solidaire du chariot 48. Le chariot 48 porte deux écrous 50 engagés dans un arbre à vis 51 sur lequel le pignon 35 associé au dispositif d'asservissement de position radiale 8 est monté La rotation de l'arbre à vis 51, qui est, de même que l'arbre à section carrée 38, monté sur le boîtier 32 par des roulements, déplace le chariot 48 verticalement, le long de son axe, et fait coulisser la tige porte-sonde 41 dans un palier lisse 52 solidaire du boîtier 32 et qui la soutient Le palier lisse 52 appartient à un manchon de maintien 58 terminé par une portion filetée inférieure 59. Le sommet de l'arbre à vis 51 pénètre dans un codeur optique 53 Il est muni là d'un disque gradué 54 qui tourne devant une pointe de lecture 55 Il existe enfin deux capteurs de fin de course radiale 56, fixés au chariot 48 et disposés de façon à pouvoir toucher tour à tour des butées respectives 57 situées à des hauteurs différentes sur le boîtier 32 Ils sont reliés au câble 19 Le résolveur 45 et le codeur optique 53 sont reliés au conditionneur 5 par les câbles 21 Des codeurs optiques 60 sont situés devant les arbres des moteurs pas à pas 30 Ils sont aptes à délivrer deux signaux carrés déphasés, de manière à indiquer les valeurs et Les sens de rotation des arbres aux unités de puissance 10 des dispositifs d'asservissement 7, 8 ou 9 concernés par des câb Les 20 Un contrôle du bon fonctionnement des moteurs pas à pas 30 est ainsi effectué. Le mécanisme de commande de position frontale, représenté sur la figure 3, comprend lui aussi un moteur pas à pas 30 relié au dispositif d'asservissement correspondant 9 par un des câbles de liaison 11, et il comprend en outre un autre câble flexible 31 qui pénètre dans un embout 65 analogue aux embouts 33 et situé sur un boîtier 66 qui renferme Le mécanisme de commande proprement dit Le câble flexible 31 est terminé par un pignon 67 à l'extrémité d'un train d'engrenage 68 qui fait tourner une vis 69 La vis 69 est engagée dans un évidement 70 d'un guide de sonde 71, mobile dans le boîtier 66 et muni d'un coulisseau 72 dans une extrémité duquel l'évidement 70 est percé La vis 69, l'évidement 70 et le coulisseau 72 sont coaxiaux à un évidement 73 de même section non circulaire que le coulisseau 72 et percé à travers le boîtier 66 Une douille taraudée 74 est engagée à l'extrémité de l'évidement 70 et permet de convertir la rotation de La vis 69 en déplacement axial du coulisseau 72. Le guide de sonde 71 se compose, outre du coulisseau 72, d'un manchon 85 qui s'évase vers le bas pour former une bride 86 Le manchon 85 entoure une partie de la tige porte-sonde 41 et pénètre partiellement dans un perçage 76 de l'enveloppe d'une turbomachine devant une zone o des mesures sont demandées Le perçage 76 est de largeur suffisante pour que la tige porte-sonde 41 ne touche pas ses parois quels que soient les déplacements du guide de sonde 71, dont les déplacements sont d'ailleurs limités par deux interrupteurs 77 situés sur le boîtier 66 et que le manchon 85 vient tour à tour toucher Ces interrupteurs 77 sont engagés autour du bottier 66 par des colliers de serrage et peuvent être bloqués à des positions variables. La roue dentée du train d'engrenage 68 responsable de la rotation de la vis 69 fait également tourner une tige 78, coaxiale à la vis 69 et située de son autre côté: la tige 78 appartient à un codeur optique 79 et porte de même que le codeur optique précédemment mentionné un disque gradué 80 passant devant une pointe de lecture 81. Le bottier 66 comprend une bride 82 qui entoure le manchon 85 et est destinée au vissage du boîtier 66 sur une couronne d'appui 83 de l'enveloppe de la turbomachine, autour du perçage 76; enfin, le manchon 85 est terminé à son extrémité supérieure par un écrou 84 dans lequel la portion filetée inférieure 59 du manchon de maintien 58 peut être vissée On parvient ainsi à unir les deux dispositifs de guidage de la sonde sans entraver les mouvements de la tige porte- sonde 41 La figure 4 représente le montage obtenu ainsi que la sonde dans son ensemble La bride 86 serait utilisée pour fixer le dispositif sur la turbomachine sans le modifier d'aucune manière si seuls des déplacements radiaux et angulaires de la sonde étaient nécessaires Le perçage à travers l'enveloppe de la turbomachine serait alors de plus petit diamètre pour permettre la fixation. On passe maintenant au commentaire de la figure 5 o une sonde de pression 90 perfectionnée est représentée Elle comprend un tube 91, constituant L'extrémité engagée dans la turbomachine de la tige porte-sonde 41 et percé d'un orifice central 92 et de deux orifices latéraux 93 situés symétriquement par rapport au précédent sur une même section du tube 91, les trois orifices 92 et 93 étant situés dans des directions rayonnant à travers Le tube 91. L'orifice central 92 est relié à un capteur de pression totale 94 par l'intermédiaire d'un conduit , et deux conduits 96 relient respectivement les orifices latéraux 93 à un capteur de pression différentielle 97 qui peut être constitué essentiellement d'une membrane 98 délimitant deux chambres 99 dans chacune desquelles aboutit un des conduits 96; des jauges de contrainte 100 collées à la membrane 98 sont reliées par des fils électriques 101 à l'unité de lecture de pression différentielle 17 qui comporte en particulier un dispositif tel qu'un pont de Wheatstone pour déduire l'allongement des jauges de contrainte 100 Une telle sonde est classique pour permettre de mesurer la pression totale d'un écoulement quelle que soit sa direction: le tube 91 est tourné jusqu'à ce que les orifices latéraux 93 soient situés symétriquement par rapport à l'écoulement, représenté par la flèche large; ils subissent alors outre la pression statique une même fraction de la pression dynamique de l'écoulement, de sorte que le capteur de pression différentielle 97 délivre un signal nul On a a lors la certitude que l'orifice central 92 est situé en face de l'écoulement et que la pression mesurée par le capteur 94 est bien la pression totale du fluide à cet endroit. On constate cependant qu'en fonction de la pression statique un signal non nul peut apparaître dans cet état (à cause de la dissymétrie des chambres du capteur, de sa dérive thermique, etc) C'est pourquoi il importe de calibrer périodiquement le capteur de pression différentielle 97, ce qui est fait dans une position proche de l'équilibre (AP nul): on commute deux vannes 103 situées chacune sur un des conduits 96, qu'elles maintiennent normalement ouverts, de sorte que les deux chambres 99 communiquent désormais entre elles par la partie des conduits 96 au- deçà des vannes 103 et par un conduit de liaison 104 entre les vannes 103 Les pressions s'égalisent alors dans les chambres 99 et le signal subsistant représente la quantité dont il faut corriger les mesures pour la pression statique considérée. Il est alors possible de commander automatiquement l'alignement correct de la sonde en plaçant l'orifice central 92 devant la direction de l'écoulement On se fie alors au module oscillateur 16 pour commander le moteur électrique 30 concerné. Le système peut fonctionner soit sous la commande d'un opérateur qui ordonne les déplacements des sondes, soit automatiquement en suivant les instructions d'un programme qui fait accomplir aux sondes des séries de mesures à des positions définies à l'avance Même dans le premier cas, la manoeuvre des sondes est beaucoup plus rapide et moins astreignante que dans le système précédent o les sondes n'étaient reliées à aucun dispositif central de commande En effet, toutes les sondes, au nombre de douze dans le système effectivement construit, peuvent être manoeuvrées en même temps On constate aussi que les sondes sont placées avec une plus grande précision et plus vite. Les mécanismes de commande peuvent avantageusement être refroidis par des alimentations en air aboutissant aux boîtiers 32 et 66 et par lesquelles de l'air de refroidissement est soufflé Cet air sort par les ouvertures des boîtiers 32 et 66 L'avantage fondamental des câbles flexibles 31 est de reculer les moteurs électriques 30 de la zone chaude De plus, on c. 1 il obtient un gain en poids, ainsi qu'en encombrement des mécanismes I Ls permettent également de commander facilement les sondes manuellement, car il suffit de les débrancher et d'introduire dans les embouts 33 et 65 concernés une clef de même section. REVENDICATIONS 1 Système d'examen d'une turbomachine comprenant une pluralité de sondes ( 41) engagées dans la turbomachine et montées sur des mécanismes ( 38, 31, 50, 51, 68 à 72) pour les déplacer, les mécanismes étant reliés à des moteurs ( 30) par des transmissions ( 31), caractérisé en ce qu'il comprend un ordinateur de commande ( 1) qui émet des instructions de déplacement des sondes, des convertisseurs ( 7, 8, 9) des instructions en impulsions de mise en marche des moteurs ( 30), des capteurs de position ( 45, 53, 79) sur les transmissions, qui sont reliés à l'ordinateur par un conditionneur ( 5), et indiquent la position des sondes. 2 Système d'examen d'une turbomachine suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les sondes sont des sondes de température ou de pression. 3 Système d'examen d'une turbomachine suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les sondes comprennent des sondes de pression tournant autour d'un axe et pourvues de trois orifices ( 92, 93) de prise de pression totale, les orifices étant perpendiculaires à l'axe et orientés dans des directions divergentes, deux des orifices étant reliés à deux entrées d'un capteur de pression différentielle ( 97) et le troisième orifice, disposé à mi-distance angulaire des deux autres, étant relié à un capteur de pression totale ( 94). 4 Système d'examen d'une turbomachine suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les capteurs de pression différentielle sont reliés respectivement aux moteurs ( 30) reliés aux mécanismes pour déplacer les sondes de pression par des unités de traitement ( 16) aptes à mettre en marche les moteurs en fonction de signaux de sortie des capteurs de pression différentielle, L'ordinateur étant conçu pour établir des commutations de commande des moteurs entre les unités de traitement et les convertisseurs. 5 Système d'examen d'une turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que, pour chaque capteur de pression différentielle, deux conduits ( 96) relient ledit capteur à deux des orifices de prise de pression ( 93), les conduits étant munis de vannes ( 103) qui sont agencées pour permettre de les fermer tout en mettant alors en communication les deux entrées du capteur. 6 Système d'examen d'une turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, R 5 caractérisé en ce que les transmissions comprennent des câbles flexibles ( 31) de transmission de couple. 7 Système d'examen d'une turbomachine suivant l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que les moteurs sont pourvus de capteurs de déplacement ( 60) reliés à l'ordinateur ( 1).