Brevet FR2714171A1 — publié le 19950623

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DE LA TORSION DES AUBES MOBILES D'UNE TURBOMACHINE EN ROTATION La présente invention concerne un procédé de mesure de la torsion des aubes d'une turbomachine en rotation. Les compresseurs et les turbines qui équipent les turbomachines supportent des vitesses de rotation élevées. Durant le fonctionnement normal d'une turbomachine d'aviation, les différentes conditions de fonctionnement du moteur vont entraîner sur les aubes des charges qui seront dues à l'effet centrifuge et aux efforts aérodynamiques. Les effets composés de ces charges entraînent un dévrillage et une flexion des aubes et en fonction des jeux, un déplacement vers l'arrière ou vers l'avant du rotor de compresseur ou de turbine. Il est connu par FR-A-1281 292 un procédé pour mesurer instantanément le déplacement axial du rotor. Ce procédé utilise un seul dispositif pour mesurer le déplacement axial d'une seule aube, et ne peut convenir pour mesurer la torsion de chaque aube. FR-A-2 646468 propose un procédé pour mesurer la torsion d'une aube déterminée qui consiste à comparer une photographie de l'aube en mouvement avec une photographie de l'aube au repos. Ce procédé ne permet pas une mesure en temps réel de la torsion de chaque aube. Or la connaissance instantanée de la torsion de toutes les aubes, suivant les conditions de fonctionnement, est indispensable afin de permettre l'amélioration des performances des rotors et de leur résistance mécanique. Le but de la présente invention est de proposer un procédé qui permette la mesure en temps réel de la torsion de chaque aube, ainsi que son positionnement axial. Conformément à la présente invention, on émet au moins deux pinceaux lumineux radiaux en regard des chemins parcourus par les côtés bord d'attaque et bord de fuite des sommets des aubes, on détecte par des capteurs optiques linéaires, disposés à cheval sur lesdits chemins et au voisinage desdits pinceaux, les rayons lumineux réfléchis par lesdits sommets d'aubes lors de leur passage devant lesdits capteurs, et on détermine la longueur de la projection longitudinale de la corde de chaque aube en fonction des rayons réfléchis reçus par lesdits capteurs. Avantageusement on mesure simultanément les positions axiales du bord d'attaque et du bord de fuite de chaque sommet d'aube en fonction des rayons réfléchis reçus par lesdits capteurs. La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ces procédés. Ce dispositif comporte des moyens permettant d'émettre au moins deux pinceaux lumineux radiaux respectivement en regard des chemins parcourus par les côtés bord d'attaque et bord de fuite des sommets des aubes, des capteurs optiques linéaires, portés par le carter de la turbomachine et disposés à cheval sur lesdits chemins et au voisinage desdits pinceaux et un calculateur relié auxdits capteurs. Selon un mode de réalisation de ce dispositif, les capteurs optiques comportent une rampe de fibres optiques réceptrices disposées radialement et reliées au calculateur par l'intermédiaire de photo-détecteurs. Lesdites rampes sont de préférence inclinées par rapport à l'axe de rotation des aubes. L'angle d'inclinaison doit être parfaitement connu. Elles sont avantageusement disposées dans le plan de l'aube qui passe devant elles. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels: le figure 1 est une vue de face d'une grille d'aubes d'une turbomachine, la figure 2 est une vue radiale du sommet d'une aube en rotation, la figure 3 est une vue partielle de face d'une grille d'aubes d'une turbomachine munie du dispositif de mesure de torsion selon l'invention, la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3, les figures SA et 5B représentent la disposition des champs balayés par têtes d'aubes par rapport aux dispositifs de mesure selon l'invention pour différents calages d'aubes. La référence 1 désigne une aube courante d'une grille d'aubes 2 d'un compresseur, turbine ou soufflante d'un turboréacteur, qui en fonctionnement tourne autour de l'axe 3 du turboréacteur et se déplace dans le sens de la flèche 4. On a désigné par 5 le bord d'attaque du sommet 6 de l'aube 1 et par 7 le bord de fuite du même sommet d'aube 6. Lorsque la grille d'aubes 2 tourne autour de l'axe 3, le bord d'attaque 5 décrit un chemin circulaire 8 autour de l'axe 3 et le bord de fuite 7 décrit un chemin circulaire 9 parallèle au chemin circulaire 8 et espacé de ce dernier d'une distance D qui correspond à la largeur du champ balayé par le sommet 5 de l'aube 1. L représente la distance séparant le bord d'attaque 5 du bord de fuite 7, c'est-à-dire la longueur de la corde de l'aube 1 en sommet d'aube 6. L'angle C défini par la corde de l'aube 1 et le plan de rotation de la grille d'aubes 2 détermine l'angle de calage de la coupe de tête des aubes. L'angle C est relié aux valeurs L et D par la relation: C = Arcsin (D/L) Lors du fonctionnement normal du turboréacteur, les aubes 1 sont soumises à des charges dues aux efforts aérodynamiques et aux forces centrifuges. Les effets combinés de ces charges entraînent un dévrillage et une flexion des aubes 1, et par le fait même des variations de l'angle de calage C et un déplacement vers l'avant ou vers l'arrière des chemins 8 et 9 parcourus respectivement par le bord d'attaque 5 et le bord de fuite 7. Le principe de la mesure du calage C, selon l'invention consiste à quantifier le champ D balayé par chaque sommet d'aube 6 durant la rotation. Sur une génératrice 10 du carter 11 du turboréacteur, il est prévu en regard des chemins 8 et 9 et à cheval sur ces derniers, deux dispositifs semblables 12a, 12b qui permettent, chacun, d'émettre un pinceau lumineux radial 13 et de capter les rayons réfléchis par les sommets d'aubes 6 lors de leur passage devant lesdits dispositifs 12a, 12b. Les deux dispositifs 12a, 12b étant semblables, seul le dispositif 12a sera décrit ci-après. Ce dispositif 12a comporte une pluralité de fibres optiques émettrices 14 reliées à une source lumineuse 15 et destinées à émettre en permanence un pinceau lumineux 13, et une rampe 16 de fibres optiques réceptrices 17 disposées côte à côte. La rampe 16 est de préférence noyée dans la pluralité de fibres optiques émettrice 14. Toutes les fibres optiques 14 et 17 sont dirigées vers l'axe 3 de la turbomachine. Les fibres optiques réceptrices 17 sont reliées à des photo-détecteurs 18 eux-mêmes reliés à un calculateur 19 qui à l'aide de logiciels appropriés permet à chaque passage d'une aube 1 quelconque devant une rampe 16 de déterminer, en fonction du nombre de fibres optiques réceptrices 17 ayant reçu des rayons lumineux réfléchis par le sommet d'aube 6, le déplacement axial du chemin 8 ou 9 du côté bord d'attaque 5 ou bord de fuite 7 de ladite aube 1. On conçoit facilement que, du fait que les deux dispositifs détecteurs 12a, 12b sont fixés à demeure sur le carter 13, le calculateur 19 puisse évaluer la distance D séparant les deux chemins 8 et 9 de chaque aube 1 ainsi que le niveau vibratoire de chaque aube 1 en fonction des variations de son déplacement axial à chaque tour de rotation de la grille d'aubes 2. Le calculateur 19 est avantageusement relié à un écran 20 affichant en temps réel - le calage de la coupe de tête de chaque aube, - la position axiale des aubes 1 par rapport au carter 13, et - le niveau vibratoire de chaque aube. Afin de favoriser les précisions dans les mesures, les rampes 16 sont de préférence inclinées par rapport à l'axe de rotation 3 et les fibres optiques réceptrices 17 sont alignées dans le plan radial de la tête d'aube 6 voisine. Les diamètres des fibres 17 sont relativement faibles afin d'obtenir une bonne résolution. A tire d'exemple, lorsque la rampe 16 est inclinée à 45 et comporte 15 fibres alignées sur 14 mm, la résolution est de 0,57 mm. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, les deux rampes 16 de détection sont alignées sur une génératrice 10 du carter 11. fi est naturellement possible de décaler angulairement les deux dispositifs 12a et 12b dans le sens du calage normal C de la coupe de têtes des aubes. Les figures SA et 5B montrent la variation de la position des chemins 8 et 9 ainsi que de leurs distances D1, D2 en fonction de la valeur de l'angle de calage C1 et C2 des aubes 1 (avec C1 > C2), par rapport aux dispositifs 12a et 12b. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de la torsion des aubes mobiles d'une turbomachine, caractérisé en ce qu': - on émet au moins deux pinceaux lumineux (13) en regard des chemins (8, 9) parcourus respectivement par les côtés bord d'attaque (5) et bord de fuite (7) des sommets (6) des aubes (1), - on détecte par des capteurs optiques linéaires (12a, 12b) disposés à cheval sur lesdits chemins (8, 9) et au voisinage desdits pinceaux (13) les rayons lumineux réfléchis par lesdits sommets d'aubes (6) lors de leur passage devant lesdits capteurs (12a, 12b). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure simultanément les positions axiales du bord d'attaque (5) et du bord de fuite (7) de chaque sommet d'aube (6) en fonction des rayons réfléchis reçus par lesdits capteurs (12a, 12b). 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'un quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens (14, 15) permettant d'émettre au moins deux pinceaux lumineux radiaux (13) respectivement en regard des chemins (8, 9) parcourus par les côtés bord d'attaque (5) et bord de fuite (7) des sommets (6) des aubes (1), des capteurs optiques linéaires (12a, 12b) portés par le carter (11) de la turbomachine et disposés à cheval sur lesdits chemins (8, 9) et au voisinage desdits pinceaux (13) et un calculateur (19) relié auxdits capteurs (12a, 12b). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits capteurs (12a, 12b) comportent une rampe (16) de fibres optiques réceptrices (17) disposées radialement et reliées au calculateur (19) par l'intermédiaire de photo-détecteurs (18). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites rampes (16) sont inclinées par rapport à l'axe de rotation (3) des aubes (1), selon un angle d'inclinaison parfaitement connu. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites rampes (16) sont sensiblement disposées dans le plan de l'aube (1) qui passe devant elles. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens permettant d'émettre les pinceaux lumineux (13) comportent des fibres optiques émettrices (14). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fibres optiques émettrices (14) sont adjacentes aux fibres optiques réceptrices (17) de chaque rampe (6).