Brevet FR2872573A1 — publié le 20060106

La présente invention concerne un procédé de suivi du vieillissement d'un ventilateur, du type comportant un moteur électrique entraînant un rotor du ventilateur. L'invention concerne en outre un ventilateur mettant en oeuvre un tel procédé. Dans certaines applications, telles que les applications aéronautiques, les ventilateurs permettant notamment le refroidissement des équipements avioniques sont des organes critiques pour la sécurité. Les ventilateurs intègrent des roulements à billes supportant le rotor équipé d'une roue d'entraînement du flux gazeux. Ces roulements à billes ont une durée de vie limitée et ont donc un impact important sur la fiabilité globale du ventilateur. De plus, de par la structure des ventilateurs, aucune maintenance périodique des roulements à billes n'est prévue, empêchant ainsi de détecter visuellement une éventuelle dégradation de ceux-ci avant la rupture. Le principal mode de défaillance d'un roulement à billes est la dégradation des caractéristiques de l'élément de lubrification, en raison de la température ou de la pollution, ou encore sa disparition progressive. Il en résulte un échauffement et une dégradation mécanique du roulement entraînant une rupture ou un blocage. Aussi, il est utile de disposer de moyens permettant de suivre le vieillissement d'un ventilateur, afin de pouvoir intervenir sur celui-ci avant qu'il ne soit défaillant. L'invention a donc pour but de proposer un procédé de suivi du vieillissement d'un ventilateur et un ventilateur propre à assurer ce suivi qui soient simples de mise en oeuvre et qui en particulier ne nécessitent pas l'ajout d'éléments complexes et coûteux sur le ventilateur, A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de suivi du vieillisse-ment d'un ventilateur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : a) mesurer, pour plusieurs phases d'arrêt du ventilateur, une durée de ralentissement du rotor après arrêt de la puissance électrique d'alimentation du moteur; 2872573 2 b) enregistrer une évolution de la durée de ralentissement du rotor au cours du temps; c) déduire le vieillissement du ventilateur à partir de ladite évolution. Suivant des modes particuliers de mise en oeuvre, le procédé corn- porte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la durée de ralentissement est définie comme le lapse de temps séparant l'instant où la vitesse courante du rotor franchit une vitesse de seuil haute et l'instant où la vitesse courante du rotor franchit une vitesse de seuil basse, lors du ralentissement du rotor; - la vitesse de seuil basse est non nulle; - la vitesse de seuil basse est comprise entre 0,05 et 0,2 fois la vitesse de seuil haute; - l'étape d'enregistrement comprend une étape de lissage des durées mesurées et d'enregistrement des seules durées lissées, chaque durée lis- sée étant calculée comme une combinaison linéaire de la dernière durée mesurée et d'au moins une durée lissée antérieure; l'étape d'enregistrement comprend une étape de détermination d'un histogramme formé de classes successives de durées de ralentissement et du nombre de durées de ralentissement par classe, et une étape d'enregistrement dudit histogramme qui est représentatif de l'évolution de la durée de ralentissement du rotor; et - il comporte une étape de comparaison du vieillissement déduit pour le ventilateur à un vieillissement limite et une étape de production d'une alarme en cas de dépassement du vieillissement limite par le vieillissement déduit. L'invention a également pour objet un ventilateur comportant un moteur électrique et un rotor équipé d'une roue et entraîné par le moteur électrique, lequel ventilateur comporte un capteur de mesure de la vitesse de rotation du rotor, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de traitement d'informations programmée pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que décrit ci-dessus. 2872573 3 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un ventilateur selon l'inven- tion; - la figure 2 est une courbe illustrant les quantités mesurées; - la figure 3 est une courbe illustrant les valeurs relevées au cours de la vie du ventilateur; et - la figure 4 est un organigramme du procédé de suivi de vieillisse- ment selon l'invention mis en oeuvre par le ventilateur de la figure 1. Sur la figure 1 est représenté un ventilateur 10 implanté dans un conduit 11 de circulation d'air. Le ventilateur est destiné par exemple à être monté dans un avion pour le refroidissement des équipements avioniques tels que les calculateurs de vol, les transformateurs et les dispositifs d'affi- chage du cockpit, ou encore dans un circuit de conditionnement d'air de la cabine de l'avion. Le ventilateur 10 comporte, comme connu en soi, un moteur électrique d'entraînement 12, une roue 14 de mise en mouvement du flux gazeux et une unité 16 de pilotage du moteur. Le moteur 12 est alimenté depuis un réseau 17 de distribution électrique de l'appareil au travers de l'unité de pilotage 16. Le moteur 12 est couramment implanté dans le conduit 11. Le moteur 12 présente un rotor 18 portant la roue rotative 14. Le rotor est porté, comme connu en soi, par des roulements à billes non représentés. En outre, le moteur 12 comporte un capteur 20 de mesure de la vitesse de rotation du rotor 18. Ce capteur est de tout type adapté. Il s'agit par exemple d'un capteur optique. En variante, le capteur de vitesse est propre à déterminer la tension et/ou l'intensité appliquée au moteur et à déduire de ces quantités la vitesse du rotor comme connu en soi. Le capteur 20 est relié à l'unité de pilotage 16 pour fournir cette information. L'unité 16 comporte une unité centrale de traitement d'informations 22 à laquelle est relié le capteur 20. L'unité centrale de traitement d'informations 22 est propre à recevoir sur une entrée 24 des ordres de pilotage visant no- 2872573 4 tamment à mettre en route ou à arrêter le moteur 12. A cet effet, l'unité de pilotage 16 comporte des moyens 26 de mise en forme du courant d'alimentation, ces moyens étant reliés pour leur pilotage à l'unité centrale de traite-ment d'informations 22. En outre, l'unité de pilotage 16 comporte une mémoire 28 pour la mémorisation d'algorithmes mis en oeuvre par l'unité centrale de traitement d'informations 22 et une mémoire de données 29 pour la mémorisation d'in-formations de vitesse relevées par un capteur 20. Les algorithmes mis en oeuvre par l'unité 22 et contenus dans la mé- moire 28 sont adaptés notamment au pilotage du moteur 12 au travers des moyens 26, comme connu en soi. En outre, un algorithme assure la régulation de la vitesse de rotation du moteur 12 en fonction d'une vitesse de consigne. Cette régulation est effectuée à partir de la vitesse fournie par le capteur 20. Par ailleurs, et selon l'invention, l'unité centrale de traitement d'informations 22 est propre à mettre en oeuvre un algorithme stocké dans la mémoire 28 et qui assure un suivi du vieillissement du ventilateur et permet le déclenchement d'une alarme lorsque le ventilateur a atteint un niveau de vieillissement limite prédéterminé. Pour produire cette alarme, l'installation comporte un moyen 30 de diffusion d'une alarme, lequel moyen est relié, notamment par un bus CAN déjà présent dans l'avion, à l'unité de traitement d'informations 22 pour la transmission d'un message d'alarme. Les moyens 30 sont par exemple formés d'un afficheur implanté dans l'avion et destiné aux équipes de mainte- nance, cet afficheur indiquant, pour le ventilateur en cause, qu'un niveau de vieillissement prédéterminé est atteint. Le procédé de suivi du vieillissement mis en oeuvre est fondé sur le suivi de l'évolution de la durée de ralentissement du rotor 18 au cours du temps. Cette durée est le lapse de temps nécessaire pour que le rotor du ventilateur, alors que le moteur n'est plus alimenté, passe d'une vitesse de seuil haut prédéterminée, notée Vh, à une vitesse de seuil bas prédéterminée notée Vb. Cette durée est liée essentiellement aux frottements existant entre le rotor et le reste du moteur. 2872573 5 La valeur de seuil haut Vh, est inférieure à la vitesse de rotation normale notée Vn du ventilateur. Cette vitesse Vh est par exemple la vitesse critique Vh. La vitesse de seuil bas Vb est une vitesse non nulle. Celle-ci est de préférence comprise entre 0,05 et 0,2 fois la vitesse de seuil haut Vh. Elle est par exemple égale à 10 % de la valeur de vitesse de seuil haut Vh. Ainsi, et comme illustré sur la figure 2, la durée de ralentissement D est donnée par la différence entre l'instant th où la vitesse est égale à la vitesse de seuil haut Vh et l'instant th où la vitesse est égale à la vitesse de seuil bas Vb alors que le moteur n'est plus alimenté. En conséquence, D=tb - th. Pour le suivi du vieillissement du ventilateur, l'évolution de la durée de ralentissement D est observée sur toute la durée de vie du moteur. On constate dans la pratique que, lors de la mise en service du ventilateur, la durée de ralentissement D augmente, lors d'une phase de rodage du ventilateur, puisque celle-ci atteint un palier, avant de décroître à nouveau lors d'une dégradation de l'état des roulements du ventilateur, comme cela est illustré sur la figure 3. L'algorithme assurant la mesure des valeurs, l'enregistrement et l'analyse de l'évolution de la durée de ralentissement, et le déclenchement éven- tuel d'une alarme va maintenant être décrit en regard de la figure 4. En particulier, cet algorithme permet de minimiser la taille de la mémoire 29 de stockage de l'évolution de la durée de ralentissement D au cours du temps. Selon l'algorithme, une mesure de la durée de ralentissement D est effectuée pour chaque arrêt du moteur 12 fonctionnant initialement à une vitesse supérieure à la vitesse de seuil haut Vh. Ainsi, à l'étape 102, un arrêt du moteur est d'abord est détecté. Celui-ci est supposé être le n1ème arrêt. A l'étape 104, une mesure de la durée de ralentissement D est effectuée. A cet effet, un chronomètre est déclenché lorsque la vitesse du rotor franchit la vitesse de seuil haut prédéterminée Vh et ce chronomètre est arrêté lorsque la vitesse du rotor passe au-dessous de la vitesse de seuil bas Vb. 2872573 6 A l'étape 106, un test est effectué pour déterminer si la durée de ralentissement ainsi définie est ou non aberrante. A cet effet, celleci est comparée à des valeurs de références. En outre, si l'alimentation de l'unité de pilotage est interrompue, la valeur est considérée comme aberrante. Si la valeur relevée est aberrante, celle-ci est ignorée et l'algorithme attend un nouvel arrêt. Si la valeur mesurée n'est pas aberrante, à l'étape 108, une valeur moyenne DMn de la durée de ralentissement est calculée pour l'arrêt considéré. Cette valeur moyenne DMn est calculée pour effectuer un lissage des différentes valeurs de durée de ralentissement. Celle-ci est déterminée comme une moyenne pondérée entre la durée de ralentissement mesurée Dn et la durée lissée précédente DMn-1. En particulier, la nouvelle valeur lissée calculée DMn est donnée par DMn = A. DMn_1 + B Dn où: DMn_1 est la valeur lissée précédente; Dn est la valeur mesurée; A est un paramètre constant dont la valeur est égale, par exemple, à 0,875; et B est un paramètre constant égal à 1 - A et dont la valeur est égale, par exemple, à 0,125. Les valeurs lissées sont regroupées et archivées dans une structure de données adaptée de la mémoire 29. La structure des données mémorisées est illustrée sur le tableau 1 25 qui suit et apparaît schématiquement sur la figure 3. 7 TABLEAU 1, Intervalle Valeur moyenne Nombre de Temps de rota- Nombre dar- de durée de départs fion cumulé rêts valides ralentissement 3-4 3,2 12 100 11 4-5 4,1 10 95 8 5-6 5,6 9 93 7 6-7 6,4 9 92 9 7-8 7,8 85 810 78 7-6 6,5 5 55 4 6-5 5,4 4 48 3 5-4 4,4 4 45 2 4-3 3,6 4 43 4 3-2 2,5 6 48 5 2-1 1,3 20 105 17 Non encore Non encore Non encore Non encore utilisé utilisé utilisé utilisé Non encore Non encore Non encore Non encore Utilisé utilisé utilisé utilisé Ce tableau est complété au fur et à mesure des mesures effectuées au cours des cycles successifs de fonctionnement du ventilateur. Ce tableau correspond en fait à un histogramme des durées lissées de ralentissement DMn. II représente en particulier leur évolution au cours du temps. Ainsi, chaque classe de l'histogramme correspond à un intervalle de durée de ralentissement exprimé en secondes. Chaque intervalle a une taille prédéterminée correspondant, par exemple, à une durée d'une seconde. Pour chaque intervalle et donc pour chaque classe de l'histogramme, le nombre de cycles de fonctionnement du ventilateur dont l'arrêt a conduit à une durée de ralentissement comprise dans l'intervalle considéré est déterminé et stocké, dans la troisième colonne. En cinquième colonne, est comptabilisé le nombre d'arrêts validés, c'està-dire dont la durée de ralentissement mesurée est non aberrante. Les 2872573 8 deuxième et quatrième colonnes indiquent, respectivement, la valeur lissée de durée de ralentissement pour les arrêts de la classe considérée et la somme des temps de fonctionnement précédant l'arrêt correspondant à l'intervalle. Les différents intervalles sont considérés successivement au cours du temps et chaque fois qu'une borne d'un intervalle est franchie, une nouvelle classe du tableau est créée, correspondant à une nouvelle classe de va-leurs. Ainsi, l'histogramme considéré correspond à la courbe illustrée sur la figure 3. Ainsi, chaque nouvelle valeur non aberrante est ajoutée dans l'histogramme, à l'étape 110. A l'étape 112, au cas où certaines valeurs isolées sont présentes dans une classe d'effectif réduit encadrée par deux classes ayant un effectif important et correspondant à des intervalles égaux, un lissage de l'histogramme est effectué, regroupant dans une même classe les trois classes considérées. Par exemple, dans l'exemple partiel illustré dans le tableau 2 qui suit, le nombre réduit d'éléments présents dans la classe intermédiaire, encadrée par deux classes ayant un effectif important et correspondant à des intervalles identiques conduit à ce que ces trois classes soient regroupées, comme illustré dans le tableau 3. Dans ce regroupement, les valeurs des trois dernières colonnes sont additionnées, alors que la valeur moyenne de durée de ralentissement est égale à la moyenne pondérée des valeurs moyennes de durée de ralentissement considérées dans chacune des classes. TABLEAU 2 Intervalle Valeur moyenne Nombre de Temps de Nombre de durée de départs rotation d'arrêts valides ralentissement cumulé 7-8 7,2 50 52 45 6-7 6,8 12 18 9 7-8 7,5 52 45 45 TABLEAU 3 Intervalle Valeur moyenne Nombre de Temps de Nombre d'ar- de durée de départs rotation rêts valides ralentissement cumulé 7-8 7,2 114 105 99 A l'étape 114, un critère est appliqué pour déterminer si une alarme doit ou non être déclenchée. Ce critère résulte, par exemple, de la comparaison de l'histogramme obtenu avec un histogramme gabarit, permettant de prédire une défaillance prochaine du ventilateur. Par exemple, ce critère est formé par la détection de l'existence du plateau caractéristique de l'histogramme de vieillissement du ventilateur et le début de la décroissance des durées de ralentissement. Ce critère correspond au seuil S indiqué sur la page 3. Si ce critère est satisfait à l'étape 114, une alarme est déclenchée à l'étape 116 par envoi d'une information vers les moyens 30. Que le critère soit atteint ou non, l'algorithme est à nouveau mis en oeuvre. On conçoit qu'avec un tel procédé de suivi du vieillissement, le ventilateur peut être remplacé, avant que celui-ci ne connaisse une défaillance l'empêchant de remplir sa fonction. Le vieillissement étant déterminé à partir de la vitesse de rotation du rotor qui est une information déjà disponible dans un ventilateur pour la régulation de celui-ci, aucun capteur supplémentaire n'est nécessaire pour la mise en oeuvre du procédé, ce qui rend celui-ci peut coûteux à utiliser. 2872573 10 REVENDICATIONS 1.- Procédé de suivi du vieillissement d'un ventilateur (10) comportant un moteur électrique (12) entraînant un rotor (18) du ventilateur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : a) mesurer, pour plusieurs phases d'arrêt du ventilateur (10), une du-rée (D) de ralentissement du rotor (18) après arrêt de la puissance électrique d'alimentation du moteur; b) enregistrer une évolution de la durée (D) de ralentissement du rotor au cours du temps; c) déduire le vieillissement du ventilateur à partir de ladite évolution. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée de ralentissement est définie comme le lapse de temps séparant l'instant (th) où la vitesse courante du rotor (18) franchit une vitesse de seuil haute (Vh) et l'instant (tb) où la vitesse courante du rotor franchit une vitesse de seuil basse (Vb), lors du ralentissement du rotor. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vitesse de seuil basse (Vb) est non nulle. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vitesse de seuil basse (Vb) est comprise entre 0,05 et 0,2 fois la vitesse de seuil haute (Vh). 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'enregistrement comprend une étape de lissage des durées mesurées et d'enregistrement des seules durées lissées, chaque durée lissée étant calculée comme une combinaison linéaire de la dernière durée mesurée et d'au moins une durée lissée antérieure. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'enregistrement comprend une étape de détermination d'un histogramme formé de classes successives de durées de ralentissement et du nombre de durées de ralentissement par classe, et une étape d'enregistrement dudit histogramme qui est représentatif de l'évolution de la durée de ralentissement du rotor. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de comparaison du vieillissement 2872573 11 déduit pour le ventilateur à un vieillissement limite et une étape de production d'une alarme en cas de dépassement du vieillissement limite par le vieillissement déduit. 8.- Ventilateur (10) comportant un moteur électrique (12) et un rotor (18) équipé d'une roue (14) et entraîné par le moteur électrique, lequel ventilateur comporte un capteur (20) de mesure de la vitesse de rotation du rotor (18), caractérisé en ce qu'il comporte une unité de traitement d'informations (22) programmée pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quel-conque des revendications précédentes.