Brevet FR2947300A1 — publié le 20101231

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne le test de la chaîne de protection d'une turbomachine contre les survitesses, ce test étant réalisé lors du démarrage de la turbomachine. L'invention est applicable aux turbomachines pour moteurs aéronautiques ou pour turbines industrielles. Une vitesse de rotation excessive d'une turbomachine, ou survitesse, peut avoir des conséquences particulièrement graves, notamment provoquer l'éclatement de disques de rotor de turbine, avec des effets destructeurs sur la turbomachine. Une turbomachine est donc généralement équipée d'un système de protection survitesse. De façon usuelle, un tel système comporte un clapet dit de coupure inséré dans le circuit d'alimentation en carburant de la chambre de combustion de la turbomachine. Une survitesse est détectée par une unité électronique de protection survitesse lorsque la vitesse de rotation d'un arbre de turbine dépasse une valeur limite, ou seuil de survitesse. Lorsqu'une survitesse est détectée, l'unité électronique de protection survitesse envoie une commande de fermeture ou d'ouverture réduite du clapet de coupure via différents composants de type électronique, électro- hydraulique ou hydraulique. Ces différents composants font partie, avec le clapet de coupure, de la chaîne de protection survitesse. Il est connu d'intégrer un test de la chaîne de protection survitesse dans la procédure de démarrage automatique d'une turbomachine. On pourra se référer à la demande EP 1 036 917 Al. Il y est décrit un processus selon lequel, après que la turbomachine a commencé à tourner en étant entraînée par le démarreur, une valeur de test est imposée au seuil de survitesse. Cette valeur de test est choisie sensiblement inférieure à la vitesse d'allumage, c'est-à-dire la vitesse de rotation pour laquelle du carburant est injecté dans la chambre de combustion. Lorsque la vitesse de rotation a dépassé le seuil de survitesse de test, il est vérifié que la chaîne de protection survitesse a bien fonctionné. Dans l'affirmative, lorsque la vitesse d'allumage est atteinte, le seuil de survitesse est basculé de sa valeur réduite de test à une valeur réelle. Dans ce processus de test connu, la vérification est effectuée par détection de la position du boisseau d'un doseur de carburant qui est amené en position minimale par un dispositif hydraulique commandé par le système électronique de régulation de la turbomachine et qui, dans cette position minimale, entraîne la fermeture du clapet de coupure. Il n'y a donc pas de vérification effective de la venue du clapet de coupure en position de fermeture. En outre, l'efficacité de la fonction de protection survitesse après le test suppose que le basculement du seuil de survitesse de la valeur fictive de test à la valeur réelle s'est correctement effectué. Objet et résumé de l'invention L'invention a pour but de proposer un procédé simple et fiable de réalisation d'un test de la chaîne de protection survitesse d'une turbomachine, lors d'un démarrage, la chaîne de protection comportant un organe de coupure pour interruption ou réduction d'alimentation en carburant et un circuit de commande de l'organe de coupure relié à une unité électronique de protection survitesse pour provoquer la fermeture de l'organe de coupure en réponse à un ordre de fermeture émis par un système électronique de régulation de la turbomachine en cas de détection de survitesse, procédé selon lequel : le test de la chaîne de protection survitesse comprend la séquence suivante : (a) l'envoi par le système électronique de régulation à l'unité électronique de protection survitesse dudit ordre de fermeture de l'organe de coupure préalablement ouvert, (b) en réponse à l'ordre de fermeture, la commande par l'unité électronique de protection survitesse d'un dispositif hydraulique de commande de fermeture de l'organe de coupure, (c) la vérification de l'état de fermeture de l'organe de coupure à partir d'une information représentative de l'état d'ouverture ou de fermeture de l'organe de coupure transmise au système électronique de régulation, (d) si le résultat de la vérification à l'étape (c) est positif, l'envoi par le système électronique de régulation à l'unité électronique de protection survitesse d'un ordre de relâchement du dispositif hydraulique pour autoriser l'ouverture de l'organe de coupure, et (e) si le résultat de la vérification à l'étape (c) est négatif, l'émission par le système électronique de régulation d'une information de défaut de la chaîne de protection survitesse, la séquence de test étant initiée à la suite d'un ordre de démarrage et étant insérée dans la procédure de démarrage pour être terminée avant que l'ouverture de l'organe de coupure soit requise conformément à la procédure de démarrage de la turbomachine en mode automatique. Ainsi, le fonctionnement de la chaîne de protection survitesse est testé par vérification directe de la venue de l'organe de coupure en position de fermeture en réponse à un ordre du système électronique de régulation de la turbomachine envoyé à l'unité électronique de protection survitesse. En outre, l'unité électronique de protection survitesse n'est pas en charge de la gestion du test de la chaîne de protection survitesse, cette gestion étant assurée par le système électronique de régulation qui comprend des ressources adaptées à la gestion de fonctions complexes. De plus, la détermination finale de l'état de santé de la chaîne de protection survitesse est assurée par le système électronique de régulation qui est généralement le seul système en relation avec les systèmes de gestion de la maintenance avion et une unicité de l'interface avec de tels systèmes de gestion de la maintenance est conservée. Selon une particularité du procédé, l'ouverture de l'organe de coupure est commandée par le système électronique de régulation à la suite de l'ordre de démarrage et préalablement au début de la séquence de test. Cela permet d'effectuer le test dans le cas où l'organe de coupure est initialement fermé et ne s'ouvre qu'à un certain moment dans le processus de démarrage en mode automatique. Selon une autre particularité du procédé, le test de la chaîne de protection survitesse est réalisé lors d'un démarrage en mode automatique et est inhibé en cas de démarrage en mode manuel. Lors d'un démarrage en mode automatique, le processus de démarrage suit un scénario prédéterminé de sorte que le test de la chaîne de protection survitesse peut être intégré de façon "transparente" dans le processus de démarrage sans perturber celui-ci. Il n'en est pas de même dans le cas d'un démarrage en mode manuel puisque, notamment, c'est le pilote ou un opérateur qui décide de l'instant d'ouverture de l'organe de coupure pour allumage, de sorte que le test selon le procédé de l'invention ne peut être réalisé avec garantie de non perturbation du processus de démarrage. De préférence alors, le nombre de démarrages consécutifs en mode manuel est compté par le système électronique de régulation qui émet une information de requête de test de la chaîne de protection survitesse en maintenance lorsque la valeur comptée dépasse un seuil prédéterminé. On évite ainsi qu'un trop grand nombre de démarrages sans test de la chaîne de protection survitesse soient effectués. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 montre schématiquement un circuit d'alimentation 15 d'une turbomachine en carburant ; - la figure 2 est un chronogramme de signaux reçus ou transmis dans une chaîne de protection survitesse et d'états de composants de celle-ci lors d'une procédure de test en cas de démarrage en mode automatique, selon un mode de réalisation de l'invention ; et 20 - la figure 3 est un organigramme d'un procédé de gestion de test de chaîne de protection survitesse selon un mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de modes de réalisation 25 La figure 1 montre un exemple de circuit d'alimentation en carburant pour une turbomachine. Du carburant basse pression (BP) provenant d'un réservoir de carburant via une pompe BP (non représentée) est amené par un circuit de carburant BP 10 à l'entrée d'une pompe haute pression (HP) 12. La 30 pompe HP 12 est par exemple une pompe volumétrique entraînée au moyen d'une boîte de relais d'accessoires couplée mécaniquement à un arbre de turbine de la turbomachine. Du carburant HP en sortie de la pompe 12 est amené à une unité de dosage 20 via un filtre 14 et un échangeur thermique 16 où le 35 carburant est réchauffé par échange thermique avec de l'huile de lubrification de la turbomachine. Une partie du carburant HP en sortie de l'échangeur 16 est utilisée comme fluide hydraulique pour différents composants hydrauliques ou électro-hydrauliques de la turbomachine. L'unité de dosage 20 comprend par exemple une vanne de dosage 22 à ouverture variable commandée par une servo-valve 24. Une soupape 26 maintient une différence de pression constante entre entrée et sortie de carburant de la vanne de dosage de sorte que le débit de carburant en sortie de la vanne de dosage 22 est déterminé par la section de passage à travers celle-ci. La régulation de débit est effectuée via la servo-valve 24 sous la commande d'un système électronique de régulation (SER) 18 de la turbomachine par asservissement de la position d'un boisseau de la vanne 22 à une position de consigne correspondant à la section de passage désirée. A cet effet, une information représentant la position réelle du boisseau de la vanne 22 est fournie au SER 18 par un capteur de position 22a par exemple de type LVDT ("Linear Variable Differential Transducer") associé à une tige solidaire du boisseau de la vanne. Le carburant en excès à l'entrée de l'unité de dosage est dérivé vers le circuit de carburant BP par la soupape 26. Le débit de carburant HP régulé en sortie de l'unité de dosage 20 est acheminé vers les injecteurs d'une chambre de combustion 28 de la turbomachine via un organe de coupure carburant 32. Par organe de coupure carburant, on entend ici un composant apte à interrompre totalement le débit de carburant vers la chambre de combustion ou à limiter celui-ci à une valeur minimale en étant amené sous la commande du SER 18 dans une position de fermeture (totale ou partielle) lorsqu'une survitesse de la turbomachine est détectée. Dans l'exemple détaillé, l'organe de coupure carburant ou 0CC 32 est un clapet muni d'un tiroir 32a dont la position détermine la section de passage à travers le clapet. D'un côté, le clapet 32a est soumis à l'action d'un ressort 32b et à la pression dans une chambre 32ç et, de l'autre côté, à la pression à l'entrée du clapet 32 reliée à l'unité de dosage 20. La chambre 32c a un port d'entrée recevant du carburant HP et un port de sortie relié au circuit de carburant BP 10 via un dispositif dédié à la survitesse ou HDS 34. Ce dernier est ici sous forme d'un électro-robinet avec un enroulement d'excitation 34a. Lorsque l'enroulement 34a est alimenté, l'électro-robinet 34 est amené et maintenu en position fermée. Le tiroir 32a est alors amené avec l'aide du ressort 32b et de la pression dans la chambre 32ç, dans une position de fermeture du clapet 32. Lorsque l'enroulement 34a n'est pas alimenté, l'électro-robinet 34 s'ouvre et le tiroir 32a peut être amené dans une position d'ouverture par la pression du carburant parvenant au clapet 32 depuis l'unité de dosage. Un signal représentatif de la position de fermeture ou d'ouverture du clapet 32 est fourni par un capteur de position 32d, par exemple de type LVDT, coopérant avec une tige 32e solidaire du tiroir 32a. Ce signal est transmis directement au SER 18. Le clapet 32 peut en outre être commandé en ouverture par le 10 SER 18. Le dispositif HDS 34 est commandé par une unité électronique de protection survitesse ou UEPS 36 qui communique avec le SER 18 via un bus de communication, par exemple au format ARINC. En réponse à un ordre de fermeture émis par le SER 18, l'UEPS 36 produit un signal 15 d'excitation de l'enroulement 34a propre à maintenir le dispositif HDS 34 en position fermée. Les composants 32 (avec le capteur de position 32d), 34 et 36 forment ici la chaîne 30 de protection contre les survitesses ou chaîne de protection survitesse. Bien entendu l'OCC 32 et le dispositif HDS 34 pourront prendre des formes autres qu'un clapet et électro-robinet, le 20 dispositif HDS 34 pouvant éventuellement être constitué de plusieurs composants insérés dans la chaîne entre l'UEPS 36 et 1'0CC 32. Un mode de réalisation d'une procédure de test de la chaîne de protection survitesse dans le cas du démarrage de la turbomachine en mode automatique sera décrit ci-après en se référant à la figure 2. 25 Comme cela est bien connu en soi, le processus de démarrage en mode automatique est géré de façon chronologique par le SER 18 à partir de son lancement et en adéquation avec le régime de la turbomachine (vitesse de rotation d'arbre de turbine), le SER 18 commandant successivement la mise en route du démarreur, 30 l'actionnement du système d'allumage et le débit de carburant à injecter. Sur la figure 2 : - la ligne a montre des phases successives de la procédure de test, - la ligne b montre le statut du mode de démarrage de la 35 turbomachine, - la ligne c montre l'instant du lancement du processus de démarrage par le pilote, dans le cas d'une turbomachine aéronautique, ou par un opérateur (ordre de démarrage), - la ligne d montre la commande de l'OCC en ouverture par le 5 SER, - la ligne e montre la position ouverte ou fermée de l'OCC, - la ligne f montre les ordres émis par le SER sur le bus reliant le SER à LUEPS, - la ligne g montre l'état du signal de commande émis par 10 LUEPS vers le dispositif HDS, - la ligne h montre la fenêtre d'observation de la position de l'OCC par le SER, et - la ligne i montre le régime N de la turbomachine. Sur la ligne a les phases PBIT et CBIT sont des phases de test 15 automatique de logique interne à la mise sous tension de LUEPS et de test en continu sur les entrées/sorties de LUEPS. Il s'agit de phases de tests internes automatiques réalisées classiquement pour des circuits électroniques. A la mise sous tension, des phases PBIT et CBIT sont réalisées 20 (ligne a). Le mode de démarrage sélectionné étant automatique (ligne b), le SER initie la préparation et la réalisation d'un test de la chaîne de protection survitesse conforme à l'invention (phase IBIT) en réponse à l'ordre de démarrage (ligne c). L'OCC étant initialement fermé, un ordre d'ouverture de l'OCC 25 est émis par le SER (ligne d) avant le début de la phase de test IBIT proprement dite. En réponse à cet ordre, l'OCC s'ouvre (ligne e). Dans le même temps, la turbomachine commence à tourner sous l'action du démarrage et le régime N commence à croître (ligne i). La phase de test IBIT proprement dite peut démarrer dès lors 30 que l'OCC est ouvert. On notera que l'ouverture préalable de l'OCC n'est bien entendu pas requise si celui-ci est initialement ouvert. La phase de test IBIT débute par l'envoi par le SER à LUEPS d'un ordre de fermeture de l'OCC via le dispositif HDS (ligne d). L'UEPS accuse réception de cet ordre via le bus la reliant au 35 SER et élabore en réponse un signal d'excitation du dispositif HDS (ligne g) propre à provoquer la fermeture de l'OCC. En réponse, l'OCC passe en position fermée (ligne e). La position de l'OCC est surveillée en permanence par le SER. S'il est vérifié que I'OCC est en position de fermeture avant la fin d'un délai ou temporisation T correspondant au temps requis pour la fermeture de l'OCC par LUEPS via le dispositif HDS après émission de l'ordre de fermeture par le SER, le SER envoie à LUEPS un ordre de relâchement du dispositif HDS (ligne f). L'UEPS accuse réception de cet ordre et interrompt le signal d'excitation du dispositif HDS (ligne g), autorisant donc l'ouverture de l'OCC. A partir de l'accusé de réception de l'ordre de relâchement du dispositif HDS et de l'exécution de cet ordre, LUEPS repasse en phase de test interne CBIT. Le processus de démarrage se poursuit normalement et le SER peut commander (ligne d) le passage de l'OCC en position ouverte (ligne e). Cette commande intervient habituellement dans le processus de démarrage en mode automatique lorsque le régime N de la turbomachine atteint une valeur N1 prédéterminée qui, dans le cas d'une turbomachine aéronautique, est une fraction du régime maximum autorisé au sol. La phase de test IBIT de la chaîne de protection survitesse est intégrée dans le processus de démarrage pour se terminer bien avant que le régime N1 est atteint, ce qui ne soulève aucune difficulté puisqu'il s'écoule généralement plusieurs dizaines de secondes entre l'ordre de démarrage et l'instant où le seuil N1 est atteint. La concaténation des résultats des vérifications des positions de fermeture puis d'ouverture de l'OCC et des résultats des tests automatiques internes de LUEPS (ces derniers résultats étant accessibles au SER via le bus 38), permet au SER de statuer sur l'état de santé de la chaîne de protection survitesse et d'émettre un signal de défaut de cette chaîne si au moins un résultat n'est pas positif. Le signal de défaut est par exemple transmis au poste de pilotage pour éventuellement décider de renoncer au décollage et d'interrompre le processus de démarrage si le test est réalisé au sol avant décollage ou pour décider d'un contrôle des composants de la chaîne de protection survitesse si le test est réalisé lors d'une maintenance. On notera que dans sa configuration minimale, le test comporte la vérification de la venue en position fermée de l'OCC. La procédure de test qui vient d'être décrite s'inscrit de façon transparente dans le processus de démarrage, ce qui est rendu possible par le caractère prévisible de celui-ci en mode automatique. Il n'en est pas de même dans le cas d'un démarrage en mode manuel puisque, notamment, l'instant d'ouverture de l'organe de coupure est choisi par le pilote ou un opérateur. Aussi, lorsque le mode de démarrage manuel est choisi, le test de la chaîne de protection survitesse n'est de préférence pas réalisé. Il est toutefois souhaitable d'éviter la répétition d'absence de test et de signaler un besoin de test en maintenance lorsque plusieurs démarrages consécutifs sans test ont été réalisés. La figure 3 illustre un mode de réalisation d'une gestion du test de la chaîne de protection survitesse mis en oeuvre à cet effet par le système électronique de régulation de la turbomachine. S'il est détecté par le système électronique de régulation que le mode de démarrage manuel est sélectionné (test 40), le test de la chaîne de protection survitesse est inhibé (étape 42). Le contenu N d'un compteur de démarrages sans test est incrémenté (N=N+1) à l'étape 44. Il est examiné (test 46) si le nombre N est supérieur à une valeur de seuil maximale Nmax. Dans l'affirmative, une information est émise par le système électronique de régulation pour requérir une maintenance pour test de la chaîne de protection survitesse (étape 48). Le test en maintenance est réalisé en mode de démarrage automatique conformément à l'invention, par exemple comme décrit en référence à la figure 2. On notera que la valeur N du compteur est de préférence stockée dans une mémoire non volatile du système électronique de régulation. Le nombre Nmax est par exemple choisi tel que Nmax 8 S'il est détecté que le mode de démarrage automatique est sélectionné, que ce soit en exploitation ou en maintenance (test 40), le test de la chaîne de protection survitesse est réalisé conformément à l'invention (étape 50) et le compteur du nombre N est réinitialisé (N=0) à l'étape 52.35 REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'un test d'une chaîne de protection d'une turbomachine contre les survitesses lors d'un démarrage, la chaîne de protection comportant un organe de coupure pour interruption ou réduction d'alimentation en carburant d'une chambre de combustion de la turbomachine et un circuit de commande de l'organe de coupure relié à une unité électronique de protection survitesse pour provoquer une fermeture de l'organe de coupure en réponse à un ordre de fermeture émis par un système électronique de régulation de la turbomachine, caractérisé en ce que le test de la chaîne de protection survitesse comprend la séquence suivante : (a) l'envoi par le système électronique de régulation à l'unité électronique de protection survitesse dudit ordre de fermeture de l'organe 15 de coupure préalablement ouvert, (b) en réponse à l'ordre de fermeture, la commande par l'unité électronique de protection survitesse d'un dispositif hydraulique de commande de fermeture de l'organe de coupure, (c) la vérification de l'état de fermeture de l'organe de coupure 20 à partir d'une information représentative de l'état d'ouverture ou de fermeture de l'organe de coupure transmise au système électronique de régulation, (d) si le résultat de la vérification à l'étape (c) est positif, l'envoi par le système électronique de régulation à l'unité électronique de 25 protection survitesse d'un ordre de relâchement du dispositif hydraulique pour autoriser l'ouverture de l'organe de coupure, et (e) si le résultat de la vérification à l'étape (c) est négatif, l'émission par le système électronique de régulation d'une information de défaut de la chaîne de protection survitesse, 30 la séquence de test étant initiée à la suite d'un ordre de démarrage et étant insérée dans la procédure de démarrage pour être terminée avant que l'ouverture de l'organe de coupure soit requise conformément à la procédure de démarrage de la turbomachine en mode automatique. 35 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture de l'organe de coupure est commandée par le système électronique de régulation à la suite de l'ordre de démarrage et préalablement au début de la séquence de test. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la vérification de l'état de fermeture de l'organe de coupure est effectuée à partir d'un signal fourni par un capteur de la position d'un élément mobile de l'organe de coupure. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le test de la chaîne de protection survitesse est réalisé lors d'un démarrage en mode automatique et est inhibé en cas de démarrage en mode manuel. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le nombre de démarrages consécutifs en mode manuel est compté par le système électronique de régulation qui émet une information de requête de test de la chaîne de protection survitesse en maintenance lorsque la valeur comptée dépasse un seuil prédéterminé.