Brevet FR2976390A1 — publié le 20121214

PROCEDE DE SURVEILLANCE D'UN APPAREIL ELECTRIQUE DANS UNE TURBOMACHINE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé de surveillance d'un appareil électrique dans une turbomachine, et notamment un procédé de surveillance du bon fonctionnement d'un système de dégivrage électrique d'une turbomachine. L'invention concerne également un dispositif mettant en oeuvre ce procédé, ainsi qu'une turbomachine comportant un tel dispositif. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR Les avions durant leurs missions vont rencontrer des conditions atmosphériques très diverses. Ces conditions sont différentes suivant les lieux géographiques rencontrés, les saisons, mais aussi de l'altitude de vol. Dans des conditions dites « givrantes », les turboréacteurs aspirent de l'air humide et froid qui va provoquer la formation de glace sur certains composants. Cette formation de glace peut conduire à la création de balourds, à la dégradation des performances aérodynamiques de la turbomachine, à la diminution du flux d'air qui pénètre dans la turbomachine... et c'est pourquoi il est avantageux de prévoir des systèmes de dégivrage sur la turbomachine. L'état de la technique propose notamment pour cela des systèmes de dégivrage électriques. De tels systèmes de dégivrage peuvent être alimentés par le même générateur que celui qui alimente un propulseur permettant de mettre en rotation le ou les rotors de la turbomachine. Cependant, actuellement il est difficile de savoir si le système de dégivrage a bien été mis en route. Pour cela, certains systèmes de dégivrage sont pourvus de capteurs, par exemple de courant, qui permettent de savoir si ces systèmes de dégivrage sont bien activés ou non. Toutefois, ces capteurs alourdissent et compliquent les turbomachines. En outre, ils en augmentent le coût. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un procédé permettant de détecter le bon fonctionnement des appareils électriques utilisés dans les turbomachines, tels que les systèmes de dégivrage, ce procédé ne nécessitant pas ou peu d'électronique supplémentaire. Pour ce faire, est proposé selon un premier aspect de l'invention, un procédé de surveillance du fonctionnement d'un appareil électrique dans une turbomachine, l'appareil électrique étant alimenté en puissance par un générateur, le générateur alimentant également en puissance des moyens d'entraînement en rotation d'un rotor de la turbomachine, la turbomachine étant outre pourvue d'une boucle de régulation agencée de façon à commander au moins un paramètre de contrôle permettant de maintenir la vitesse de rotation du rotor constante, le procédé comportant les étapes suivantes : Une étape de détection de l'activation de l'appareil électrique ; - Une étape de surveillance du paramètre de contrôle. Ainsi, le procédé selon l'invention est particulièrement avantageux car il ne nécessite pas de capteurs additionnels pour savoir si l'appareil électrique fonctionne ou non. En effet, au lieu de surveiller l'appareil électrique en lui-même, on surveille un paramètre de contrôle lié à la vitesse de rotation du rotor. Ce paramètre de contrôle est déjà surveillé grâce à des capteurs nécessaires à la boucle de régulation, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'ajouter des capteurs pour surveiller le bon fonctionnement de l'appareil électrique. Ce procédé est particulièrement efficace malgré l'absence de capteurs additionnels, car il consiste à surveiller indirectement la puissance consommée par l'appareil électrique, en surveillant la puissance qu'il reste pour les moyens d'entraînement en rotation du rotor, par le biais du paramètre de contrôle qui permet de compenser la perte de puissance reçue par les moyens d'entraînement du rotor. En effet, comme l'appareil électrique et les moyens d'entraînement en rotation sont alimentés par le même générateur de puissance, lors de l'activation de l'appareil électrique, celui-ci va consommer une partie de la puissance du générateur qui ne sera donc plus 2 3 utilisable par les moyens d'entraînement en rotation. Par conséquent, si l'appareil électrique fonctionne correctement, la vitesse de rotation du rotor doit diminuer. Or, comme la turbomachine comporte une boucle de régulation permettant de réguler la vitesse du rotor, cette boucle de régulation va détecter que la vitesse de rotation du rotor diminue et elle va modifier le paramètre de contrôle de façon à maintenir la vitesse de rotation du rotor constante. Par conséquent, si on détecte une variation du paramètre de contrôle, cela signifie que la puissance reçue par les moyens d'entraînement a diminué, et donc que l'appareil électrique consomme de la puissance et donc que l'appareil électrique fonctionne correctement. Le procédé selon l'invention propose donc de corréler l'information selon laquelle une partie de la puissance fournie par le générateur n'est plus utilisée par les moyens d'entraînement avec l'information selon laquelle un ordre d'activation de l'appareil électrique a été envoyé, pour en déduire que l'appareil électrique est bien en fonctionnement. Le procédé selon l'invention est donc particulièrement avantageux puisqu'il propose non plus de surveiller l'appareil électrique en lui-même mais de surveiller la puissance mécanique disponible pour les moyens d'entraînement et la vitesse de rotation du rotor, qui sont de toute façon surveillés de façon à maintenir la vitesse de rotation du rotor constante. Le procédé selon l'invention est applicable à la surveillance de tous les appareils électriques qui sont alimentés en puissance par le même générateur que les moyens d'entraînement en rotation du rotor, dès lors que ces appareils électriques consomment au moins 0.1% de la puissance totale fournie par le générateur. En effet, en dessous de ce seuil, la puissance consommée par l'appareil électrique n'est plus suffisamment importante pour pouvoir être détectée. Le procédé selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Selon un mode de réalisation, l'étape de surveillance du paramètre de contrôle 30 comporte les sous étapes suivantes: - Première mesure du paramètre de contrôle lors de l'activation de l'appareil électrique; - Deuxième mesure du paramètre de contrôle après un temps t après l'activation de l'appareil électrique ; - Comparaison de la différence entre le paramètre de contrôle lors de la deuxième mesure et le paramètre de contrôle lors de la première mesure avec une valeur seuil. Ainsi, on vérifie que l'appareil électrique fonctionne correctement en comparant l'état du paramètre de contrôle avant ou lors de l'activation de l'appareil électrique, avec l'état du paramètre de contrôle après un temps t suffisant pour que la boucle de régulation ait eu le temps de détecter une modification de la vitesse de rotation éventuelle du rotor et qu'elle ait eu le temps de modifier le paramètre de contrôle de façon à compenser cette modification de la vitesse de rotation du rotor. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comporte en outre une étape d'augmentation de la puissance fournie par le générateur en cas d'activation de l'appareil électrique. En effet, comme expliqué précédemment, comme l'appareil électrique et les moyens d'entraînement du rotor sont alimentés par le même générateur, lorsque l'appareil électrique est activé, s'il fonctionne correctement, il utilise une partie de la puissance qui n'est alors plus utilisable par les moyens d'entraînement du rotor. Par conséquent, lorsque l'appareil électrique fonctionne, le fait d'augmenter la puissance fournie par le générateur permet au rotor de conserver une vitesse constante, même lorsqu'une partie de la puissance générée par le générateur est consommée par l'appareil électrique. Par conséquent, si l'appareil électrique fonctionne correctement et que la puissance générée par le générateur est augmentée, la boucle de régulation n'a pas besoin de modifier le paramètre de contrôle pour maintenir la vitesse de rotation du rotor constante. Par contre, si l'appareil électrique ne fonctionne pas, il n'absorbera plus de puissance, de sorte que les moyens d'entraînement recevront trop de puissance et que la boucle de régulation devra intervenir pour diminuer la vitesse de rotation du rotor en modifiant le paramètre de contrôle. Avantageusement, le procédé comporte en outre une étape de surveillance de la puissance fournie par le générateur. Cette étape de surveillance est particulièrement avantageuse pour détecter les circuits ouverts ou les courts circuits dans l'appareil électrique. En effet, comme on 5 vient de le voir, selon un mode de réalisation de l'invention, lorsque le procédé détecte l'activation de l'appareil électrique, la puissance générée par le générateur est augmentée, de sorte que si l'appareil électrique fonctionne correctement, la vitesse du rotor sera constante. Au contraire, s'il y a un circuit ouvert dans l'appareil électrique, celui-ci ne consommera plus de puissance, de sorte que la vitesse de rotation du rotor augmentera. La boucle de régulation devra alors modifier le paramètre de contrôle de façon à maintenir la vitesse de rotation du rotor constante, malgré l'augmentation de la puissance fournie par le générateur. Le procédé selon l'invention s'applique tout particulièrement au cas où l'appareil électrique est un système de dégivrage d'une partie de la turbomachine. Avantageusement, le rotor comporte des aubes, chaque aube présentant un angle de calage, le paramètre de contrôle étant l'angle de calage des aubes. Le procédé selon l'invention est tout particulièrement applicable au cas où le rotor est un rotor non caréné. Avantageusement, le procédé comporte en outre une étape d'envoi d'un message d'alerte en cas de détection d'une anomalie de fonctionnement de l'appareil électrique. Ce message d'alerte est de préférence envoyé au pilote. Un autre aspect de l'invention concerne un dispositif de surveillance pour la mise en oeuvre du procédé selon le premier aspect de l'invention. Avantageusement, le dispositif de surveillance comporte : - des moyens de détection aptes à détecter l'activation de l'appareil électrique ; - des moyens de calculs aptes à surveiller le paramètre de contrôle. 6 Avantageusement, le rotor comporte des aubes, chaque aube présentant un angle de calage, le paramètre de contrôle étant l'angle de calage des aubes, le dispositif comportant en outre un capteur apte à mesurer l'angle de calage des aubes. Les moyens de calculs sont en outre de préférence aptes à comparer deux valeurs s du paramètre de contrôle. Le dispositif de surveillance comporte en outre des moyens d'alerte aptes à émettre un message d'alerte en cas de détection d'une anomalie de fonctionnement de l'appareil électrique. Un autre aspect de l'invention concerne une turbomachine comportant un dispositif Zo de surveillance tel que décrit précédemment. BREVES DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - La figure 1, une représentation schématique d'une turbomachine selon un 15 mode de réalisation de l'invention ; - La figure 2, une représentation schématique des étapes d'un procédé de surveillance selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - La figure 3, une représentation schématique des étapes d'un procédé de surveillance selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; 20 - La figure 4, une représentation schématique d'un dispositif de surveillance selon un mode de réalisation de l'invention. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de références identiques sur l'ensemble des figures. 25 DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION Le procédé selon l'invention est décrit dans le cas où l'appareil électrique dont on veut surveiller le fonctionnement est un système de dégivrage d'une partie d'une turbomachine. 7 La figure 1 représente schématiquement une telle turbomachine. Cette turbomachine comporte donc un système de dégivrage 3 électrique apte à dégivrer une partie de la turbomachine. Ce système de dégivrage 3 comporte par exemple une résistance chauffante agencée de manière à réchauffer un redresseur de la turbomachine et/ou un bec de séparation de la turbomachine. La turbomachine comporte au moins un rotor 4, de préférence non caréné, et des moyens d'entraînement 2 aptes à entraîner en rotation le rotor 4. Le rotor 4 comporte de préférence des aubes. Les aubes présentent un angle de calage. Les moyens d'entraînement 2 et le système de dégivrage 3 sont alimentés en 10 puissance par un même générateur 1. La turbomachine est également pourvue d'une boucle de régulation 5 apte à réguler la vitesse de rotation du rotor 4, notamment en modifiant l'angle de calage des aubes pour augmenter ou diminuer la vitesse de rotation du rotor. Lorsque le système de dégivrage 3 est activé, c'est-à-dire qu'il est mis en route, soit 15 manuellement, soit automatiquement, par exemple par un calculateur numérique, et qu'il fonctionne correctement, il prélève une partie de la puissance issue du générateur. On estime généralement qu'un système de dégivrage 3 fonctionnant correctement prélève entre 0.4 et 1.2% de la puissance totale fournie par le générateur 1. 20 Par conséquent, si le système de dégivrage 3 fonctionne correctement, et en l'absence de compensation, seule 98.8 à 99.6% de la puissance du générateur 1 est disponible pour les moyens d'entraînement 2, ce qui conduit à une diminution de la vitesse de rotation du rotor 4. La figure 2 représente schématiquement les étapes d'un procédé selon un mode de 25 réalisation de l'invention permettant de surveiller que le système de dégivrage 3 fonctionne correctement. Le procédé selon l'invention comporte tout d'abord une étape 102 de détection de l'activation de l'appareil électrique, c'est-à-dire une étape visant à détecter si un ordre de mise en route, manuelle ou automatique, a été envoyée au système de 30 dégivrage. 8 Le procédé selon l'invention comporte ensuite une première étape 103 de mesure d'un paramètre de contrôle, qui est ici l'angle de calage des aubes. Ensuite, en cas d'activation 101 du système de dégivrage, le procédé selon l'invention comporte une étape 104 d'augmentation de la puissance fournie par le générateur. L'augmentation de la puissance qui doit être appliquée au générateur pour compenser la perte de puissance due au fonctionnement du générateur peut être évaluée hors ligne à partir d'un modèle de prédiction. Le procédé comporte également une étape 105 de détection de la puissance fournie par le générateur, de façon à savoir si le générateur a bien augmenté la puissance qu'il délivre. On attend ensuite que la vitesse de rotation du rotor se stabilise. Le procédé comporte ensuite une deuxième étape 106 de mesure du paramètre de contrôle, qui est ici l'angle de calage des aubes. Le procédé comporte ensuite une étape 107 de comparaison de différence entre la valeur du paramètre de contrôle lors de la deuxième mesure et lors de la première mesure avec une valeur seuil. En effet, lorsque le système de dégivrage fonctionne correctement, le fait d'augmenter la puissance fournie par le générateur permet de compenser la perte de puissance reçue par les moyens d'entraînement de sorte que le rotor conserve une vitesse de rotation constante malgré le fonctionnement du système de dégivrage. Dans ce cas, l'angle de calage des aubes est resté constant entre la première et la deuxième mesure puisque la boucle de régulation n'a pas eu besoin d'intervenir pour que la vitesse de rotation du rotor reste de constante. Par contre, si le système de dégivrage est en circuit ouvert, la puissance fournie par le générateur va être intégralement absorbée par les moyens d'entraînement du rotor, de sorte que l'augmentation de la puissance fournie par le générateur va conduire à une augmentation de la vitesse du rotor. 9 Dans ce cas, la boucle de régulation de la vitesse du rotor va alors augmenter l'angle de calage des aubes de façon à maintenir la vitesse de rotation. Par conséquent, si le procédé détecte que : - le système de dégivrage a été activé ; s - que la puissance du générateur a bien été augmentée ; - mais que la différence entre le paramètre de contrôle lors de la première mesure et le paramètre de contrôle lors de la deuxième mesure est supérieure à une valeur seuil, alors le système de dégivrage est en circuit ouvert. Le procédé comporte alors une Zo étape 108 d'envoi d'un message d'alerte. La figure 3 représente un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention qui diffère essentiellement du précédent en ce qu'il ne comporte pas d'étape d'augmentation de la puissance fournie par le générateur lors de la détection de l'activation du système de dégivrage. 15 Ainsi, ce procédé comporte également une étape 102 de détection de l'activation du système de dégivrage. Le procédé comporte ensuite une première étape 103 de mesure d'un paramètre de contrôle lors de l'activation du système de dégivrage. Ce paramètre de contrôle est également l'angle de calage des aubes. 20 Le procédé attend ensuite un temps prédéterminé suffisant pour que la boucle de régulation détecte si la vitesse de rotation du rotor a diminué et modifie l'angle de calage des aubes de façon à maintenir la vitesse de rotation du rotor à ce qu'elle était avant l'activation du système de dégivrage. Le procédé comporte alors une deuxième étape 106 de mesure du paramètre de 25 contrôle. Le procédé comporte ensuite une étape 107 de comparaison de différence entre la valeur du paramètre de contrôle lors de la deuxième mesure et lors de la première mesure avec une valeur seuil. 10 Si le système de dégivrage fonctionne, le paramètre de contrôle mesuré lors de la deuxième mesure doit être supérieur du paramètre de contrôle mesuré lors de la première mesure. En effet, la boucle de régulation doit augmenter l'angle de calage des aubes pour compenser la perte de puissance utilisable par les moyens d'entraînement du rotor. Au contraire, si le système de dégivrage ne fonctionne pas, la boucle de régulation n'aura pas eu besoin de modifier l'angle de calage des aubes pour maintenir la vitesse de rotation du rotor constante. Par conséquent, si le paramètre de contrôle mesuré lors de la première mesure est égal au paramètre de contrôle mesuré lors de la deuxième mesure, le procédé comporte une étape 108 d'envoi d'un message d'alerte indiquant que le système de dégivrage ne fonctionne pas. Ce procédé permet également de détecter des courts circuits dans le système de dégivrage, puisque en cas de court circuit dans le système de dégivrage, la puissance absorbée par le système de dégivrage va augmenter rapidement, de sorte que la puissance attribuée aux moyens d'entraînement du rotor va diminuer rapidement. La boucle de régulation devra alors fortement diminuer l'angle de calage des aubes pour compenser cette perte de puissance. Ainsi, si le paramètre de contrôle a fortement diminué entre la première et la deuxième mesure, le procédé comporte une étape 108 d'envoi d'un message de court circuit dans le système de dégivrage. Le procédé selon l'invention est donc particulièrement avantageux car il permet de connaitre l'état du système de dégivrage, ou de tout autre appareil électrique alimenté par le même générateur que les moyens d'entraînement du rotor, en observant des paramètres de contrôle liés à la vitesse de rotation du rotor. Le procédé selon l'invention ne nécessite donc plus de capteurs dédiés à la surveillance de l'appareil électrique, mais il utilise des capteurs déjà présents pour suivre l'état du rotor. En outre, le procédé selon l'invention est utilisable quel que soit le système de dégivrage électrique choisi et quels que soient les moyens d'entraînement choisis pour le rotor. 2976390 n La figure 4 représente schématiquement un dispositif de surveillance apte à mettre en oeuvre un procédé selon l'invention. Ce dispositif de surveillance comporte des moyens de détection 10 aptes à détecter l'activation de l'appareil électrique. 5 Le dispositif de surveillance comporte également un capteur de position 6 apte à mesurer l'angle de calage des aubes. Ce capteur de position présente de préférence une précision permettant de mesurer des angles de l'ordre de 0.01°. Ce capteur de position peut être placé au pied des aubes ou au niveau d'un actionneur permettant de contrôler l'angle de calage des aubes. 10 Le dispositif de surveillance comporte également des moyens de calcul secondaires 7 d'implémenter un algorithme de détection apte à établir quand est ce que les conditions sont stabilisées et à filtrer les mesures issues du capteur de position 6. Le dispositif de surveillance peut également comporter des moyens de calcul tertiaires 8 apte à prévoir la traction exercée sur le rotor et/ou les dérivées de traction 15 autour du point de fonctionnement afin de calculer la compensation en ligne. Ces moyens de calcul tertiaires permettent également de comparer l'écart de calage constaté à un écart de calage attendu et d'évaluer une probabilité de panne du système de dégivrage. Le dispositif de surveillance comporte également des moyens de calcul primaires 9 20 apte à gérer et à surveiller l'activation du dégivrage, augmenter ou diminuer la puissance du générateur, et à envoyer un message d'alerte en cas de panne du système de dégivrage. Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du 25 cadre de l'invention. 5 10 15 20 25 REVENDICATIONS1. Procédé de surveillance du fonctionnement d'un appareil électrique (3) dans une turbomachine, l'appareil électrique (3) étant alimenté en puissance par un générateur (1), le générateur (1) alimentant également en puissance des moyens d'entraînement (2) en rotation d'un rotor (4) de la turbomachine, la turbomachine étant outre pourvue d'une boucle de régulation (5) agencée de façon à commander au moins un paramètre de contrôle afin de maintenir la vitesse de rotation du rotor (4) constante, le procédé comportant les étapes suivantes : - Une étape (102) de détection de l'activation de l'appareil électrique ; - Une étape de surveillance du paramètre de contrôle. 2. Procédé de surveillance selon la revendication précédente, l'étape de surveillance du paramètre de contrôle comporte les sous étapes suivantes: - Première mesure (103) du paramètre de contrôle lors de l'activation de l'appareil électrique; - Deuxième mesure (106) du paramètre de contrôle après un temps t après l'activation de l'appareil électrique ; - Comparaison (107) de la différence entre le paramètre de contrôle lors de la deuxième mesure et le paramètre de contrôle lors de la première mesure avec une valeur seuil. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre une étape (108) d'envoi d'un message d'alerte en cas de détection d'une anomalie de fonctionnement de l'appareil électrique.. 30 10 15 20 25 3013 4. Procédé selon l'un des revendications précédentes, comportant en outre une étape (104) d'augmentation de la puissance fournie par le générateur en cas d'activation de l'appareil électrique. 5. Procédé de surveillance selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre une étape (105) de surveillance de la puissance fournie par le générateur. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'appareil électrique est un système de dégivrage (3) d'une partie de la turbomachine. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le rotor comporte des aubes, chaque aube présentant un angle de calage, le paramètre de contrôle étant l'angle de calage des aubes. 8. Dispositif de surveillance pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes comportant : - des moyens de détection (10) aptes à détecter l'activation de l'appareil électrique ; - des moyens de calculs (7, 8, 9) aptes à surveiller le paramètre de contrôle. 9. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le rotor comporte des aubes, chaque aube présentant un angle de calage, le paramètre de contrôle étant l'angle de calage des aubes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capteur (6) apte à mesurer l'angle de calage des aubes. 10.Turbomachine comportant un dispositif de surveillance selon la revendication précédente.