Brevet FR2979951A1 — publié le 20130315

PROCEDE DE SURVEILLANCE D'AU MOINS DEUX CAPTEURS DE TEMPERATURE D'UNE TURBOMACHINE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé de surveillance d'au moins deux capteurs de température d'une turbomachine. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR Une turbomachine est généralement pourvue de capteurs de température, par exemple des thermocouples utilisés avantageusement pour mesurer des températures importantes, ou des sondes résistives, qui permettent de connaitre la température du flux qui traverse la turbomachine dans différents plans transversaux de la turbomachine. Dans ce document, on appelle « plan transversal » un plan perpendiculaire à l'axe de référence selon lequel s'étend la turbomachine. Ces mesures de température doivent être très fiables. Ainsi, afin de s'assurer que la température mesurée est réellement représentative de la température du flux dans un plan transversal donné de la turbomachine, on place généralement deux thermocouples dans chaque plan transversal de la turbomachine dans lequel on veut mesurer la température du flux. En amont de la chambre de combustion, comme la température du flux dans un même plan transversal est relativement homogène, ces deux thermocouples sont généralement placés au même endroit du plan transversal, tandis qu'en aval de la chambre de combustion, comme la température du flux dans un même plan transversal est inhomogène, les deux thermocouples sont généralement placés dans deux endroits différents d'un même plan transversal. Outre cette redondance de capteurs dans chaque plan transversal, il est nécessaire de s'assurer que chacun des thermocouples n'est pas défaillant. Cette vérification des capteurs de température est simple pour ceux situés en amont de la chambre de combustion, puisqu'il suffit de comparer les températures mesurées par les deux thermocouples - lorsque les capteurs sont des thermocouples, comme c'est le cas à titre d'exemple dans la suite de la description - situés dans le même plan transversal. En effet, comme ces thermocouples sont situés au même endroit du plan transversal, s'ils fonctionnent correctement, on doit mesurer exactement la même température avec les deux thermocouples. Par contre, si on détecte un écart de température entre ces deux thermocouples, on en déduit qu'un des deux thermocouples est défaillant. Toutefois, une telle méthode de surveillance des thermocouples n'est pas applicable de manière aussi efficace en aval de la chambre de combustion, et notamment en entrée de la turbine basse pression, car dans cette zone les deux thermocouples ne sont pas situés au même endroit d'un même plan transversal, mais ils sont décalés l'un par rapport à l'autre à l'intérieur du plan transversal. Or, en aval de la chambre de combustion, le flux présente de fortes hétérogénéités thermiques, de sorte que les températures mesurées par chacun des capteurs sont différentes, y compris lorsque les thermocouples fonctionnent correctement. On ne peut donc plus prévoir ou détecter le dysfonctionnement d'un des thermocouples avec le procédé décrit ci- dessus, ou alors, dans l'éventualité où un tel dysfonctionnement serait détecté, il le serait avec du retard. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un procédé permettant de détecter et/ou de prévoir les défaillances des capteurs de température d'une turbomachine qui sont redondants dans un même plan transversal, y compris de ceux situés en aval de la chambre de combustion, et notamment de ceux situés dans la turbine basse pression. Dans ce document, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence au sens de déplacement du flux à l'intérieur de la turbomachine. Pour ce faire, est proposé selon un premier aspect de l'invention, un procédé de surveillance d'au moins deux capteurs de température d'une turbomachine s'étendant suivant un plan de référence, les deux capteurs de température étant situés dans un même plan transversal de la turbomachine, le procédé comportant les étapes suivantes : - Détection de l'arrêt de la turbomachine ; Attente pendant une durée au moins égale à une durée seuil ; Mesure de la température avec chacun des deux capteurs de température ; Comparaison des deux températures mesurées. En effet, la demanderesse a constaté que les inhomogénéités de température qui existent dans le flux qui traverse la turbomachine lorsque celle-ci est en marche, diminuent puis disparaissent une fois que la turbomachine s'est arrêtée. Ainsi, la durée seuil est choisie de façon à ce que, au bout de la durée seuil, la température du flux dans un même plan transversal de la turbomachine est homogène, ou quasiment homogène, en fonction de la précision voulue pour le procédé de surveillance. Ainsi, lorsque les deux capteurs de température d'un même plan transversal fonctionnent correctement, si on mesure la température avec ces deux capteurs de température au bout d'une durée au moins égale à la durée seuil après l'arrêt du moteur, on doit normalement mesurer la même température avec les deux capteurs, et donc la différence entre les deux températures mesurées doit être nulle. Par contre, si un des deux capteurs de température est défaillant, on ne mesurera pas la même température avec les deux capteurs et donc on en déduira qu'un des capteurs est défaillant. Le fait de comparer les températures mesurées avec chacun des capteurs une fois que la turbomachine est éteinte depuis une durée au moins égale à la durée seuil permet donc de détecter la plupart des défaillances qui peuvent survenir dans les capteurs. Le procédé selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Simultanément à l'étape d'attente pendant une durée au moins égale à une durée seuil, le procédé peut également comprendre une étape de ventilation de la turbomachine de façon à accélérer l'homogénéisation en température du flux d'air. Dans ce cas, la durée seuil diminue. Plus la ventilation est importante, plus la durée seuil diminue. Avantageusement, le procédé est mis en oeuvre avant chaque redémarrage de la turbomachine, lorsque la turbomachine s'est arrêtée pendant une durée au moins égale à la durée seuil. En effet, le fait de mettre en oeuvre le procédé avant chaque redémarrage de la turbomachine permet d'attendre une durée maximale entre le dernier arrêt de la turbomachine et le moment où l'on mesure les températures, et donc cela permet d'avoir une homogénéité thermique maximale dans la turbomachine, à condition que le moteur se soit arrêté pendant une durée au moins Io égale à la durée seuil. Avantageusement, l'étape de comparaison des deux températures mesurées comporte une étape de calcul de la différence entre les deux températures mesurées. Cette différence calculée peut ensuite être comparée à une ou plusieurs différences théoriques. En effet, on peut par exemple imaginer que si la différence 15 calculée est inférieure une première différence théorique, par exemple 0.5°C, on en déduit que les deux capteurs de température fonctionnent correctement. Par ailleurs, si la différence calculée est comprise entre la première différence théorique et une deuxième différence théorique, on en déduit qu'une défaillance sur l'un des capteurs pourrait bientôt survenir, et si la différence calculée à une troisième différence 20 théorique, on en déduit qu'un des capteurs est défaillant. On peut également choisir la ou les différences théoriques en fonction de la durée seuil choisie : en effet, si la durée seuil est relativement faible, par exemple parce que les escales effectuées entre deux vols sont relativement courtes, on peut choisir des différences théoriques plus élevées pour tenir compte du fait que la 25 turbomachine n'est pas totalement homogénéisée thermiquement au moment des mesures de températures. A l'inverse, plus la durée seuil est élevée, plus la ou les différences théoriques choisies pourront être faibles, puisque dans ce cas la turbomachine se sera totalement homogénéisée thermiquement. Avantageusement, le procédé comporte en outre une étape d'enregistrement de la 30 différence calculée entre les deux températures mesurées. Cette étape d'enregistrement permet de suivre l'évolution des capteurs de température dans le temps, et notamment leur vieillissement. Avantageusement, les différences enregistrées sont utilisées pour calculer une tendance d'évolution de la différence entre les températures mesurées. En effet, à partir de l'analyse de l'évolution de la différence calculée dans le passé, on peut essayer de prévoir comment vont vieillir les capteurs, afin de faire de la surveillance prédictive de ces capteurs de température. Selon un mode de réalisation, le procédé comporte en outre une étape d'envoi d'une alerte lorsqu'une défaillance d'un des capteurs est détectée et/ou est prévue. En effet, comme expliqué précédemment, on peut choisir plusieurs différences théoriques auxquelles on compare la différence calculée : une de ces différences théoriques peut correspondre à une défaillance effective d'un des capteurs, tandis qu'une autre de ces différences théoriques peut correspondre à un début de défaillance d'un capteur, ce début de défaillance pouvant être annonciateur d'une future panne du capteur, notamment lorsque la différence calculée est corrélée avec d'autres différences calculées préalablement, l'ensemble de ces différences calculées indiquant que les mesures de température effectuées par ces deux capteurs sont de plus en plus différentes. Le procédé peut être utilisé pour surveiller tous les capteurs de température d'une turbomachine dès lors que deux capteurs de température se trouvent dans un même plan transversal de la turbomachine. Toutefois, le procédé est particulièrement avantageux lorsqu'il est utilisé pour surveiller des capteurs de température qui sont situés en aval d'une chambre de combustion de la turbomachine, puisque les capteurs de température appartenant à un même plan transversal qui sont situés en aval de la chambre de combustion sont généralement situés dans des endroits différents du plan transversal, de sorte qu'ils sont très sensibles aux hétérogénéités de température qui existent dans le flux d'air en aval de la chambre de combustion. En outre, le procédé selon l'invention s'applique tout particulièrement dans le cas où les deux capteurs de température sont situés dans la turbine basse pression, ou plus généralement en aval de la chambre de combustion, là où le flux d'air présente de fortes hétérogénéités de température. En outre, le procédé est de préférence utilisé lorsque les deux capteurs de température sont sensiblement alignés horizontalement car l'homogénéisation de l'air se fait par strates horizontales. Le procédé selon l'invention peut être utilisé pour surveiller deux capteurs de température qui sont situés dans le même plan transversal, ou alors pour surveiller deux ensembles de capteurs de température qui sont situés dans le même plan transversal. Dans ce dernier cas, les capteurs de température peuvent être surveillés deux à deux en comparant les mesures de températures qui sont faites par deux capteurs qui sont sensiblement alignés horizontalement, ou alors ils peuvent être surveillés par groupe de deux en faisant d'abord la moyenne des températures mesurées par les capteurs de température d'un premier groupe de capteurs, puis en faisant la moyenne des températures mesurées par les capteurs de température d'un deuxième groupe de capteurs, et enfin en comparant les deux moyennes obtenues. L'invention concerne également un calculateur apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, ainsi qu'une turbomachine dans laquelle ce procédé est mis en oeuvre. 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 en coupe d'une turbomachine dans laquelle un procédé selon l'invention peut être utilisé ; - La figure 2, une représentation schématique de deux capteurs de température dans un même plan transversal de la turbomachine de la figure 1 auxquels s'applique un procédé selon l'invention ; - La figure 3, une représentation schématique de deux autres capteurs de température dans un même plan transversal de la turbomachine de la figure 1 auxquels s'applique un procédé selon l'invention ; - La figure 4, une représentation schématique d'un ensemble de capteurs de température dans un même plan transversal de la turbomachine de la figure 1 auxquels s'applique un procédé selon l'invention ; - La figure 5, une représentation schématique des étapes d'un procédé selon l'invention ; - La figure 6, une courbe représentant l'évolution de la différence entre les températures mesurées par les capteurs de la figure 3 lors d'un premier arrêt de la turbomachine lorsque la température extérieure est de 20°C; - La figure 7, une courbe représentant l'évolution de la différence entre les températures mesurées par les capteurs de la figure 3 lors d'un deuxième arrêt de la turbomachine lorsque la température extérieure est de 20°C; - La figure 8, une courbe représentant l'évolution de la différence entre les températures mesurées par les capteurs de la figure 3 lors d'un premier arrêt de la turbomachine lorsque la température extérieure est de 2°C; - La figure 9, une courbe représentant l'évolution de la différence entre les températures mesurées par les capteurs de la figure 3 lors d'un premier arrêt de la turbomachine lorsque la température extérieure est de 4°C et que la turbomachine est ventilée ; - La figure 10, une courbe représentant l'évolution de la différence entre les températures mesurées par les capteurs de la figure 3 lors d'un deuxième arrêt de la turbomachine lorsque la température extérieure est de 4°C et que la turbomachine est ventilée. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de références identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION La figure 1 représente une turbomachine à laquelle peut s'appliquer un procédé selon l'invention. Cette turbomachine comprend classiquement une soufflante 4, un compresseur 30 basse pression 5, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 7, une turbine haute pression 8, une turbine basse pression 9. La turbomachine s'étend suivant un axe de référence 1. Dans une turbomachine, il est nécessaire de connaitre la température du flux en différents points de la turbomachine, ces points étant espacés longitudinalement le long de l'axe de référence. Pour ce faire, on définit dans la turbomachine différents plans transversaux, c'est-à-dire des plans sensiblement perpendiculaires à l'axe de référence, et on mesure la température du flux dans chacun de ces plans transversaux. Certains de ces plans Po à P50 sont représentés sur la figure 1. La figure 2 représente une vue de face du plan P50 qui est situé en aval de la chambre de combustion, et plus précisément dans la turbine basse pression, du côté de l'entrée de cette turbine basse pression 9. Deux capteurs de température 10 et 11 sont placés dans ce plan transversal. Ces deux capteurs de température sont identiques et présentent la même précision. Ces deux capteurs de température peuvent par exemple être des thermocouples. Ces deux capteurs de température 10, 11 ne sont pas situés au même endroit du plan transversal, mais à des endroits différents comme représenté sur la figure 2. Ces deux capteurs sont de préférence sensiblement alignés horizontalement lorsque la turbomachine est en fonctionnement, pendant la majorité de son fonctionnement. Ces deux capteurs sont de préférence disposés de manière sensiblement symétrique par rapport à un axe transversal 12 perpendiculaire à l'axe de référence 1 et contenu dans le plan transversal dans lequel les deux capteurs 10, 11 sont situés. Un procédé de surveillance de ces deux capteurs de température est décrit en référence à la figure 5. Ce procédé comporte tout d'abord une étape 101 de détection de l'arrêt du moteur, puis une étape 102 d'attente pendant une durée au moins égale à une durée seuil après l'arrêt du moteur. Cette durée seuil minimale pendant laquelle on attend que la température du flux d'air s'homogénéise dans le plan transversal dépend de nombreux facteurs : elle dépend notamment du type de turbomachine dans laquelle le procédé est mis en oeuvre, de la température extérieure, du fait que la turbomachine est ventilée ou non lorsqu'elle est arrêtée... En outre, la durée seuil choisie dépend de la précision des capteurs de température et de la précision que l'on souhaite atteindre avec le procédé de surveillance. 2 9 7995 1 9 Cette durée seuil peut être déterminée expérimentalement préalablement à la mise en oeuvre du procédé en mesurant l'évolution de la différence entre les températures mesurées par chacun des capteurs de température 10, 11 en fonction du temps à partir de l'arrêt du moteur. 5 Ainsi, la figure 6 représente l'évolution de la différence entre les températures mesurées par les deux capteurs 10, 11 en fonction du temps lorsque la température extérieure est égale à 20°C et que le moteur s'arrête pour la première fois. Cette courbe permet d'établir, que dans ce cas, il faut une durée seuil de 15 minutes pour atteindre un écart entre les températures mesurées par les capteurs 10 et 11 Io inférieur à 1 °C. La figure 7 représente l'évolution de la différence entre les températures mesurées par les deux capteurs 10, 11 en fonction du temps lorsque la température extérieure est égale à 20°C et que le moteur s'arrête pour la deuxième fois, après avoir redémarré suite à l'arrêt précédent pendant 15 minutes. Cette courbe permet 15 d'établir que dans ce cas, il faut également une durée seuil égale à 15 minutes pour atteindre un écart entre les températures mesurées par les capteurs 10 et 11 inférieur à 1 °C. La figure 8 représente l'évolution de la différence entre les températures mesurées par les deux capteurs 10, 11 en fonction du temps lorsque la température extérieure 20 est égale à 2°C et que le moteur s'arrête pour la première fois. Cette courbe permet d'établir que dans ce cas, il faut une durée seuil égale à 30 minutes pour atteindre un écart entre les températures mesurées par les capteurs 10 et 11 inférieur à 0°C. La figure 9 représente l'évolution de la différence entre les températures mesurées par les deux capteurs 10, 11 en fonction du temps lorsque la température extérieure 25 est égale à 4°C et que le moteur s'arrête pour la première fois, et que la turbomachine est ventilée avec une ventilation sèche. Cette courbe permet d'établir que dans ce cas, il faut également une durée seuil égale à 7 minutes pour atteindre un écart entre les températures mesurées par les capteurs 10 et 11 inférieur à 1 °C. La figure 10 représente l'évolution de la différence entre les températures mesurées 30 par les deux capteurs 10, 11 en fonction du temps lorsque la température extérieure est égale à 4°C et que le moteur s'arrête pour la deuxième fois, après avoir 2 9 7995 1 10 redémarré suite à l'arrêt précédent de 7 minutes. Cette courbe permet d'établir que dans ce cas, il faut également une durée seuil égale à 6 minutes pour atteindre un écart entre les températures mesurées par les capteurs 10 et 11 inférieur à 1 °C. Lors de l'étape 102, la turbomachine est donc arrêtée pendant une durée au moins 5 égale à une durée seuil déterminée comme expliqué en référence aux figures 6 à 10. Le procédé peut également comprendre une étape 102' simultanée à l'étape 102 au cours de laquelle la turbomachine est ventilée de manière à accélérer son homogénéisation thermique. Le procédé comporte ensuite une étape 103 de mesure de la température avec 10 chacun des capteurs de température 10, 11. Afin de permettre à la température du flux d'air de s'homogénéiser au maximum, il est avantageux de réaliser cette étape de mesure de la température avec chacun des capteurs de température juste avant le redémarrage de la turbomachine, lorsque la turbomachine s'est arrêtée pendant une durée au moins égale à la durée seuil. En outre, afin de suivre l'évolution des 15 capteurs de température, il est avantageux de réaliser cette étape de mesure avant chaque démarrage de la turbomachine. Le procédé comporte ensuite une étape 104 de comparaison des températures mesurées avec ces capteurs de température. Cette étape de comparaison peut consister en une comparaison directe des deux 20 températures mesurées ou alors elle peut comprendre une étape de calcul de la différence entre les deux températures mesurées, puis une comparaison de cette différence avec une ou plusieurs différences théoriques. Si les capteurs de température 10, 11 fonctionnent correctement, les températures mesurées par chacun des capteurs 10, 11 doivent être égales ou sensiblement 25 égales, en fonction de la marge d'erreur autorisée entre ces capteurs. Par contre, si les capteurs de température 10, 11 commencent à être défaillants, par exemple à cause d'une dérive de leur élément sensible, d'une pollution, d'une érosion ou d'un encrassement de leur sonde, en encore d'une usure ou d'une rupture de leurs connecteurs, les températures mesurées par les deux capteurs vont 30 se différencier l'une de l'autre. Une petite différence entre les deux températures 2 9 7995 1 n mesurées peut être annonciatrice d'un début de défaillance, surtout si la différence entre les deux températures mesurées augmente au fil du temps, tandis qu'une différence importante entre les deux températures mesurées peut être indicatrice d'une panne d'un des capteurs. 5 Ainsi, la différence entre les températures mesurées peut être comparée à plusieurs différences théoriques : si la différence entre les températures mesurées est inférieure à une première différence théorique, on en déduit que les deux capteurs fonctionnent bien. Si la différence entre les températures mesurées est comprise entre la première température théorique et une deuxième température théorique, on 10 en déduit qu'un des capteurs commence à présenter des signes de défaillances. Si la différence entre les températures mesurées est supérieure à la deuxième température théorique, on en déduit qu'un des capteurs est défaillant et qu'on ne peut plus faire confiance à ses mesures. On peut également comparer la différence entre les températures mesurées avec d'autres différences théoriques pour affiner la 15 surveillance des capteurs. En outre, les différences entre les températures mesurées avant chaque démarrage peuvent être enregistrées en mémoire lors d'une étape 105 de façon à surveiller le vieillissement des capteurs. Ces différences entre les températures mesurées avant chaque démarrage peuvent 20 également être utilisées pour calculer des tendances d'évolution des capteurs afin de prévoir leur vieillissement, lors d'une étape 106. En outre, le procédé peut également comporter une étape 107 d'envoi d'un message d'alerte si une défaillance d'un des capteurs est détectée lors de l'étape 104, et/ou si s'il résulte de la comparaison effectuée lors de l'étape 104 et/ou du calcul de la 25 tendance d'évolution, qu'une future défaillance d'un des capteurs est à prévoir. Le procédé tel que décrit précédemment permet donc de surveiller les capteurs de températures d'un même plan transversal. Ce procédé permet plus particulièrement de prévoir les futures défaillances de ces capteurs et de détecter les défaillances survenues, et ce malgré la présence des hétérogénéités de température dans les 30 plans transversaux en aval de la chambre de combustion. 2 9 7995 1 12 Le procédé tel que décrit précédemment est applicable à tous les capteurs de températures, dès lors qu'au moins deux capteurs de température sont situés dans le même plan transversal. Toutefois, ce procédé est particulièrement utile pour les capteurs de température situés en aval de la chambre de combustion, lorsque les 5 deux capteurs ne sont pas situés dans le même endroit du plan transversal, et en particulier pour les capteurs situés dans la turbine basse pression lorsque le flux d'air est hétérogène thermiquement. Par ailleurs, le procédé à toutes les dispositions de capteurs de température, et pas seulement à la disposition représentée sur la figure 2. Toutefois, pour que le procédé 10 soit réellement efficace, il est préférable que les capteurs de température auxquels s'applique le procédé soient sensiblement alignés horizontalement. Il est également préférable que ces capteurs soient disposés de manière symétrique par rapport à un axe transversal 12 contenu dans le plan transversal dans lequel se trouvent les capteurs, l'axe transversal étant perpendiculaire à l'axe de référence. 15 Ainsi, le procédé selon l'invention s'applique également aux capteurs 10, 11 représentés sur la figure 3, ou encore aux capteurs 13 à 18 représentés sur la figure 4. En effet, le procédé peut s'appliquer lorsque la turbomachine contient plus de deux capteurs de température dans un même plan transversal, comme représenté sur la figure 4. Dans ce cas, on peut faire la moyenne des températures mesurées 20 par les capteurs 13, 14, 15 qui se trouvent d'un côté de l'axe transversal 12, et la moyenne des températures mesurées par les capteurs 16, 17, 18 qui se trouvent de l'autre côté de l'axe transversal 12. On peut ensuite comparer, comme expliqué précédemment, les températures mesurées par les capteurs de températures qui se trouvent d'un côté de l'axe de référence, et celles mesurées par les capteurs 16, 17, 25 18 qui se trouvent de l'autre côté de l'axe transversal 12. Alternativement, il est possible de ne pas faire la moyenne des températures mesurées par les capteurs qui se trouvent de chaque côté de l'axe transversal, mais de comparer directement deux à deux les températures mesurées par les capteurs qui se trouvent de chaque côté de l'axe transversal. Dans le cas de la figure 4, on 30 compare ainsi : - la température mesurée par le capteur de température 13 avec la température mesurée par le capteur de température 16 ; - la température mesurée par le capteur de température 14 avec la température mesurée par le capteur de température 17 ; s - la température mesurée par le capteur de température 15 avec la température mesurée par le capteur de température 18. Ces comparaisons peuvent être directes comme expliqué précédemment, ou alors elles peuvent être effectuées via le calcul de la différence entre ces températures et via la comparaison de cette différence calculée avec une ou plusieurs différences 10 théoriques. Le procédé tel que décrit en référence aux figures 1 à 10 permet de détecter toutes les défaillances des capteurs de température, à part celles qui ne sont visibles qu'en présence d'un flux d'air. Toutefois, pour détecter les défaillances qui n'apparaissent qu'en présence d'un flux 15 d'air, comme par exemple l'érosion des thermocouples ou leur encrassement, on pourrait envisager de ventiler la turbomachine de façon à ce qu'elle soit traversée par un flux d'air de température constante, lors des mesures de température par les capteurs de température. Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en 20 référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention.