Brevet FR2981131A1 — publié le 20130412

COMPRESSEUR CENTRIFUGE EQUIPE D'UN MARQUEUR DE MESURE D'USURE ET PROCÉDÉ DE SUIVI D'USURE UTILISANT CE MARQUEUR DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE [0001]L'invention se rapporte à un compresseur centrifuge de turbine à gaz, équipé d'un marqueur de suivi d'usure, ainsi qu'à un procédé de mesure d'usure de compresseur centrifuge utilisant un tel marqueur. [0002] L'invention s'applique en particulier aux turbomoteurs d'hélicoptères, notamment aux turbomoteurs à compresseurs mono ou bi-étages. [0003]L'usure par érosion affecte les pièces principales de la veine air d'un moteur équipé d'au moins un compresseur centrifuge avec une entrée d'air radiale. Les pièces du compresseur, et les zones de ces pièces les plus exposées à l'érosion, sont respectivement: le rouet, en particulier les bords d'attaque des pales principales ; le diffuseur radial, notamment les bords d'attaque de ses aubes ; et le couvercle du rouet, en particulier au niveau du coude du couvercle. [0004] L'invention se rapporte plus généralement au domaine du suivi du bon fonctionnement d'une turbine, ce suivi nécessitant la détection de l'érosion provoquée en général par ingestion de corps étrangers dans la veine, en particulier du sable. ÉTAT DE LA TECHNIQUE [0005] Une solution connue est de mesurer l'érosion d'un compresseur en bord d'attaque des pales principales du rouet, en particulier par endoscopie. Le document de brevet FR 2 938 651 décrit un tel procédé de mesure d'usure du bord d'attaque d'une pale rotative de rouet. Une marque permanente est réalisée à une distance déterminée du bord d'attaque et cette distance est suivie par un endoscope positionné dans un champ de vision incluant la marque et une partie du bord d'attaque. Des moyens de traitement des images fournies par l'endoscope permettent de déduire la position du bord d'attaque par rapport à la marque. [0006]Cependant, la mesure du recul des bords d'attaque des pales principales de rouet est entachée d'une forte imprécision et l'accès aux pales est difficile sans dépose du moteur. De plus, la mise en place de témoin sur des pièces rotatives est difficile à mettre en oeuvre en raison des contraintes élevées du rouet en fonctionnement. En outre, on ne dispose pas de référence fiable pour mesurer la position du témoin par rapport à un bord d'attaque de pale lorsque ce dernier est totalement soumis à l'érosion. [0007]De manière générale, ces imprécisions sur la caractérisation de l'usure des pièces peuvent entraîner un diagnostic erroné sur l'état des pièces, et 10 une dépose prématurée ou tardive du moteur. De telles imprécisions ne permettent pas d'élaborer une maintenance ciblée par pièce. EXPOSÉ DE L'INVENTION [0008] L'invention vise à s'affranchir de ces inconvénients, en particulier 15 elle vise à réaliser une mesure précise de l'érosion des compresseurs, sans dépose moteur, ainsi qu'une mise en place aisée. Pour ce faire, bien que l'usure des couvercles de compresseur ne soit pas critique ce qui, a priori, n'incite pas à les utiliser comme marqueur, il a été remarqué qu'implanter un témoin dans le couvercle peut être utile pour caractériser l'usure. En effet, le coude de couvercles 20 s'érode et le suivi de cette érosion par un marquage adapté permet une telle caractérisation de l'usure, non seulement des couvercles, mais également des pièces adjacentes des compresseurs, en particulier des pales de rouet. [0009]Plus précisément, la présente invention a pour objet un compresseur centrifuge de turbine à gaz à entrée d'air radiale. Un tel compresseur 25 comporte un rouet équipé de pales et un couvercle d'écoulement de flux d'air dans les pales. Le couvercle, qui est recouvert d'un revêtement abradable, présente une zone annulaire de coude dans une partie sensiblement médiane. Dans cette zone de coude, au moins un creux de marquage de profondeur déterminée, dit marqueur, est usiné dans le revêtement abradable. De préférence, ce 30 compresseur constitue le premier étage de compression d'un turbomoteur mono, bi ou multi-étage(s). [0010]Selon des particularités avantageuses : - au moins deux, de préférence au moins trois groupes d'au moins deux, de préférence au moins trois marqueurs, sont répartis le long de la zone de coude du couvercle ; - les marqueurs de chaque groupe ont des profondeurs initiales différentes et quantifiés ; - les marqueurs de chaque groupe peuvent être en alignement dans ladite zone de coude et leur implantation choisie entre une méridienne, un rayon et une ligne inclinée entre méridienne et rayon ; - les marqueurs sont de forme choisie entre une forme cylindrique, de préférence un lamage à base circulaire ou oblong, de calotte sphérique, de forme conique, et de rainurage. [0011]L'invention se rapporte également à un procédé de suivi d'usure d'un compresseur centrifuge du type décrit ci-dessus. Dans ce procédé : - au moins un marquage est réalisé par usinage d'au moins un creux de profondeur déterminée dans le revêtement abradable du coude du couvercle ; - des examens par endoscopie sont successivement effectués dans le temps ; - à chaque examen, un endoscope est introduit dans le compresseur et une extrémité active de l'endoscope est positionnée en regard du ou des 20 marquages pour fournir un signal d'image des marquages; - un traitement du signal endoscopique fournit un nombre de marquage(s) restant(s) et un critère de décision de dépose moteur est appliqué en fonction de ce nombre et de données d'usure comparatives. [0012] Selon des modes de réalisation préférés : 25 - les marquages présentent des profondeurs différentes et la différence entre deux profondeurs les plus proches est quantifiée en correspondance avec un degré d'avancement d'usure calibré ; - les marquages sont régulièrement répartis sur la circonférence du coude du couvercle, individuellement ou par groupes d'au moins deux marquages, de 30 préférence au moins trois ; - une comparaison entre les dénombrements de marqueurs restants lors d'examens successifs fournit une mesure de la vitesse d'érosion et un état d'avancement de l'usure du couvercle ainsi que, par extrapolation à partir de données mémorisées relatives à des corrélations d'usure entre les pièces de compresseur, celui des autres pièces du compresseur ; - le critère de décision compare, à chaque examen, le nombre de marquages restants à un nombre critique établi en fonction des données mémorisées et le moteur est déposé pour le remplacement des pièces usées lorsque le nombre critique est atteint. PRÉSENTATION DES FIGURES [0013]D'autres données, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description non limitée qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - la figure 1, une vue en coupe partielle d'un turbomoteur d'hélicoptère comportant un compresseur selon l'invention ; - la figure 2, une vue axiale partielle d'un couvercle selon l'invention comportant deux groupes de trois marqueurs alignés sur un rayon et sur une méridienne du coude du couvercle ; - la figure 3, une vue générale axiale d'un exemple de couvercle selon l'invention comportant trois groupes de trois marqueurs alignés sur une méridienne, et - les figures 4 et 5, des vues en coupe et perspective de trois marqueurs d'un des groupes précédents, et - la figure 6, un exemple d'organigramme des étapes de mise en oeuvre du procédé de mesure d'usure selon l'invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE [0014]Le turbomoteur 100 illustré par la vue en coupe de la figure 1 comporte, sensiblement de symétrie axiale autour de l'axe central X'X : un compresseur centrifuge 1 ; des turbines 2 et 3 d'entraînement du compresseur 1 et des axes de puissance de l'hélicoptère (hélice, boîtier de transmission, etc.) via un arbre traversant 4 ; une entrée radiale 5 d'un manchon de circulation 50 d'un flux d'air frais F1 et une chambre de combustion 6. [0015]Plus précisément, le compresseur centrifuge 1 comprend principalement un rouet de compression 10 muni de pales 11 et alimenté par l'air F1, un couvercle 12 limitant un canal annulaire dans lequel s'écoule le flux F1, et un diffuseur radial 13 à ailettes 14. [0016] En fonctionnement, le flux d'air F1 est d'abord aspiré dans l'entrée d'air frais 2, puis comprimé entre les pales 11 du rouet et le couvercle 12. Le flux comprimé F1 sort ensuite radialement du rouet 10. [0017]Le flux F1 passe alors par le diffuseur radial 13, formé à la périphérie du compresseur 1, pour être redressé par les aubes courbes 14 et 10 acheminé vers des canaux 60 d'entrée de la chambre de combustion 6. [0018] En fonctionnement, le flux d'air F1 qui contient des particules étrangères, par exemple des grains de sable, va éroder les principales pièces du compresseur : les pales en rotation 11 du rouet, le couvercle 12 et les aubes 14 du diffuseur. 15 [0019]Afin de mesurer l'état d'avancement de cette érosion, le couvercle 12 est usiné pour présenter des marqueurs en creux 14 comme illustré par la figure 2. Le couvercle 12 présente dans sa partie centrale une zone annulaire formant un coude 12a. Dans ce coude 12a, un premier groupe G1 de trois marqueurs M1, M2, et M3 ont été usinés. Les marqueurs du groupe G1 sont 20 alignés sur une méridienne 120 (représentée en traits pointillés) du coude 12a. Un autre exemple d'alignement des marqueurs M1 à M3 est également illustré. Dans cet alignement, les marqueurs M1 à M3 forment un groupe G2 le long d'un rayon 121 (représentés en traits pointillés) du coude 12a. [0020]Les marqueurs ont ici une forme cylindrique à base circulaire. 25 Alternativement d'autres formes sont possibles : un lamage à base oblong, une calotte sphérique, une forme conique, ou un rainurage [0021]De manière générale, les marqueurs d'un même groupe sont suffisamment rapprochés, à moins de 10 mm, pour être aptes à pouvoir subir le même type d'érosion. De plus, les marqueurs ont une ouverture maximale 30 inférieure à environ 1 mm de manière à ne pas être bouchés par l'ingestion de corps étrangers, en particulier de grains de sable. 2 9 8 1 1 3 1 6 [0022]Le couvercle 12 est recouvert d'un revêtement en matériau abradable connu, d'épaisseur de quelques millimètres, afin d'éviter un contact avec les pales qui seraient nuisible au bon fonctionnement. Les marqueurs sont usinés dans ce matériau abradable. 5 [0023]0r le couvercle est la pièce est érodé par le flux F1 et en particulier le coude 12a. Sur la figure 2, le coude 12a forme une zone érodée assombrie par rapport au reste du coude. L'usure du couvercle et de son coude en particulier n'a pas de conséquence sur le bon fonctionnement du moteur. [0024] En référence à la vue générale axiale de la figure 3, un exemple de couvercle 12 selon l'invention comporte trois groupes G3 à G5 de trois marqueurs chacun, identiques aux marqueurs M1 à M3 précédemment décrits. Les marqueurs sont alignés sur la méridienne 120 et les groupes G3 à G5 sont régulièrement répartis à 120° sur la circonférence du coude 12a du couvercle 12. Alternativement, les marqueurs M1 à M3 peuvent être alignés sur un rayon 121 comme illustré à la figure 2. [0025]Dans l'exemple, les marqueurs ont une forme sensiblement cylindrique et présentent des profondeurs différentes. Les vues en coupe et perspective des figures 4 et 5 montrent plus précisément les trois marqueurs M1 à M3 et leurs différentes profondeurs P1 à P3. Les marqueurs sont cylindriques à parois polyédriques. Ils se succèdent avec une profondeur croissante. L'écart de profondeur entre deux marqueurs adjacents est constant et quantifié : il correspond à une unité d'avancement d'usure calibrée. Dans l'exemple, le quanta de profondeur est de 0,2 mm et les profondeurs des marqueurs M1 à M3 sont successivement égales à 0,2, 0,4 et 0,6 mm. Lors d'examens du couvercle - par endoscopie par exemple - le degré d'avancement d'usure du couvercle se situe entre 0 et 0,2 mm si aucun marqueur n'a disparu, entre 0,2 et 0,4 mm si le marqueur M1 a disparu, et entre 0,4 et 0,6 mm si le marqueur M2 disparaît. [0026] La disparition du marqueur M2 déclenche alors une inspection des pièces du compresseur dans la mesure où une telle érosion du couvercle signale, par extrapolation suivant le type de moteur et le profil d'utilisation, une érosion critique des pales du rouet. Une telle érosion critique correspond à une limite d'utilisation qui nécessite alors un remplacement des pièces érodées. [0027]Afin d'affiner la mesure de l'état d'usure du couvercle et donc des autres pièces, un plus grand nombre de marqueurs par groupe avec une quantification de profondeur plus faible, par exemple 0 ,1 mm peut être mis en oeuvre. [0028] L'organigramme de la figure 6 illustre un exemple de succession d'étapes pouvant être mise en oeuvre dans le cadre du procédé de suivi de l'usure d'un compresseur donné selon l'invention. Dans cet exemple, des marquages tels que les groupes de marqueurs G3 à G5 comportant « i » marqueurs Mi, « i » étant égal ou supérieur à 3, par exemple égal à 4 ou 5 - sont usinés dans le revêtement abradable du coude du couvercle (étape 100). Plus généralement, plus de trois groupes peuvent être usinés. [0029]Des examens par endoscopie sont ensuite successivement effectués dans le temps (étape 200), par exemple après chaque mission séparée de durées Tj. A chaque examen, l'endoscope est introduit dans le compresseur en suivant des cheminements prévus jusqu'à positionner l'extrémité active de l'endoscope en regard de chacun des trois groupes G3 à G5 dans l'exemple et fournir des signaux d'image des marqueurs Mi. [0030]Un dispositif de traitement du signal DTS reçoit les signaux endoscopiques. Le dispositif établit alors le nombre de marqueurs restants Nr par 20 groupe (étape 300) et applique un critère de décision CD de dépose moteur en fonction de ce nombre. Le résultat de cette application est fourni à un opérateur. [0031]Lors des examens qui se succèdent dans le temps, une vitesse d'érosion « Ve » et un état d'avancement de l'usure « Au » du couvercle et des pales du rouet sont établis par le dispositif DTS en fonction du nombre de 25 marqueurs restants Nr et des durées Tj. Ces données sont également mémorisées dans le dispositif de traitement (étape 400). [0032] Pour ce faire, des données DATA sont également mémorisées dans le dispositif de traitement concernant : la répartition de l'érosion du couvercle, les corrélations d'usure en fonction de la configuration des moteurs 30 entre les pièces de compresseur permettant d'extrapoler celle des pales du rouet à partir de celle du couvercle, les profils des missions de l'hélicoptère et la granulométrie des corps étrangers ingérés en fonction des missions, les résultats antérieurs de « Ve » et de « Au » concernant le moteur examiné ainsi que les résultats de « Ve » et de « Au » de moteurs en fonction de leurs conditions d'utilisation. [0033]Le critère CD établit un nombre de marqueurs restants critique « Nrc » et interprète alors, en fonction des données DATA et du nombre de marqueurs critique « Nrc », le nombre de marqueurs restants « Nr » par groupe G3 à G5 en termes d'usure des pièces, en particulier des pales du rouet, (étape 500). Par exemple, il se peut que seul le nombre de marqueurs du groupe G2 soit critique. Tant que ce nombre est au moins égal à deux pour le groupe G4, il n'y a pas lieu de déposer le moteur, même si les autres groupes G3 et G5 ont un nombre de marqueur égal à un lors d'un examen. Ainsi, pour chaque moteur, un nombre de marqueurs restants critique « Nrc », au moins égal à un, est établi pour chaque groupe de marqueurs. [0034] Lors de chaque examen, le nombre de marqueurs restants « Nr » par groupe G3 à G5 est déterminé. Si ce nombre « Nr » est égal à zéro pour au moins un groupe, le critère de décision prévoit la dépose immédiate du moteur « DEP » et le changement des pièces du compresseur exposées à l'usure (couvercle, pales du rouet, ailettes du diffuseur). Si le nombre Nr est égal à Nrc pour le groupe concerné, la dépose est également décidée. [0035]Alternativement, les marqueurs peuvent ne pas être répartis en groupe, mais par exemple régulièrement répartis le long d'une méridienne du coude. Dans ce cas, le nombre Nrc est simplement égal à 1, sauf si la vitesse « Ve » ou l'avancement d'usure Au augmente sensiblement : le nombre Nrc passe alors à 2 pour éviter tout remplacement tardif des pièces. [0036] L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Ainsi, les marqueurs peuvent être non alignés des creux dans un même groupe, par exemple selon des dispositions en V, en triangle, en carré, etc. REVENDICATIONS1. Compresseur centrifuge (1) de turbine à gaz (10) à entrée d'air radiale (5), comportant un rouet (10) équipé de pales (11) et un couvercle (12) d'écoulement de flux d'air (F1) dans les pales (11), caractérisé en ce que le couvercle (12), recouvert d'un revêtement abradable, présente une zone annulaire de coude (12a) dans une partie sensiblement médiane dans laquelle au moins un creux de marquage (M1 à M3, Mi) de profondeur déterminée (P1 à P3), dit marqueur, est usiné dans le revêtement abradable. 2. Compresseur centrifuge selon la revendication 1, dans lequel au moins deux (G1, G2), de préférence au moins trois groupes (G3 à G5) d'au moins deux, de préférence au moins trois marqueurs (M1 à M3), sont répartis régulièrement le long de la zone de coude (12a) du couvercle (12). 3. Compresseur centrifuge selon l'une des revendications 1 ou 2, 15 dans lequel les marqueurs (M1 à M3) de chaque groupe (G1 à G5) ont des profondeurs initiales (P1 à P3) différentes et quantifiés. 4 Compresseur centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, les marqueurs (M1 à M3) de chaque groupe (G3 à G5) sont en alignement dans ladite zone de coude (12a) et leur implantation choisie entre 20 une méridienne (120), un rayon (121) et une ligne inclinée entre méridienne et rayon. 5. Compresseur centrifuge selon la revendication précédente, dans lequel les marqueurs (M1 à M3) d'un même groupe (G1 à G5) sont suffisamment rapprochés, à moins de 10 mm, pour être aptes à pouvoir subir le même type 25 d'érosion. 6. Compresseur centrifuge selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les marqueurs (M1à M3, Mi) ont une ouverture maximale inférieure à 1 mm de manière à ne pas être bouchés par l'ingestion de corps étrangers, en particulier de grains de sable. 30 7. Compresseur centrifuge selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les marqueurs (M1 à M3, Mi) sont deforme choisie entre une forme cylindrique, de préférence un lamage à base circulaire ou oblong, de calotte sphérique, de forme conique, et de rainurage. 8. Procédé de suivi d'usure d'un compresseur centrifuge du type décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - au moins un marquage (M1 à M3, Mi) est réalisé par usinage (100) d'au moins un creux de profondeur (P1 à P3) déterminée dans le revêtement abradable du coude (12a) du couvercle ; - des examens par endoscopie (200) sont successivement effectués dans le temps (Tj) ; - à chaque examen, un endoscope est introduit dans le compresseur et une extrémité active de l'endoscope est positionnée en regard du ou des marquages (M1 à M3, Mi) pour fournir un signal d'image des marquages ; - un traitement (DTS) du signal endoscopique (300) fournit un nombre de marquage(s) restant(s) (Nr) et un critère de décision (CD) de dépose moteur (500) est appliqué en fonction de ce nombre (Nr) et de données d'usure comparatives (DATA). 9. Procédé de suivi d'usure selon la revendication précédente, dans lequel les marquages (M1 à M3) présentent des profondeurs différentes (P1 à P3) et la différence entre deux profondeurs les plus proches est quantifiée en 20 correspondance avec un degré d'avancement d'usure calibré ; 10. Procédé de suivi d'usure selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel les marquages (Mi) sont régulièrement répartis sur la circonférence du coude du couvercle (12a), individuellement ou par groupes (G3 à G5) d'au moins deux marquages, de préférence au moins trois (M1 à M3). 25 11. Procédé de suivi d'usure selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel une comparaison entre les dénombrements de marqueurs restants (Nr) lors d'examens successifs fournit (400) une mesure de la vitesse d'érosion (Ve) et un état d'avancement de l'usure du couvercle (Au) ainsi que, par extrapolation à partir de données (DATA) mémorisées relatives à des 30 corrélations d'usure entre les pièces de compresseur, celui des autres pièces du compresseur.12. Procédé de suivi d'usure selon la revendication précédente, dans lequel le critère de décision (CD) compare (500), à chaque examen, le nombre de marquages restants (Nr) à un nombre critique (Nrc) établi en fonction des données mémorisées (DATA) et le moteur est déposé pour le remplacement des pièces usées lorsque le nombre critique (Nrc) est atteint.