Brevet FR3030625A1 — publié le 20160624

Domaine de l'invention L'invention concerne un procédé de détermination de la vibration d'une pièce continue rotative de turbomachine, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Présentation de l'Art Antérieur De manière classique, une turbomachine d'aéronef comporte des rotors comprenant une pluralité d'aubes radiales pour accélérer un flux d'air d'amont en aval dans le corps de la turbomachine. Les pieds des aubes sont par exemple montés sur des disques présentant un mouvement de rotation autour d'un axe de rotation du rotor. Dans d'autres parties de la turbomachine, les pieds des aubes sont montées sur un tambour (an anglais « spool ») qui est une pièce rotative de forme généralement cylindrique. Ces pièces rotatives sont susceptibles de subir des modes de vibration, en particulier en raison d'un couplage mécanique avec les aubes. L'identification et la mesure de modes vibratoires d'éléments du rotor ont été décrites dans l'art antérieur pour les aubes des rotors. Une méthode couramment utilisée est celle connue de l'homme du métier sous la 20 désignation de « Blade Tip-Timing » (mesure du temps de passage des sommets des aubes). En effet, une aube présente traditionnellement une forme tridimensionnelle qui est modifiée en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre du rotor. A titre d'exemple, l'aube peut s'allonger radialement et/ou 25 vriller lorsque la vitesse de rotation de l'arbre du rotor augmente. La méthode de « Blade Tip-Timing » comprend la mesure par un ou plusieurs capteurs de position du temps de passage du sommet de l'aube au niveau desdits capteurs. Ce temps de passage mesuré est comparé à un temps de passage 30 théorique, afin d'en déduire, grâce à un modèle de déformation, les modes vibratoires de l'aube en rotation, le long d'un axe radial (c'est-à-dire orthogonal à l'axe de rotation). Toutefois, cette solution n'est pas applicable à des pièces rotatives de turbomachine, dont au moins une portion est continue sur 3600, comme par exemple les disques ou les tambours. Présentation de l'invention L'invention propose un procédé de détermination de la vibration d'une pièce rotative de turbomachine, ladite pièce présentant au moins une portion continue sur 3600, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à mesurer, par une pluralité de capteurs, lors de la rotation de la pièce autour d'un axe de rotation, l'évolution de la distance entre chaque capteur et la pièce selon un axe compris entre l'axe de rotation et un axe radial orthogonal audit axe de rotation, et en déduire, via une modélisation de la déformation de la pièce, des caractéristiques d'un ou plusieurs modes de vibration de la pièce. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : le procédé comprend l'étape consistant à comparer la mesure de la distance entre chaque capteur et la pièce avec une distance de référence pour laquelle la pièce ne subit pas de vibrations, pour en déduire la déformation de la pièce ; le procédé comprend l'étape consistant à comparer la mesure de la distance entre chaque capteur et la pièce avec une distance de référence précédant la croisée d'un mode de vibration de la pièce, et/ou suivant la croisée d'un mode de vibration de la pièce, pour en déduire la déformation de la pièce ; la mesure de la distance entre chaque capteur et la pièce est effectuée selon l'axe de rotation ; la mesure de la distance entre chaque capteur et la pièce est effectuée au niveau d'une surépaisseur de la pièce; le procédé comprend l'étape consistant à déduire l'amplitude et/ou la phase et/ou la fréquence des modes vibratoires de la pièce en rotation. L'invention concerne également un dispositif de détermination de la vibration d'une pièce rotative de turbomachine, ladite pièce présentant au moins une portion continue sur 3600, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de capteurs, disposés en regard de la pièce, chaque capteur étant configuré pour mesurer, lors de la rotation de la pièce autour d'un axe de rotation, l'évolution de la distance qui le sépare de la pièce selon un axe compris entre l'axe de rotation et un axe radial orthogonal audit axe de rotation, et une unité de traitement, comprenant une mémoire stockant une modélisation de la déformation de la pièce, et étant configurée pour déduire des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires de la pièce. Les capteurs sont par exemple disposés de sorte à mesurer une distance selon l'axe de rotation. L'invention concerne également une turbomachine comprenant une pièce rotative, présentant au moins une portion continue sur 360°, et au moins un dispositif de détermination de la vibration configuré pour déterminer les modes vibratoires de la pièce. L'invention présente de nombreux avantages. L'invention permet de déterminer les modes de vibration d'une pièce rotative, même si ceux-ci sont synchrones. En particulier, l'invention s'applique à une pluralité de pièces rotatives dont on souhaite détecter l'activité vibratoire. En outre, l'invention exploite une information liée à la déformation de la pièce, ce qui permet d'accroître à la fois la robustesse et la précision de la mesure et du calcul de la vibration. Présentation des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La Figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif de détermination de la vibration d'une pièce rotative à portion continue de turbomachine, en l'occurrence un disque de rotor ; La Figure 2 est une représentation schématique d'une coupe partielle simplifiée d'un disque de rotor ; La Figure 3 est une représentation schématique d'un mode vibratoire axial d'ordre zéro pour un disque de rotor, et de l'évolution de la distance mesurée selon la position angulaire, à un instant t ; La Figure 4 est une représentation schématique d'un mode vibratoire axial de premier ordre pour un disque de rotor, et de l'évolution de la distance mesurée selon la position angulaire, à un instant t; La Figure 5 est une représentation schématique d'un mode vibratoire axial de second ordre pour un disque de rotor, et de l'évolution de la distance mesurée selon la position angulaire, à un instant t; La Figure 6 est une représentation schématique d'une coupe partielle d'un disque de rotor supportant un pied d'aube ; La Figure 7 est une représentation schématique d'un rotor comprenant une pluralité de disques et d'un dispositif de détermination de la vibration d'un disque de rotor de turbomachine ; La Figure 8 est une représentation schématique d'une autre pièce rotative à portion continue de turbomachine, en l'occurrence une cage de roulements de turbomachine ; La Figure 9 est une représentation schématique d'étapes d'un procédé de détermination de la vibration d'une pièce rotative à portion continue de turbomachine ; La Figure 10 est une représentation schématique des mesures de trois capteurs en fonction du temps, dans le cas d'un mode vibratoire d'ordre zéro ; La Figure 11 est une représentation schématique des mesures de trois capteurs en fonction du temps, dans le cas d'un mode vibratoire de premier ordre ; La Figure 12 est une représentation schématique des mesures de trois capteurs en fonction du temps, dans le cas d'un mode vibratoire d'ordre N, qui apparaît au temps t1 et se stabilise au temps t2. Description détaillée Dispositif On a représenté en Figure 1 un mode de réalisation possible d'un dispositif 15 de détermination d'une pièce 1 continue rotative de turbomachine. Cette représentation est schématique. Sur les Figures 1 à 7, la pièce 1 qui est représentée est un disque de rotor de turbomachine. Toutefois, cet exemple n'est pas limitatif et la pièce 1 peut correspondre à toute autre pièce continue rotative de la turbomachine, dont les modes vibratoires sont à étudier. Il s'agit par exemple, mais non limitativement, d'une cage de 25 roulements, dont un exemple est schématisé en Figure 8. La cage sert à maintenir l'espace entre deux bagues coaxiales 18, 19 entre lesquelles sont placées des billes. La pièce peut par exemple être un tambour de turbomachine (pièce portant une pluralité d'étages d'aubes), ou une poulie de turbomachine. 30 La pièce 1 présente au moins une portion qui est continue sur 360° ce qui permet des mesures de distance via des capteurs durant toute la durée de la rotation (par opposition à une pièce comme une aube dont aucune portion n'est continue sur 3600). Etant donné que la pièce 1 n'est pas nécessairement entièrement continue sur 3600, celle-ci peut donc comprendre des ouvertures (comme c'est le cas d'un disque de rotor, qui comprend une ouverture centrale). La pièce 1 est mobile en rotation autour d'un axe de rotation R du rotor. Cet axe de rotation R coïncide par exemple avec l'axe longitudinal de la turbomachine, ou est parallèle à celui-ci. Dans le cas d'un disque, celui-ci sert notamment à recevoir le pied des aubes 12 du rotor (cf. Figure 6). En Figure 2, on a illustré une vue en coupe simplifiée d'une pièce 1 sous la forme d'un disque, qui peut présenter en son centre un trou 7 débouchant. On note que le disque ne présente pas nécessairement une épaisseur constante dans son plan, comme explicité par la suite. La Figure 2 représente également un angle 0 qui matérialise la position angulaire autour de la pièce 1, dans le plan de celle-ci. Le dispositif 15 comprend une pluralité de capteurs (au moins deux) 4, 41, 42 disposés en regard de la pièce 1. Ces capteurs 4, 41, 42 sont fixés par exemple sur un carter de la 20 turbomachine. Ces capteurs sont donc fixes par rapport à la pièce 1. Dans le cas d'un rotor non caréné, il est par exemple possible de prévoir un mât de support des capteurs 4, 41, 42 afin de disposer ceux-ci à proximité de la pièce 1. D'autres positionnements des capteurs 4 sont possibles selon l'environnement du rotor. 25 Les capteurs 4, 41, 42 sont des capteurs de distance. En particulier, chaque capteur 4, 41, 42 est configuré pour mesurer, lors de la rotation de la pièce 1 autour de l'axe R de rotation du rotor, l'évolution de la distance qui le sépare de la pièce 1. Selon la direction de mesure du capteur, la distance qui sépare le 30 capteur de la pièce 1 est mesurée selon un axe compris entre l'axe R de rotation et un axe radial X orthogonal audit axe R de rotation. Avantageusement, les capteurs 4, 41, 42 sont positionnés de sorte à mesurer la distance qui les sépare de la pièce 1 selon l'axe R de rotation ou parallèlement à celui-ci. Il s'agit dans ce cas d'une distance axiale. Toutefois, notamment au vu de l'espace disponible à proximité de la pièce 1, la direction de mesure d'au moins une partie des capteurs 4, 41, 42 peut être inclinée par rapport à l'axe R, voire être orthogonale audit axe R (et donc être alignée sur l'axe X). Le dispositif 15 comprend également une unité 11 de traitement, comprenant une mémoire 16. Cette mémoire 16 stocke une modélisation de la déformation de la pièce 1. Cette modélisation est extraite d'un modèle 3D de la pièce 1 qui prend en compte les différents paramètres de la pièce 1 (dimensions, propriétés mécaniques, environnement extérieur, etc.). La modélisation mécanique de la pièce 1 est en soi connue dans la méthode du « Blade Tip-Timing ». L'unité 11 de traitement est par exemple de type processeur, comprenant au moins une mémoire 16, et apte à exécuter un programme d'ordinateur pour le traitement des mesures des capteurs 4, 41, 42. L'unité 11 peut communiquer avec les capteurs 4, 41, 42 afin de recueillir les mesures. Cette communication est effectuée par tout moyen connu, comme par exemple par liaison filaire, ou sans fil, ou radio, ou Internet ou par des moyens de stockage amovibles. L'unité 11 de traitement est configurée pour déduire, à partir des mesures des capteurs 4, 41, 42 et de la modélisation de la déformation du de la pièce 1, des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires de la pièce 1 pour lesquels la pièce 1 subit une déformation. Il s'agit en particulier des modes vibratoires synchrones avec la rotation de la pièce 1. On a représenté en Figures 3 à 5 des exemples de modes vibratoires susceptibles d'être identifiés par le dispositif 15, ainsi que l'évolution de la distance entre les capteurs 4, 41, 42 et la pièce 1 en fonction de leur position angulaire, à un instant t, dans le cas où la pièce 1 est un disque de rotor. Dans cet exemple, les capteurs mesurent une distance selon l'axe de rotation R ou parallèlement à celui-ci. La Figure 3 illustre un mode vibratoire du disque d'ordre zéro. Comme on peut le constater, le disque subit une déformation constante quelle que soit la position angulaire 0 le long du disque. Ainsi, chaque capteur 4, 41, 42, mesure la même distance D à un instant donné, comme représenté sur la courbe en partie droite de la Figure 3. La Figure 4 illustre un mode vibratoire du disque du premier ordre. Comme on peut le constater, le disque subit une déformation différente selon la position angulaire 0 autour du disque. En particulier, la partie supérieure (par rapport à l'axe de rotation R) du disque présente une déformation qui est en opposition de phase par rapport à la partie inférieure du disque. La courbe en partie droite de la Figure 4 illustre la distance D mesurée par les capteurs selon la position angulaire 0 autour du disque (comprise entre 00 et 360°), à un instant t. La Figure 5 illustre un mode vibratoire du disque du deuxième ordre. La courbe en partie droite de la Figure 5 illustre la distance D mesurée par les capteurs selon la position angulaire 0 autour du disque (comprise entre 0° et 360°), à un instant t. Ces illustrations ne sont toutefois pas limitatives des modes de vibration pouvant être observés sur une pièce 1. Les capteurs 4, 41, 42 sont par exemple des capteurs capacitifs. Il peut également s'agir d'autres capteurs, comme une sonde optique, ou un 25 capteur à courant de Foucault, ou un capteur de pression, etc. Des technologies différentes peuvent être utilisées pour les capteurs. Les capteurs 4, 41, 42 peuvent notamment être disposés en regard de surfaces de la pièce 1 orthogonales à l'axe R de rotation, ce qui permet d'éviter des biais de mesure causés par la présence de surfaces obliques 30 sur la pièce 1. Dans un exemple de réalisation, illustré en Figure 6, la pièce 1 comprend une épaisseur qui n'est pas constante dans son plan. Les capteurs 4, 41, 42 peuvent notamment être disposés en regard d'une surépaisseur 13 locale de la pièce 1. En particulier, dans le cas où la pièce 1 est un disque de rotor, les capteurs 4, 41, 42 peuvent être disposés au niveau d'une surépaisseur du disque disposée autour du trou 7 central du disque 1. Cette surépaisseur est couramment dénommée « poireau » par l'homme du métier. Ceci permet d'améliorer la qualité des mesures. Le dispositif 15 peut par exemple s'intégrer dans une turbomachine comprenant un rotor équipé d'un ou plusieurs disques 1 (cf. Figure 7), et au moins un dispositif 15 de détermination de la vibration, configuré pour déterminer les modes vibratoires axiaux d'au moins un des disques 1. Il est clair qu'une unique unité 11 de traitement peut être utilisée pour plusieurs disques, dans le cas où la déformation de plusieurs disques est mesurée. Le rotor peut par exemple appartenir à une turbine (haute- pression ou basse-pression). Le dispositif 15 ne s'applique pas seulement à la mesure de la vibration d'un disque de rotor, mais à toute pièce rotative dont au moins une portion présente une continuité sur 360° autour de l'axe de rotation du rotor. En outre, on note que le dispositif s'applique à tout rotor même si celui-ci n'appartient pas à une turbomachine. Procédé On décrit à présent un procédé de détermination de la vibration d'une pièce 1 de rotor de turbomachine, ladite pièce 1 présentant au moins une portion continue sur 360°. Ce procédé est mis en oeuvre avec le dispositif 15 précité. Le procédé s'applique lors de la rotation du rotor. En particulier, il peut notamment être mis en oeuvre pendant une manoeuvre d'accélération ou de décélération du rotor. Le procédé comprend (cf. Figure 9) une étape El consistant à mesurer, par la pluralité de capteurs 4, 41, 42, lors de la rotation de la pièce 1 autour de l'axe R de rotation du rotor, l'évolution de la distance qui le sépare de la pièce 1 selon un axe compris entre l'axe R de rotation et un axe radial X orthogonal audit axe R de rotation. Le procédé comprend une étape 2 consistant à déduire, via une modélisation de la déformation de la pièce 1, des caractéristiques d'un ou plusieurs modes de vibration de la pièce 1 pour lesquels le disque 1 subit une déformation. Les Figures 10 à 12 correspondent aux mesures prises par les capteurs 4, 41, 42 du mode de réalisation de la Figure 1, pour lequel la pièce 1 est un disque de rotor et les capteurs mesurent une distance selon l'axe R de rotation. La Figure 10 illustre la distance D4, D41, D42 mesurée respectivement par chaque capteur 4, 41, 42 au cours du temps t, dans le cas où le disque ne subit pas de modes de vibration. Les trois mesures se superposent et sont à la valeur nulle (par recalage). La Figure 11 illustre le cas où le disque subit un mode de vibration axial d'ordre zéro (voir également Figure 3). Les trois mesures se superposent et varient de manière sinusoïdale au cours du temps. La Figure 12 illustre le cas d'un mode de vibration d'ordre N, qui démarre au temps t1 et se stabilise au temps t2. Une fois le mode de vibration installé, étant donné que le mode de vibration est synchrone avec la rotation du disque, la distance D4, D41, D42 mesurée par chacun des capteurs reste constante. Comme mentionné précédemment, l'unité 11 de traitement dispose d'une modélisation de la déformation de la pièce 1, stockée dans sa 25 mémoire 16. Dans ce type de modélisation, la connaissance des déformations locales subies par la pièce 1 permet de remonter aux modes vibratoires de la pièce 1. En pratique, les déformations mesurées par les capteurs sont 30 comparées à plusieurs hypothèses possibles de modes de déformation de la pièce 1 afin d'identifier le ou les mode(s) vibratoire(s) subi(s) par la pièce 1. En posant des hypothèses sur le ou les modes de vibration subis (par exemple harmonique 1, ou 2, etc..), l'unité 11 de traitement compare la répartition des déformations mesurées à cet instant avec la répartition des déformations issues des hypothèses, afin de valider ces hypothèses et d'identifier le(s) mode(s) de vibration. L'unité 11 en déduit des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires de la pièce 1. En particulier, l'amplitude, la fréquence, et la phase du ou des modes vibratoires subies par le disque 1 sont calculées. Il s'agit avantageusement, mais non limitativement, de modes vibratoires axiaux selon l'axe R. Selon une modélisation simplifiée, le disque 1 est comparable à un oscillateur dont il faut déterminer l'amplitude, la phase et, le cas échéant, la fréquence. Le procédé peut également comprendre l'étape consistant à comparer la mesure de la distance entre chaque capteur 4, 41, 42 et la pièce 1 avec une distance de référence pour laquelle la pièce 1 ne subit pas de vibrations. Ceci permet un recalage par rapport à une distance connue. Alternativement, le procédé peut comprendre l'étape consistant à comparer la mesure de la distance entre chaque capteur 4, 41, 42 et la pièce 1 avec une distance de référence précédant la croisée d'un mode de vibration de la pièce 1, et/ou suivant la croisée d'un mode de vibration de la pièce 1. En particulier, la distance de référence peut correspondre à la distance immédiatement avant la croisée du mode de vibration et/ou immédiatement après la croisée du mode de vibration. Cette méthode permet de s'affranchir d'autres dérives de la 25 déformation de la pièce 1, qui ne sont pas dues au phénomène de vibration recherché (par exemple, échauffement du moteur, ou déformation du moteur, non caractéristiques de la vibration recherchée). La mesure faite par les capteurs peut notamment s'opérer au niveau d'une surface de la pièce 1 orthogonale audit axe R de rotation, et/ou au 30 niveau d'une surépaisseur 13 de la pièce 1. L'invention permet de déterminer les modes de vibration de la pièce, même si ceux-ci sont synchrones. Ceci permet notamment de vérifier si la pièce subit un couplage vibratoire avec d'autres éléments mécaniques, comme des aubes du rotor. En outre, le procédé met en oeuvre un calcul de vibration à partir d'une mesure de variation de distance. Ceci est avantageux et augmente la précision du calcul. Par exemple, il a été mentionné que le capteur 4 pouvait être un capteur capacitif, qui est un capteur robuste à l'encrassement. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la vibration d'une pièce (1) rotative de turbomachine, ladite pièce (1) présentant au moins une portion continue sur 3600, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: mesurer (El ), par une pluralité de capteurs (4, 41, 42), lors de la rotation de la pièce (1) autour d'un axe (R) de rotation, l'évolution de la distance entre chaque capteur (4, 41, 42) et la pièce (1) selon un axe compris entre l'axe (R) de rotation et un axe radial (X) orthogonal audit axe (R) de rotation, en déduire (E2), via une modélisation de la déformation de la pièce (1), des caractéristiques d'un ou plusieurs modes de vibration de la pièce (1). 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant l'étape consistant à comparer la mesure de la distance entre chaque capteur (4, 41, 42) et la pièce (1) avec une distance de référence pour laquelle la pièce (1) ne subit pas de vibrations, pour en déduire la déformation de la pièce (1). 3. Procédé selon la revendication 1, comprenant l'étape consistant à comparer la mesure de la distance entre chaque capteur (4, 41, 42) et la pièce (1) avec une distance de référence précédant la croisée d'un mode de vibration de la pièce (1), et/ou suivant la croisée d'un mode de vibration de la pièce (1), pour en déduire la déformation de la pièce (1). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la mesure de la distance entre chaque capteur (4, 41, 42) et la pièce (1) est effectuée selon l'axe (R) de rotation.30 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la mesure de la distance entre chaque capteur (4, 41, 42) et la pièce (1) est effectuée au niveau d'une surépaisseur (13) de la pièce (1). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant l'étape consistant à déduire l'amplitude et/ou la phase et/ou la fréquence des modes vibratoires de la pièce (1) en rotation. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la pièce (1) est : un disque de rotor de turbomachine, ou un tambour de turbomachine, ou une cage de roulements de turbomachine, ou une poulie de turbomachine. 8. Dispositif (15) de détermination de la vibration d'une pièce (1) rotative de turbomachine, ladite pièce (1) présentant au moins une portion continue sur 360°, caractérisé en ce qu'il comprend : une pluralité de capteurs (4, 41, 42), disposés en regard de la pièce (1), chaque capteur (4, 41, 42) étant configuré pour mesurer, lors de la rotation de la pièce (1) autour d'un axe (R) de rotation, l'évolution de la distance qui le sépare de la pièce (1) selon un axe compris entre l'axe (R) de rotation et un axe radial (X) orthogonal audit axe (R) de rotation, et une unité (11) de traitement, o comprenant une mémoire (16) stockant une modélisation de la déformation de la pièce (1), et o étant configurée pour déduire des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires de la pièce (1). 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les capteurs (4, 41, 42) sont disposés de sorte à mesurer une distance selon l'axe (R) de rotation. 10. Turbomachine comprenant : - une pièce (1) rotative, présentant au moins une portion continue sur 360°, et - au moins un dispositif (15) de détermination de la vibration selon l'une des revendications 8 ou 9, configuré pour déterminer les modes vibratoires de la pièce (1).