Brevet FR3061293A1 — publié le 20180629

Machine d'essai pour caractériser au moins un composant de turbomachine La présente invention concerne une machine d'essai pour 5 caractériser au moins un composant de turbomachine. Les figures 1 et 2 représentent une machine d'essai 1 selon l'art antérieur. La machine d'essai 1 comporte classiquement un rotor 2, se présentant sous la forme d'un arbre apte à pivoter autour d'un axe X. Le rotor est monté pivotant à l'intérieur d'un bâti 3 par l'intermédiaire de paliers 4, tels 10 par exemple que des roulements à billes ou à rouleaux. Les paliers 4 sont logés dans une enceinte 5 du bâti 3, l'enceinte 5 comportant un lubrifiant tel que de l'huile. Un composant 6 à caractériser ou à tester est relié au rotor 2 par l'intermédiaire de moyens de liaison 7. Ce composant 6 est une partie d'une 15 turbomachine, par exemple un compresseur seul ou une turbine seule, ou encore un sous-ensemble de la turbomachine comportant à la fois un compresseur et une turbine. En fonctionnement, le composant 6 à tester peut générer un effort axial Fc, F'c qui est transmis au rotor 2 puis aux paliers 4. Ces derniers 20 peuvent donc être fortement sollicités ce qui entraîne leur dégradation prématurée. C'est ainsi notamment que le compresseur génère classiquement un effort axial Fc orienté vers l'amont AM, c'est-à-dire vers la gauche sur les figures 1 et 2, et que la turbine génère classiquement un effort axial F'c 25 orienté vers l'aval AV, c'est-à-dire vers la droite sur les figures 1 et 2. Dans le cas d'un sous-ensemble comportant à la fois un compresseur et une turbine, le sens de l'effort axial total généré par le sous-ensemble sur le rotor 2 est dépendant des conditions de fonctionnement. En effet, en fonction notamment du régime moteur ou d'autres paramètres, les 30 efforts axiaux exercés par le compresseur et par la turbine peuvent varier de 306 12 93 2 sorte que l'effort axial résultant peut être positif ou négatif, c'est-à-dire dirigé respectivement vers l'amont AM ou vers l'aval AV. En variante, le composant 6 à tester peut être un palier 4 de turbomachine qui forme alors l'un au moins des paliers 4 logés dans l'enceinte 5 lubrifiée. Le palier 4 peut alors comporter une bague interne 8 solidaire axialement du rotor 2 et une bague externe 9 solidaire axialement du bâti 3. Afin de tester ce composant 6, il peut être nécessaire de lui appliquer un effort axial dirigé, soit vers l'amont AM, soit vers l'aval AV. Afin de compenser les efforts axiaux générés par le composant 6 sur les paliers 4, ou afin de générer un effort axial sur un palier 4 à tester, l'art antérieur prévoit un piston 10 solidaire du rotor 2. Le bâti 3 délimite avec le rotor 2 et le piston 10, une chambre de pression 11. La machine d'essai 1 comporte en outre des moyens d'alimentation permettant d'alimenter la chambre de pression en fluide sous pression, tel par exemple que de l'air comprimé. Des premiers moyens d'étanchéité dynamique 12 sont montés entre le bâti 3 et le rotor 2, en particulier entre un flasque 13 du bâti 3 et le rotor 2. Des seconds moyens d'étanchéité dynamique 14 sont montés entre la périphérie radialement externe 15 du piston 10 et le bâti 3. Les moyens d'étanchéité dynamique 12, 14 autorisent un débit de fuite 16, 17 déterminé. En particulier, les premiers moyens d'étanchéité 12 autorisent un débit de fuite 16 en direction de l'enceinte 5 lubrifiée, de manière à générer une surpression empêchant le lubrifiant de s'échapper vers la chambre de pression 11. Dans la forme de réalisation illustrée à la figure 1, la chambre de pression 11 est située en amont AM du piston 10, c'est-à-dire à gauche du piston 10 sur la figure 1. Lorsque le composant génère un effort Fc sur le rotor 2, il est possible de compenser cet effort en alimentant la chambre 11 à l'aide d'un fluide de pression pl de sorte que l'effort Fp généré par le piston 3061293 3 10 sur le rotor 2 soit dirigé vers l'aval AV, c'est-à-dire vers la droite sur la figure 1. La pression P1 est telle que Fp = Fc = pl .S, où S est la section du piston 10 rapportée sur le plan radial. Cette forme de réalisation correspond notamment au cas où le 5 composant 6 à tester est un compresseur. A l'inverse, dans le cas où l'effort généré par le composant 6 est dirigé vers l'aval (F'c), tel qu'illustré à la figure 2, il est nécessaire que la chambre 11 de pression soit située en aval AV du piston 10, c'est-à-dire à droite du piston 10 sur la figure 2. Il est alors possible de compenser cet effort 10 F'c en alimentant la chambre 11 à l'aide d'un fluide de pression p'l de sorte que l'effort F'p généré par le piston 10 sur le rotor 2 soit dirigé vers l'amont AM, c'est-à-dire vers la gauche sur la figure 2. La pression p'l est telle que F'p = F'c = P'1.S. Cette forme de réalisation correspond notamment au cas où le 15 composant 6 à tester est une turbine. Un changement de composant 6 à tester peut ainsi nécessiter une adaptation de la machine d'essai 1, une telle adaptation étant coûteuse et fastidieuse. Par ailleurs, comme vu précédemment, lorsque l'on souhaite 20 tester ou caractériser un sous-ensemble comportant par exemple un compresseur et une turbine, le sens de l'effort Fc (ou F'c) généré par le sous-ensemble peut varier au cours de l'essai. En d'autres termes, l'effort Fc (ou F'c) généré par le composant peut alternativement être dirigé vers l'amont AM ou vers l'aval AV au cours d'un même essai. La machine d'essai 1 selon 25 l'art antérieur n'est pas adaptée à faire varier le sens de l'effort Fp (F'p) généré par le piston 10. Il devient alors impossible de compenser les efforts générés par le sous-ensemble pour toutes les conditions de fonctionnement rencontrées au cours de l'essai. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, 30 efficace et économique aux problèmes précités. 3061293 4 A cet effet, elle propose une machine d'essai pour caractériser au moins un composant de turbomachine, comportant un rotor apte à pivoter autour d'un axe, des moyens de liaison destinés à relier le composant au rotor, un piston solidaire axialement par rapport au rotor, caractérisée en ce 5 qu'elle comporte une première chambre de pression et une seconde chambre de pression, situées axialement de part et d'autre du piston, et des moyens d'alimentation de la première chambre de pression et/ou de la seconde chambre de pression, aptes à délivrer un fluide sous pression. De cette manière, il est possible de faire varier le sens et la norme 10 (ou valeur) de l'effort exercé par le piston, de façon à pouvoir s'adapter aux différents types d'essais décrits précédemment, sans nécessiter de modifications ou d'adaptations de la machine. La première chambre et/ou la seconde chambre peut comporter des moyens de purge. 15 Les moyens de purges permettent d'évacuer l'air contenu dans la chambre opposée à la chambre sous pression de manière à faciliter le déplacement axial du piston. La machine d'essai peut comporter des premiers moyens d'étanchéité entre une partie fixe de la première chambre et/ou de la seconde 20 chambre, et le rotor. Les premiers moyens d'étanchéité peuvent être des moyens d'étanchéité dynamique. La machine d'essai peut comporter des seconds moyens d'étanchéité entre la première chambre et la seconde chambre. 25 Les seconds moyens d'étanchéité peuvent être des moyens d'étanchéité dynamique. La machine d'essai peut comporter un bâti fixe, le rotor étant monté pivotant par rapport au bâti, par l'intermédiaire d'au moins un palier, le palier étant logé dans une enceinte comportant un lubrifiant. 30 Les premiers moyens d'étanchéité peuvent être conçus pour assurer un débit de fuite déterminé de la première chambre vers l'enceinte. 3061293 5 Les seconds moyens d'étanchéité peuvent être conçus pour assurer un débit de fuite déterminé de la seconde chambre vers l'enceinte. Le débit de fuite permet de générer une surpression empêchant le lubrifiant de s'échapper vers la chambre de pression. 5 Les moyens de purge et les moyens d'alimentation peuvent être conçus pour assurer une pression minimale dans la chambre considérée de façon à assurer un débit en fuite vers l'enceinte. Les moyens de purge et les moyens d'alimentation peuvent être conçus pour assurer une pression minimale comprise entre 1,10 et 1,15 bars 10 absolus dans la chambre considérée. Les moyens d'alimentation peuvent comporter un premier circuit d'alimentation apte à alimenter la première chambre, un second circuit d'alimentation apte à alimenter la seconde chambre, chaque circuit d'alimentation comportant une vanne de régulation permettant d'ajuster la 15 pression du fluide fournie à la chambre correspondante, ladite vanne étant pilotée à l'aide d'une consigne qui est fonction de la pression dans la chambre correspondante. Les moyens de purge peuvent comporter un premier circuit de purge apte à purger la première chambre, un second circuit de purge apte à 20 purger la seconde chambre, chaque circuit de purge présentant une perte de charge permettant d'ajuster la pression dans la chambre correspondante. Les pertes de charge permettent de générer un débit de fuite du fluide destiné à déboucher dans l'enceinte. De telles pertes de charge peuvent être obtenues par calibration 25 des conduits ou orifices de purges, par l'utilisation de vannes régulées, et/ou par l'utilisation de vanne d'isolation dont les pertes de charge sont calibrées. La machine d'essai peut également comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - chaque chambre de pression comporte un capteur de pression 30 apte à mesurer la pression au sein de la chambre, - les moyens d'alimentation comportent une vanne d'isolation, 3061293 6 - le premier circuit d'alimentation comporte des premiers moyens de mesure du débit au sein du premier circuit, - le second circuit d'alimentation comporte des premiers moyens de mesure du débit au sein du second circuit, 5 - les moyens d'alimentation comportent une source de pression unique, - les moyens d'alimentation comportent une vanne à trois voies dont une première voie est reliée à la source de pression, par exemple par l'intermédiaire de la vanne d'isolation, dont une seconde voie est reliée au 10 premier circuit d'alimentation, et dont une troisième voie est reliée au second circuit d'alimentation, - la première chambre est délimitée par une partie fixe de la machine et par le rotor, - la seconde chambre est délimitée par une partie fixe de la 15 machine et par le rotor, - les premiers moyens d'étanchéité assurent l'étanchéité entre la partie fixe délimitant la première chambre et le rotor, - les seconds moyens d'étanchéité assurent l'étanchéité entre le piston, par exemple la périphérie radialement externe du piston, et une partie 20 fixe de la machine, - le piston est annulaire et entoure le rotor, - le piston est fixé au rotor, - le rotor est formé par un arbre tournant. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, 25 caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'une machine d'essai de l'art antérieur, selon une première forme de réalisation, 30 - la figure 2 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'une machine d'essai de l'art antérieur, selon une seconde forme de réalisation, 306 12 93 7 - la figure 3 est une demi-vue schématique d'une partie d'une machine d'essai selon une forme de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue correspondant à la figure 3 dans un premier mode de fonctionnement de la machine d'essai, 5 - la figure 5 est une vue correspondant à la figure 3 dans un second mode de fonctionnement de la machine d'essai. La figure 3 représente une partie d'une machine d'essai 18 selon une forme de réalisation de l'invention. La machine d'essai 18 comporte, comme précédemment, un rotor 19, se présentant sous la forme d'un arbre 10 apte à pivoter autour d'un axe X. Le rotor 19 est monté pivotant à l'intérieur d'un bâti 20 par l'intermédiaire de paliers 21, tels par exemple que des roulements à billes ou à rouleaux. Les paliers 21 sont logés dans une enceinte 22 du bâti 20, l'enceinte 22 comportant un lubrifiant tel que de l'huile. 15 Un composant à caractériser ou à tester peut être relié au rotor par l'intermédiaire de moyens de liaison, comme dans le cas des figures 1 et 2. Ce composant peut être une partie d'une turbomachine, par exemple un compresseur seul ou une turbine seule, ou encore un sous-ensemble de la turbomachine comportant à la fois un compresseur et une turbine. 20 En variante, le composant à tester peut être formé par l'un au moins des paliers 21. La machine d'essai 18 comporte en outre un piston 23 annulaire d'axe X monté autour du rotor 19 et solidaire axialement dudit rotor 19. Le bâti 20 délimite avec le rotor 19 et le piston 23, une première 25 chambre de pression 24 située en amont du piston 23, c'est-à-dire à gauche sur la figure 3, et une seconde chambre de pression 25 située en aval du piston 23, c'est-à-dire à droite sur la figure 3. A cet effet, le bâti 20 peut comporter un flasque 26 délimitant en partie la première chambre de pression 24 et l'enceinte 22, et un couvercle 27 délimitant en partie la 30 seconde chambre de pression 25. 3061293 8 Le bâti 20 comprend une première arrivée d'air 28 débouchant dans la première chambre de pression 24 et une seconde arrivée d'air 29 débouchant dans la seconde chambre de pression 25. Le bâti 20 comporte également une première sortie d'air 30 en communication avec la première 5 chambre de pression 24 et une seconde sortie d'air 31 en communication avec la seconde chambre de pression 25. Des premiers moyens d'étanchéité dynamique 32 sont montés entre le bâti 20 et le rotor 19, en particulier entre le flasque 26 et le rotor 19, au niveau de la première chambre de pression 24. 10 Des seconds moyens d'étanchéité dynamique 33 sont montés entre la périphérie radialement externe 34 du piston 23 et le bâti 20, c'est-à-dire entre les première et seconde chambres de pression 24, 25. Les moyens d'étanchéité dynamique 32, 33 autorisent un débit de fuite 35, 36 (figure 4). En particulier, les premiers moyens d'étanchéité 32 15 autorisent un débit de fuite 35 en direction de l'enceinte 22 lubrifiée, de manière à générer une surpression empêchant le lubrifiant de s'échapper vers la première chambre de pression 24. Les seconds moyens d'étanchéité 33 autorisent un débit de fuite 36 entre les deux chambres de pression 24, 25. 20 La machine d'essai 18 comporte de plus des moyens d'alimentation des chambres de pression 24, 25. Les moyens d'alimentation comportent une source de fluide sous pression 38, en particulier une source d'air comprimé, une vanne d'isolation 39, apte à être ouverte ou fermée, une vanne trois voies 40, une première vanne de régulation 41, des premiers 25 moyens de mesure de débit 42, une seconde vanne de régulation 43, et des seconds moyens de mesure de débit 44. La source sous pression 38 est reliée à une première voie de la vanne trois voies 40, par l'intermédiaire de la vanne d'isolation 39. La première entrée d'air 28 est reliée à une deuxième voie de la vanne trois 30 voies 40 par l'intermédiaire de la première vanne de régulation 41 et des premiers moyens de mesure du débit 42. La seconde entrée d'air 29 est 3061293 9 reliée à une troisième voie de la vanne trois voies 40 par l'intermédiaire de la seconde vanne de régulation 43 et des seconds moyens de mesure du débit 44. Les première et seconde chambres de pression 24, 25 sont équipées 5 de capteurs de pression 45, 46 aptes à mesurer la pression au sein de chacune desdites chambres 24, 25. La première vanne de régulation 41 peut être pilotée par l'intermédiaire d'une consigne qui est fonction de la pression pl au sein de la première chambre de pression 24. 10 La seconde vanne de régulation 43 peut être pilotée par l'intermédiaire d'une consigne qui est fonction de la pression p2 au sein de la seconde chambre de pression 25. La première sortie d'air 30 peut déboucher dans l'atmosphère au travers d'un premier circuit de purge comprenant une première conduite de 15 purge 47 équipée d'une vanne d'isolation 48. La seconde sortie d'air 31 peut déboucher dans l'atmosphère au travers d'un second circuit de purge comprenant une seconde conduite de purge 49 équipée d'une vanne d'isolation 50. Les vannes d'isolation 48, 50 peuvent être pilotées. 20 La figure 4 illustre un premier mode de fonctionnement de la machine d'essai 18 selon l'invention. Dans ce mode de fonctionnement, la deuxième voie de la vanne 40 est ouverte et la troisième voie est fermée. Les vannes d'isolation 41, 50 sont ouvertes et la vanne d'isolation 48 est fermée. La première vanne de régulation 41 est pilotée. 25 L'air issu de la source de pression 38 traverse ainsi successivement la vanne d'isolation 39, la vanne trois voies 40, la première vanne régulée 41, les premiers moyens de mesure du débit 42 avant de déboucher dans la première chambre 24 au travers de la première entrée d'air 28. La première chambre 24 est ainsi soumise à une pression pl de sorte 30 qu'un effort Fp est exercé sur le piston 23, où Fp= pl .S, S étant la section du piston 23 rapportée sur le plan radial. 3061293 10 La pression pl est régulée à l'aide de la première vanne régulée 41 de telle sorte que l'effort Fp s'oppose à l'effort généré par le composant à tester ou encore de telle sorte que l'effort Fp corresponde à la charge devant être appliquée au palier 21 à tester. L'effort Fp est dirigé vers l'aval de la 5 machine d'essai 18, c'est-à-dire vers la droite sur la figure 3. Dans ce mode de fonctionnement également, l'air contenu dans la seconde chambre 25 est évacué vers l'extérieur de la machine d'essai 18 au travers de la seconde conduite de purge 49. Par ailleurs, dans ce mode de fonctionnement, de l'air issu de la 10 première chambre 24 traverse les premiers moyens d'étanchéité 32 avant de déboucher dans l'enceinte 22. Un tel débit de fuite 35 permet de générer une surpression empêchant le lubrifiant de s'échapper vers la première chambre de pression 24. De l'air issu de la première chambre 24 traverse également les 15 seconds moyens d'étanchéité 33 en direction de la seconde chambre 25 de pression (flèche 36), d'où il est évacué vers l'extérieur de la machine d'essai 18 au travers de la seconde conduite de purge 49. Les débits 35, 36 de fuite précités sont par exemple compris entre 0,05 et 0,20 bars absolus, préférentiellement entre 0,10 et 0,15 bars absolus. 20 La figure 5 illustre un second mode de fonctionnement de la machine d'essai 18 selon l'invention. Dans ce mode de fonctionnement, la troisième voie de la vanne 40 est ouverte et la seconde voie est fermée. Les vannes d'isolation 39, 48 sont ouvertes et la vanne d'isolation 50 est fermée. La seconde vanne de régulation 43 est pilotée. 25 L'air issu de la source de pression 38 traverse ainsi successivement la vanne d'isolation 39, la vanne trois voies 40, la seconde vanne régulée 43, les seconds moyens de mesure du débit 44 avant de déboucher dans la seconde chambre 25 au travers de la seconde entrée d'air 29. La seconde chambre 25 est ainsi soumise à une pression p'2 de sorte 30 qu'un effort F'p est exercé sur le piston 23, où F'p= p'2.S, S étant la section du piston 23 rapportée sur le plan radial. 306 12 93 11 La pression p'2 est régulée à l'aide de la seconde vanne régulée 43 de telle sorte que l'effort F'p s'oppose à l'effort généré par le composant à tester ou encore de telle sorte que l'effort F'p corresponde à la charge devant être appliquée au palier 21 à tester. L'effort F'p est dirigé vers l'amont de la 5 machine d'essai 18, c'est-à-dire vers la gauche sur la figure 3. Dans ce mode de fonctionnement également, l'air contenu dans la première chambre 25 est évacué vers l'extérieur de la machine d'essai 18 au travers de la première conduite de purge. Par ailleurs, dans ce mode de fonctionnement, de l'air issu de la 10 seconde chambre 25 traverse les seconds moyens d'étanchéité 33 et débouche dans la première chambre 24. Par ailleurs, une partie de l'air contenu dans la première chambre 24 traverse les premiers moyens d'étanchéité 32 avant de déboucher dans l'enceinte 22. Comme précédemment, ce débit de fuite 35 permet de générer une surpression 15 empêchant le lubrifiant de s'échapper vers la première chambre de pression 24. Dans les deux cas de fonctionnement, le débit 35 de fuite en direction de l'enceinte 22 est maitrisé du fait des pertes de charge dans chacune des conduites de purge 47, 49. Il est en effet préférable de maintenir un débit de 20 fuite minimum en direction de l'enceinte 22. Pour cela, chaque conduite de purge 47, 49 présente une perte de charge minimale. Cette perte de charge peut être maîtrisée par calibration des vannes d'isolation 48, 50 et/ou par calibration des sorties d'air 30, 31. REVENDICATIONS1. Machine d'essai (18) pour caractériser au moins un composant de turbomachine, comportant un rotor (19) apte à pivoter autour d'un axe (X), des moyens de liaison destinés à relier le composant au rotor (19), un piston (23) solidaire axialement par rapport au rotor (19), caractérisée en ce qu'elle comporte une première chambre de pression (24) et une seconde chambre de pression (25), situées axialement de part et d'autre du piston (23), et des moyens d'alimentation de la première chambre de pression et/ou de la seconde chambre de pression, aptes à délivrer un fluide sous pression, et en ce que l'une au moins de la première chambre (24) et de la seconde chambre (25) comporte des moyens de purge. 2. Machine d'essai selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des premiers moyens d'étanchéité (32) entre une partie fixe de la première chambre (24) et/ou de la seconde chambre (25), et le rotor (18). 3. Machine d'essai (18) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte des seconds moyens d'étanchéité (33) entre la 20 première chambre (24) et la seconde chambre (25). 4. Machine d'essai (18) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un bâti (20) fixe, le rotor (19) étant monté pivotant par rapport au bâti (20), par l'intermédiaire d'au moins un palier (21), le palier (21) étant logé dans une enceinte (22) comportant un lubrifiant. 25 5. Machine d'essai (18) selon les revendications 2 et 4, caractérisée en ce que les premiers moyens d'étanchéité (32) sont conçus pour assurer un débit de fuite (35) déterminé de la première chambre (24) vers l'enceinte (22). 6. Machine d'essai (18) selon les revendications 3 et 4 ou les 30 revendications 3 et 5, caractérisée en ce que les seconds moyens 3061293 13 d'étanchéité (33) sont conçus pour assurer un débit de fuite (35) déterminé de la seconde chambre (25) vers l'enceinte (22). 7. Machine d'essai (18) selon les revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que les moyens de purge et les moyens d'alimentation 5 sont conçus pour assurer une pression minimale dans la chambre (24, 25) considérée de façon à assurer un débit de fuite (35) vers l'enceinte (22). 8. Machine d'essai (18) selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens de purge et les moyens d'alimentation sont conçus pour assurer une pression minimale comprise entre 1,10 et 1,15 bars absolus 10 dans la chambre (24, 25) considérée. 9. Machine d'essai (18) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les moyens d'alimentation comportent un premier circuit d'alimentation apte à alimenter la première chambre (24), un second circuit d'alimentation apte à alimenter la seconde chambre (25), chaque 15 circuit d'alimentation comportant une vanne de régulation (41, 43) permettant d'ajuster la pression du fluide fournie à la chambre correspondante (24, 25), ladite vanne étant pilotée à l'aide d'une consigne qui est fonction de la pression dans la chambre (24, 25) correspondante. 10. Machine d'essai (18) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les moyens de purge comportent un premier circuit de purge apte à purger la première chambre (24), un second circuit de purge apte à purger la seconde chambre (25), chaque circuit de purge présentant une perte de charge permettant d'ajuster la pression dans la chambre (24, 25) correspondante.