Brevet FR3092368A1 — publié le 20200807

Description Titre de l'invention : Surveillance de l'état de santé d'au moins deux capteurs de vibrations d'une turbomachine à double corps [0001] DOMAINE TECHNIQUE GENERAL [0002] L'invention concerne la surveillance de l'état de santé d'une turbomachine à double corps d'un aéronef et plus particulièrement par l'intermédiaire de la surveillance de niveaux vibratoires dans la turbomachine. Et l'invention encore plus particulièrement la surveillance des capteurs de vibrations utilisés à cet effet. Technique antérieure [0003] L'état de santé d'une turbomachine est classiquement surveillé par toutes sortes de capteurs. Parmi eux, les capteurs de vibrations sont indispensables car ils permettent de détecter rapidement une casse d'une pièce, une augmentation de jeu et toute autre défaillance pouvant mettre en péril la turbomachine. [0004] Une turbomachine à double corps, comprend classiquement, dans le sens de Cir- culation du flux d'air, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. [0005] Une solution connue pour surveiller les vibrations de la turbomachine est de po- sitionner un capteur vibratoire à l'avant de la turbomachine et un autre capteur vibratoire à l'arrière de la turbomachine. 100061 Chacun de ces capteurs, ainsi positionné, permet de faire une surveillance des niveaux vibratoires basse pression et haute pression (c'est-à-dire du corps basse pression et du corps haute pression de la turbomachine) par le biais de filtres pilotés sur les régimes basse pression et haute pression. 100071 Afin de garantir la fiabilité de cette surveillance des niveaux vibratoires, il convient de s'assurer que les capteurs de vibrations fonctionnent correctement pour faire remonter immédiatement des niveaux vibratoires de la turbomachine anormaux. 100081 Pour effectuer cette vérification, il est connu de surveiller l'état de santé des capteurs de vibrations sur un critère de stabilité des niveaux vibratoires détectés pendant les phases de décollage et d'après-vol. 100091 Une telle logique de détection présente toutefois des limites, des fausses pannes des capteurs de vibrations étant déclarées à tort. Les phases de surveillance ne sont pas optimales, les niveaux vibratoires dans ces phases sont souvent en deçà des niveaux de détection d'une panne d'un capteur ; Lors de fonctionnement à haute température, le régime de la turbomachine 2 étant plus élevé que lors d'un fonctionnement à température nominale, cela peut laisser penser qu'elle se trouve dans une phase de surveillance, les niveaux ne sont alors pas enregistrés au cours de la phase prévue d'autant plus qu'ils peuvent aussi être en deçà des niveaux de détection d'une panne d'un capteur. Exposé de l'invention [0010] Au moins un but de l'invention est de définir une logique de détection des pannes des capteurs vibratoires dans le but de s'assurer que seuls les capteurs réellement en panne soient déclarés comme tels. [0011] Pour atteindre ce but, l'invention concerne un procédé de surveillance de l'état de santé d'au moins deux capteurs de vibrations d'une turbomachine à double corps comprenant un corps basse pression et un corps haute pression, un capteur de vibrations étant situé à l'avant dc la turbomachine, un capteur dc vibrations étant situé à l'arrière de la turbomachine, chacun des capteurs étant configure pour mesurer des vibrations des corps basse pression et haute pression à l'avant et à l'arrière de la turbomachine, le procédé étant mis en oeuvre dans une unité (20) de traitement de la turbomachine en communication avec chacun des capteurs et comprenant les étapes suivantes : [0012] - réception des régimes basse pression (NBP) et haute pression (NI-W) dc la tur- bomachine et lorsque lesdits régimes sont simultanément dans des plages prédéterminées, [0013] - réception des niveaux vibratoires avant et arrière des corps basse et haute pression enregistrés par chaque capteur ; [0014] - détermination de la moyenne des valeurs des niveaux vibratoires des corps basse et haute pression reçues sur une durée de réception prédéterminée ; [0015] - détermination de l'état dc santé desdits au moins premier et deuxième capteurs de vibrations à partir d'une comparaison des valeurs moyennes des niveaux vibratoires des corps basse et haute pression déterminées à des seuils prédéterminés. [0016] L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible. [0017] Le procédé comprend au cours de l'étape de réception, une étape de vérification des régimes basse pression et haute pression, le procédé comprenant une interruption de la réception des niveaux vibratoires par l'unité de traitement si les régimes ne sont pas simultanément dans les plages prédéterminées. [0018] La moyenne déterminée est une moyenne des valeurs des niveaux vibratoires des corps basse et haute pression reçues déterminée pour un nombre de valeurs reçues qui correspond à la durée de réception prédéterminée, la moyenne pouvant être déterminée 3 de manière instantanée au cours de la réception. [0019] Le procédé surveillant deux capteurs deux capteurs, un capteur étant configure pour mesurer les niveaux de vibrations du corps basse pression et du corps haute pression à l'avant de la turbomachine, l'autre étant configure pour mesurer les niveaux de vibrations du corps basse pression et du corps haute pression à l'arrière de la turbomachine, l'état de santé d'un capteur étant considéré comme mauvais si les valeurs moyennes des niveaux vibratoires des corps basse pression et haute pression sont inférieures à des seuils prédéterminés ; et si pour l'autre capteur les valeurs moyennes des niveaux vibratoires des corps basse pression et haute pression sont supérieures à des seuils prédéterminés. [0020] Le procédé surveillant quatre capteurs deux capteurs à l'avant de la turbomachine configurés pour mesurer respectivement les niveaux de vibrations des corps basse pression et haute pression à l'avant, deux capteurs à l'arrière de la turbomachine configurés pour mesurer respectivement les niveaux de vibrations des corps basse pression et haute pression à l'arrière, l'état de santé d'un capteur des niveaux vibratoires du corps basse pression étant considéré comme mauvais si la valeur moyenne des niveaux vibratoires est inférieure à un seuil prédéterminé, et si pour l'autre capteur la valeur moyenne des niveaux vibratoires est supérieure à un seuil prédéterminé ; l'état de santé d'un capteur des niveaux vibratoires du corps haute pression étant considéré comme mauvais si la valeur moyenne des niveaux vibratoires est inférieure à un seuil prédéterminé, et si pour l'autre capteur la valeur moyenne des niveaux vibratoires est supérieure à un seuil prédéterminé. [0021] Le procédé comprend une confirmation de l'état de santé bon ou mauvais d'un capteur dès lors que le capteur présente le même état de santé trois fois consécutivement. [0022] A titre d'exemple, un seuil vibratoire prédéterminé pour le corps basse pression est compris entre 0,1 et 0,2 cm/s, typiquement 0,16 cm/s. [0023] A titre d'exemple, un seuil vibratoire prédéterminé pour le corps haute pression est compris entre 0,05 et 0,15 cm/s, typiquement 0,10 cm/s. [0024] La plage prédéterminée pour le régime basse pression est entre 10500 tr/min et 13500 tr/min et dans lequel la plage prédéterminée pour le régime haute pression est entre 14500 tr/min et 17500 tr/min. [0025] L'invention concerne également une turbomachine à double corps comprenant une unité de traitement configurée pour mettre en oeuvre un procédé selon l'invention. [0026] Les avantages de l'invention sont multiples. [0027] La détection des pannes est plus robuste qu'au moyen (les solutions connues. [0028] En effet, la détection se fait à des régimes plus élevés (donc plus « vibrant ») et la nécessité de confirmer le calcul des moyennes plusieurs fois permet également de rendre plus robuste la réalité de la panne capteur. [0029] Les fausses pannes sont donc limitées. [0030] Il est possible de réhabiliter un capteur qui a été déclaré en panne. Brève description des dessins [0031] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la des- cription qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : [0032] [fig.11 [0033] la figure 1 illustre schématiquement une turbomachine à double corps, [0034] [fig.21 [0035] la figure 2 illustre une architecture pour la mise en oeuvre du procédé selon l' invention ; [0036] [fig.31 [0037] la figure 3 illustre des étapes d'un procédé selon l'invention. [0038] Sur l'ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques. Description des modes de réalisation [0039] La figure 1 illustre une turbomachine à double flux et à double corps d'un aéronef comprenant d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz (selon l'axe moteur AA), une soufflante carénée 1, un espace annulaire d'écoulement primaire I et un espace annulaire d'écoulement secondaire II (veine secondaire) délimité par un carter externe 2 et un moyeu interne 3. La turbomachine comprend dans la veine primaire I. un compresseur 11 basse pression, un compresseur 12 haute pression, une chambre 13 de combustion, une turbine 14 haute pression et une turbine 15 basse pression. 100401 La turbomachine comprend donc à l'avant et à l'arrière (dans le sens d'écoulement des gaz) un corps basse pression et un corps haute pression. 100411 Comme mentionné, en introduction des capteurs de vibrations sont disposés à l'avant et à l'arrière pour mesurer des vibrations des corps basse pression et haute pression. 100421 Comme illustré, schématiquement sur la figure 2, selon un mode de réalisation un capteur Cl permet de mesurer des vibrations V1BP, VI HP des corps basse pression et haute pression à l'avant et un capteur C2 permet de mesurer des vibrations V2BP, V2HP des corps basse pression et haute pression à l'arrière. 100431 Selon ce mode de réalisation, un seul capteur est disposé à l'arrière et un seul capteur est disposé à l'avant, chacun mesurant à la fois les vibrations des corps basse pression et haute pression. Pour ce faire, un filtrage des vibrations reçues doit être effectué pour pouvoir séparer des vibrations issues du corps basse pression de celles issues du corps haute pression. 100441 En variante, on peut prévoir quatre capteurs, deux à l'avant et deux à l'arrière. Dans cette variante un capteur Cl 1 permet de mesurer des vibrations V1BP du corps basse pression à l'avant, un capteur C12 permet de mesurer des vibrations VI HP du corps haute pression à l'avant, un capteur C21 permet de mesurer des vibrations V2BP du corps basse pression à l'arrière un capteur C22 permet de mesurer des vibrations V2HP du corps haute pression à l'arrière. [0045] De tels capteurs de vibrations sont par exemple constitués par des accéléromètres. [0046] Les capteurs peuvent être positionnés à plusieurs endroits de la turbomachine. Par exemple, pour mesurer les vibrations à l'avant du corps basse pression, un capteur peut être disposé au niveau du compresseur basse pression. Pour mesurer les vibrations à l'avant du corps haute pression, un capteur peut être disposé au niveau du compresseur haute pression. Pour mesurer les vibrations à l'arrière du corps haute pression, un capteur peut être disposé au niveau de la turbine haute pression. Pour mesurer les vibrations à l'arrière du corps basse pression, un capteur peut être disposé au niveau de la turbine basse pression. [0047] Comme mentionné en introduction, ces capteurs de vibrations ont besoin d'être surveillés. Une telle surveillance est mise en oeuvre dans une unité 20 de traitement au moyen d'un procédé de surveillance de l'état de santé des capteurs de vibrations décrit ci-après en relation avec la figure 3. [0048] La surveillance de l'état de santé des capteurs de vibrations est basée sur l'exploitation de mesures vibratoires issues des capteurs dans des plages de régime basse pression et haute pression pour lesquelles les niveaux vibratoires sont pertinents. [0049] De manière avantageuse, les niveaux vibratoires sont enregistrés, pour la sur- veillance, pendant des périodes T. Cette période T doit être assez élevée pour avoir une moyenne des mesures de niveaux vibratoires assez élevées (dans le cas d'un capteur intègre) et donc être au-dessus du seuil de détection d'un capteur en panne. En effet, statistiquement, plus le temps de calcul de la moyenne est élevé, plus la moyenne calculée aura un minimum élevé. Cette période T doit également être assez basse pour permettre au système d'être assez longtemps dans les plages de détection afin d'assurer au moins 3 calculs de moyenne au cours d'un vol. Cette période est de préférence comprise entre 60 et 120 s et de préférence est égale à 90s. [0050] Au début du procédé, le pas n de calcul est initialisé à n=0 (étape EO) et la durée t= n.At est calculée (étape El) avec At la durée d'un enregistrement des niveaux vibratoires. [0051] Après ces différentes initialisations, l'unité de traitement 20 reçoit E2 les régimes basse pression NBP et haute pression NHP et lorsque ces régimes sont simultanément dans des plages prédéterminées, l'unité 20 de traitement reçoit (étape E3) des niveaux vibratoires V1BP, V2BP, V1HP, V2HP issus des capteurs de vibrations à surveiller. [0052] Les plages des régimes basse pression NBP et haute pression NHP sont de pré- 6 férences les suivantes : NBP = [10500; 13500] tr/min ; 1\111P = [14500; 17500] tr/min. [0053] De tels régimes sont par exemple déterminés par une étude statistique des niveaux vi- bratoires réellement vus par le moteur à différents régimes. Les régimes de la logique de surveillance sont donc choisis en fonction des valeurs vibratoires par rapport au seuil et/ou le seuil est choisi en fonction de la pertinence des régimes issus de l'étude statistique. [0054] Dans le cas de deux capteurs, un à l'avant, un à l'arrière, chaque capteur Cl, C2 acquiert deux niveaux vibratoires : Le capteur Cl à l'avant acquiert les niveaux vibratoires basse pression V1BP et haute pression V1HP ; Le capteur C2 à l'arrière acquiert les niveaux vibratoires basse pression V2BP et haute pression V2HP. [0055] Dans le cas de quatre capteurs, deux à l'avant, deux à l'arrière, chaque capteur C11, C12, C21, C22 acquiert un niveau vibratoire : Le capteur C11 à l'avant acquiert les niveaux vibratoires V1BP du corps basse pression avant ; Le capteur C12 à l'avant acquiert les niveaux vibratoires V1HP du corps haute pression ; Le capteur C21 à l'arrière acquiert les niveaux vibratoires V2BP du corps basse pression ; Le capteur C22 à l'arrière acquiert les niveaux vibratoires V2HP du corps haute pression. [0056] A partir des valeurs reçues, l'unité 20 de traitement calcule (étape E4) la moyenne instantanée de chaque niveau vibratoire de la manière suivante : [0057] [Math. I] M _ Vij ).(i/ -1) Vij Mn(VIJI - n Ti n 100581 avec i=(1 2) et .1={13P, HP). 100591 La moyenne instantanée est calculée à chaque pas n sur la période T et à chaque pas de calcul n est incrémenté de 1 (étape E8). A l'issue de la période T, les moyennes M1BP, M1HP des niveaux des corps basse pression et haute pression mesurés par le ou les capteurs avant ; M2BP, M2HP des niveaux des corps basse pression et hautes pression mesurés par le ou les capteurs arrière ; [0060] sont obtenues. [0061] De manière alternative, la moyenne peut être calculée une fois que toutes les valeurs 7 des niveaux vibratoires sont acquises pendant une durée totale T. Cela signifie que les valeurs sont stockées au fur et à mesure. [0062] De manière complémentaire, afin de s'assurer que les régimes basse et haute pression sont bien simultanément dans les plages prédéterminées, l'unité 20 de traitement vérifie (étape E2) avant chaque réception des niveaux vibratoires, les valeurs des régimes basse et haute pression. Si ce n'est pas le cas, l'unité 20 de traitement interrompt (INT) (étape E9) la réception des niveaux vibratoires pour le calcul de la moyenne. En revanche, dès que les régimes reviennent dans les plages prédéterminées, l'unité 20 de traitement reprend où elle s'était arrêtée. [0063] Lorsqu'un nombre de niveaux vibratoires moyenne correspond à une période T=90s (étape E5) l'unité 20 de traitement détermine (étape E6) l'état de santé de chaque capteur. [0064] L'état de santé d'un capteur est obtenu à partir d'une comparaison de chaque moyenne M1BP, M1HP, M2BP, M2H à un seuil vibratoire. [0065] Le seuil basse pression SBP est typiquement compris entre 0,1 et 0,2 cm/s de préférence 0,16 cm/s [0066] Le seuil haute pression SHP est typiquement compris entre 0,05 et 0,15 cm/s, de préférence 0,10 cm/s. [0067] Là encore ces différents seuils sont issus d'une étude statistique. [0068] Dans le cas de deux capteurs, l'état de santé ESij d'un capteur est considéré comme mauvais si les valeurs moyennes des niveaux vibratoires des corps basse pression et haute pression sont inférieures aux seuils SBP, SHP respectivement ; et si pour l'autre capteur les valeurs moyennes des niveaux vibratoires des corps basse pression et haute pression sont supérieures aux seuils SBP, SHP respectivement. [0069] De manière alternative, dans le cas de quatre capteurs, l'état de santé ESij d'un capteur des niveaux vibratoires du corps basse pression est considéré comme mauvais si la valeur moyenne des niveaux vibratoires est inférieure au seuil SBP, et si pour l'autre capteur la valeur moyenne des niveaux vibratoires du corps basse pression est supérieure au seuil SBP ; l'état de santé d'un capteur des niveaux vibratoires du corps haute pression est considéré comme mauvais si la valeur moyenne des niveaux vibratoires du corps haute pression est inférieure au seuil SHP, et si pour l'autre capteur la valeur moyenne des niveaux vibratoires du corps haute pression est supérieure au seuil SHP. [0070] A partir de l'état de santé ainsi déterminé, l'unité 20 de traitement procède à une confirmation (étape E7) de l'état de santé de l'état de santé bon ou mauvais d'un capteur dès lors que le capteur présente le même état de santé trois fois consécutivement. [0071] 11 est donc possible de réhabiliter un capteur dont l'état de santé aurait été confirmé comme mauvais. 8 9 [Revendication I] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4]