Brevet FR3089006A1 — publié le 20200529

Description Titre de l'invention : Dispositif de mesure DE TEMPERATURE ET SON PROCEDE DE MONTAGE DANS UNE turbomachine D'AERONEF Domaine technique 100011 La présente invention concerne le domaine de la mesure de température dans une tur- bomachine d'aéronef. Technique antérieure [0002] Il est connu de mesurer une température clans une turbomachine d'aéronef, par exemple d'un flux aérodynamique circulant dans la turbomachine, et en particulier dans la veine primaire d'une turbomachine double flux servant à propulser un aéronef La mesure de température peut être réalisée au niveau des aubages de turbine ou de compresseur de manière à surveiller le bon fonctionnement et l'usure de la turbomachine. Nous nous intéressons par exemple à la mesure de la température du flux aérodynamique qui traverse la turbine basse pression. En effet, la principale mesure devant être suivie dans un module de turbine est la température du flux circulant dans la portion de veine traversant la turbine. [0003] La mesure est effectuée à l'aide d'une sonde de température qui est agencée à proximité de la turbine basse pression, et est généralement connu sous le nom de sonde EGT », l'acronyme EGT signifiant en anglais « Exhaust Gaz Temperature » pour température du gaz d'échappement. Dans une première approche, plusieurs sondes de température sont insérées directement dans la veine primaire dans laquelle circule le flux primaire. Chaque sonde est fixée à une virole radiale extérieure et à proximité d'une pale de distributeur de turbine. Les sondes de température permettent d'obtenir la température d'échappement (EGT) qui est par exemple affichée sur le tableau de bord de l'aéronef. [0004] La présente demande concerne un dispositif de mesure à sonde de température, par exemple du type EGT. La sonde de température peut donc être du type EGT ou d'un tout autre type. Elle peut être montée dans une turbomachine, à n'importe quel endroit et par exemple sur un carter de turbine, un carter d'échappement, etc. [0005] Une sonde de température a une forme allongée et est montée en aveugle à travers un passage d'un élément de la turbomachine. Cette sonde est en général fine et fragile. Sa partie la plus sensible est la tête de mesure située à l'extrémité libre de la sonde qui est destinée à être située en plein coeur de la veine de turbine et qui doit pour cela traverser le passage précité. Lors du montage de la sonde, il existe un risque d'endommagement de sa tête par choc et frottement dans le passage. Dans le cas où un opérateur qui 2 monterait en aveugle la sonde dans le passage, rencontrerait un obstacle, il risquerait de forcer sur la sonde, ce qui détériorerait sa tête et nuirait voire empêcherait les mesures de température. Résumé de l'invention [0006] Le présent déposant s'est donc fixé notamment comme objectif de proposer une solution simple, efficace et économique au problème de risque de détérioration d'une sonde d'un dispositif de mesure lors de son montage dans une turbomachine. [0007] On parvient à cet objectif conformément à l'invention grâce à un dispositif de mesure de température d'une turbomachine, en particulier d'aéronef, comprenant : [0008] une embase de fixation, une sonde de température de forme allongée le long d'un axe et dont une première extrémité longitudinale est reliée à ladite embase et dont une seconde extrémité longitudinale opposée est libre et forme une tête de mesure, [0009] caractérisé en ce qu'il comprend en outre un fourreau tubulaire de protection de ladite tête, ce fourreau étant monté autour de la sonde et étant mobile axialement depuis une première position dans laquelle il s'étend autour de la tête pour la protéger, et une seconde position dans laquelle il est éloigné de la tête afin de permettre une mesure, le dispositif de mesure comportant en outre un organe élastique configuré pour solliciter le fourreau dans la première position et pour autoriser le déplacement du fourreau de sa première à sa seconde position lorsqu'une force est exercée sur le fourreau dans une direction sensiblement parallèle audit axe et orientée vers ladite embase. [0010] Ainsi, cette solution permet d'atteindre l'objectif susmentionné. En particulier, le fourreau assure une protection optimale de la tête et se déplace automatiquement de la première à sa seconde position lors du montage du dispositif. On comprend donc que la manipulation du dispositif préalablement à son montage, ne risque pas d'abîmer la tête de mesure qui est protégée par le fourreau. Lors des premières phases de montage du dispositif, tant que le fourreau ne prend pas appui sur une surface pour le solliciter dans sa seconde position, il est dans la position de protection de la tête de mesure. Cc n'est que lors des dernières étapes de montage, au cours desquelles une force d'insertion est appliquée sur le dispositif dans une direction sensiblement parallèle à la sonde, que le fourreau prend appui sur une surface qui exerce une contre force sur celui-ci lui permettant d'être déplacé dans la seconde position de libération de la tête qui permet de réaliser des mesures de température. [0011] Le dispositif de mesure comprend également une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : [0012] ledit fourreau comprend deux tronçons adjacents le long de l'axe dont un 3 premier tronçon sensiblement cylindrique situé du côté de ladite embase, et un second tronçon tronconique situé du côté de ladite tête, ce second tronçon comportant une surface tronconique configurée pour prendre appui sur un élément de la turbomachine lors d'un montage du dispositif de mesure. l'organe élastique est monté autour de la sonde et comprend une première extrémité prenant appui sur le fourreau et une seconde extrémité prenant appui sur un support tubulaire de liaison de la sonde à ladite embase, l'organe élastique est un ressort hélicoïdal de compression, l'organe élastique comprend une première extrémité longitudinale engagée dans un logement du fourreau et en appui sur un siège de ce fourreau, et une seconde extrémité longitudinale opposée engagée dans un logement du support et en appui sur un siège de ce support, le dispositif de mesure comprend en outre une gaine de protection qui est montée autour de la sonde, au moins une partie dudit fourreau et au moins une partie dudit organe élastique étant agencées autour de cette gaine. [0013] L'invention concerne également un module de mesure comportant un dispositif de mesure tel que décrit ci-dessus, et un élément de turbomachine comportant un passage traversé par la sonde du dispositif de mesure qui s'étend depuis une ouverture d'entrée jusqu'à une ouverture de sortie de cc passage, le dispositif étant fixé par son embase sur cet élément et son fourreau étant en appui sur une surface de ladite ouverture de sortie et étant dans sa seconde position à distance de la tête de mesure qui est en saillie à l'extérieur du passage. [0014] Ladite surface de l'ouverture de sortie est de préférence sensiblement tronconique. [0015] L'invention concerne encore une turbomachine comprenant un dispositif de mesure ou un module de mesure tel(le) que décrit(e) ci-dessus. [0016] L'invention concerne également un procédé de montage d'un module de mesure selon la revendication précédente, comprenant les étapes de : [0017] - insertion de la sonde dans le passage de l'élément, à travers son ouverture d'entrée, [0018] - coulissement de la sonde dans le passage jusqu'à ce que le fourreau prenne appui sur la surface de l'ouverture de sortie du passage, [0019] - poursuite du coulissement de la sonde dans l'ouverture de sortie du passage jusqu'à ce que l'embase prenne appui sur l'élément, ce qui provoque la déformation élastique de l'organe élastique, le déplacement du fourreau de sa première à sa seconde position, et la sortie de la tête de mesure du passage de l'élément, et [0020] - fixation de l'embase sur l'élément. Brève description des dessins [0021] L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ex- plicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins sché- matiques annexés dans lesquels : [0022] [fig.1] La figure 1 représente schématiquement en coupe axiale et partielle, un exemple de turbomachine double flux à laquelle peut s'appliquer l'invention; [0023] [fig.2] La figure 2 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de mesure selon l'invention, cc dispositif comportant un fourreau dans une première position ; [0024] [fig.3] La figure 3 est une vue schématique en coupe et à plus grande échelle d'une tête de mesure du dispositif de la figure 2 ; [0025] [fig.4] La figure 4 est également une vue schématique en coupe et à plus grande échelle de la tête de mesure du dispositif de la figure 2 ; [0026] [fig.5] La figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 2 et montre le fourreau dans une seconde position ; [0027] [fig.6] La figure 6 est une vue schématique du dispositif de mesure de la figure 2 et d'un élément dans un passage duquel est monté le dispositif ; [0028] [fig.7] La figure 7 est une autre vue schématique du dispositif de mesure de la figure 2 et d'un élément dans un passage duquel est monté le dispositif ; [0029] [fig.8] La figure 8 est une vue schématique en perspective d'une variante de réalisation d'un dispositif de mesure ; [0030] [fig.9] La figure 9 est une vue schématique en perspective et en coupe de la variante de réa- lisation de la figure 8 ; [0031] [fig.10] La figure 10 est une vue schématique en coupe du dispositif des figures 8 et 9 et montre une position de son fourreau ; [0032] [fig.11] La figure 11 étant une vue à plus grande échelle d'un détail de la figure 10 ; et [0033] [fig.12] La figure 12 est une vue schématique en coupe du dispositif des figures 10 et 11 et montre une autre position de son fourreau. Description des modes de réalisation [0034] La figure 1 montre une vue en coupe et partielle d'une turbomachine 1 d'axe lon- gitudinal X, en particulier une turbomachine double flux selon l'invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce type de turbomachine. [0035] Cette turbomachine 1 à double flux comprend, de manière générale, (l'amont en aval une soufflante 2, un ensemble de compresseur 3, une chambre de combustion 4, un ensemble de turbine 5. [0036] Dans la présente invention, et de manière générale, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la circulation des gaz dans la turbomachine et ici suivant l'axe longitudinal X. De même, les termes « radial », « interne » et « externe » sont définis par rapport à un axe radial Z perpendiculaire à Faxe longitudinal X et au regard de l'éloignement par rapport à l'axe longitudinal X. [0037] La turbomachine 1 comprend une première veine annulaire, dite veine primaire 6 dans laquelle circule un flux primaire ou flux chaud qui traverse l'ensemble de compresseur 3, la chambre de combustion 4, et l'ensemble de turbine 5. [0038] La turbomachine 1 comprend également une deuxième veine 7 annulaire, dite veine secondaire dans laquelle circule un flux secondaire ou flux froid autour d'un carter inter-veine 8. Ce dernier enveloppe l'ensemble de compresseur 3, la chambre de combustion 4 et l'ensemble dc turbine 5. [0039] Les veines primaire et secondaire 6, 7 sont coaxiales. En particulier, la veine se- condaire 7 est délimitée radialcment par un carter externe 9 annulaire, auquel est fixé un carter de soufflante 10, et le carter inter-veine 8. La veine primaire 6 est délimitée radialcment par le carter inter-veine 8 et un carter central 11. La turbomachine 1 comprend en outre un carter d'échappement 12 et une tuyère d'éjection par laquelle sont éjectés le flux primaire et le flux secondaire à l'extérieur de la turbomachine, et en particulier dans l'atmosphère. [0040] Dans l'exemple représenté, la turbomachine est également à double corps. En par- ticulier, l'ensemble dc compresseur 3 ou module de compresseur comprend un compresseur haute pression 13 et un compresseur basse pression 14. [0041] L'ensemble de turbine 5 ou module de turbine comprend également une turbine haute pression 15 et une turbine basse pression 16. [0042] Le compresseur haute pression 13 est relié à la turbine haute pression 16 via un arbre haute pression (non représenté) pour former un corps haute pression. De même, le compresseur basse pression 14 est relié à la turbine basse pression 16 via un arbre basse pression (non représenté) pour former un corps basse pression. L'arbre basse pression et l'arbre haute pression sont centrés sur l'axe longitudinal X. 6 [0043] La soufflante 2 est également reliée à l'arbre basse pression. La chambre de combustion 4 débouche en aval dans la turbine haute pression 15. Cette dernière est également montée en amont de la turbine basse pression 16 dans le sens de la circulation des gaz dans la turbomachine. [0044] La turbine basse pression 16, comme la turbine haute pression 15, comprend un ou plusieurs étages. Chaque étage comprend un auhagc stator monté en amont d'un aubage mobile. L'auhage stator comprend une pluralité de pales de stator ou fixes, appelées pales de distributeur, qui sont réparties circonférentiellement autour de l'axe longitudinal X. L'auhagc mobile comprend une pluralité de pales de roue mobile qui sont réparties également circonférentiellement autour de l'axe longitudinal X. Les pales de distributeur dévient le flux aérodynamique en sortie de la chambre de combustion vers les pales de roue mobile pour que celles-ci soient cntrainécs en rotation. [0045] Les figures 6 et 7 montrent une partie d'un élément 17 de turbomachine qui peut être un carter d'échappement. Un carter d'échappement 12, identifié à la figure 1, est situé en aval de l'ensemble de turbine 5 et comprend en général deux viroles annulaires 17a, 17h s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et reliées ensemble par des bras radiaux 17e. Au moins un de ces bras 17e est tubulaire et comprend un passage interne 18 tubulaire. Ce passage interne 18 est relié à une ouverture d'entrée 19 et à une ouverture de sortie 20. Le passage 18 est ainsi traversant. L'ouverture d'entrée 19 est formée dans la virole externe 17b, et l'ouverture de sortie 20 est formée dans la virole interne 17a. [0046] La turbomachine 1 comprend également au moins un dispositif 21 de mesure de tem- pérature qui permet d'effectuer des mesures de la température dans la veine primaire. En particulier, la mesure est réalisée au niveau de la turbine basse pression. Le dispositif 21 de mesure de température comprend une sonde de mesure 22 qui est montée dans le passage 18 dans l'exemple précité. [0047] Les figures 2 à 7 illustrent un premier mode de réalisation d'un dispositif de mesure 21 selon l'invention. [0048] Le dispositif 21 comprend pour l'essentiel une embase de fixation 23 et une sonde de température 22. [0049] L'embase de fixation 23 comprend par exemple une plaque 23a plane comportant des orifices de passage d'organes de fixation du type vis par exemple. La plaque 23a est destinée à être appliquée contre une surface d'un élément 17 de la turbomachine, telle que la surface radialement externe de la plateforme externe d'un distributeur et à y être fixée par les vis par exemple. [0050] La sonde 22 a une forme allongée le long d'un axe O qui est perpendiculaire à la plaque 23a et qui peut être orienté radialement par rapport à l'axe X de la tur- 7 bomachinc. La sonde 22 comprend une première extrémité longitudinale, radialement externe, reliée à l'embase 23 et une seconde extrémité longitudinale opposée, donc radialement interne, qui est libre et forme une tête de mesure 24. [0051] Dans l'exemple représenté, la sonde 22 est formée par une tige cylindrique et sa tête de mesure 24 est formée par l'extrémité libre de cette tige cylindrique qui est arrondie en demi sphère (cf. figure 4). La sonde 22 est une partie sensible du dispositif 21, qui doit donc être protégée. Dans l'exemple représenté, elle est entourée par une gaine de protection 25 qui s'étend depuis l'embase 23 jusqu'à proximité de la tête 24. La tête 24 est ainsi laissée libre en particulier pour permettre de mesurer la température du flux aérodynamique. [0052] Le dispositif 21 comprend en outre un support tubulaire 26 de liaison de la sonde 22 à l'embase 23. Le support 26 est monté autour de la gaine 25 et s'étend depuis l'embase 23 sur environ 2/3 de la longueur de la sonde. [0053] Le dispositif 21 comprend en outre un fourreau 27 tubulaire de protection de la tête 24. Ce fourreau 27 est monté autour de la sonde 22 et est mobile axialement depuis une première position visible à la figure 2, dans laquelle il s'étend autour de la tête 24 pour la protéger, et une seconde position visible à la figure 5, dans laquelle il est éloigné de la tête 24 afin de permettre une mesure de température. [0054] Dans l'exemple représenté, le fourreau 27 comprend deux tronçons 27a, 27h adjacents dont un premier tronçon 27a sensiblement cylindrique situé du côté de l'embase 23, et un second tronçon tronconique 27b situé du côté de la tête 24. Ce second tronçon 27b comporte une surface tronconique 27ba effilée ou en pointe configurée pour prendre appui sur l'élément 17 de la turbomachine lors du montage du dispositif, comme cela sera décrit dans ce qui suit en référence aux figures 6 et 7. [0055] Dans sa première position mieux visible aux figures 3 et 4, le fourreau 27 s'étend autour de la tête 24 et d'une partie de la gaine 25. La gaine 25 peut permettre de guider le fourreau 27 en coulissement et comprend donc un diamètre externe qui est légèrement inférieur au diamètre interne du fourreau 27. Toujours dans cette première position, on constate que les extrémités libres radialement internes du fourreau 27 et de la tête 24 sont situées dans un même plan transversal perpendiculaire à l'axe O. [0056] A son extrémité radialement externe située du côté de l'embase 23, le fourreau 27 comprend un logement 28 avec un siège 28a d'appui d'une extrémité d'un organe élastique 29 dont une extrémité opposée est engagée dans un logement 30 du support 26 et en appui sur un siège 30a de ce logement (figures 3 et 7). [0057] Le fourreau 27 est solidaire de l'organe élastique 29 qui est lui-même solidaire du support 26. [0058] L'organe 29 est configuré pour solliciter le fourreau 27 dans sa première position et pour autoriser le déplacement du fourreau de sa première à sa seconde position 8 lorsqu'une force est exercée sur le fourreau dans une direction sensiblement parallèle à l'axe O et orientée vers ladite embase (cf. flèche 31 de la figure 3). Dans l'exemple représenté, l'organe élastique 29 est monté autour de la sonde 22 et se présente sous la forme d'un ressort hélicoïdal de compression. [0059] A l'état libre, sans contrainte sur le fourreau 27, c'est-à-dire sans force axiale appliquée sur le fourreau selon la flèche 31, l'organe 29 maintient le fourreau 27 autour de la tête 24 qui est protégée. La figure 2 permet de constater que l'ensemble de la sonde est alors protégé puisque l'organe 29 et le support 26 s'étendent autour du reste de la sonde pour la protéger. [0060] Lorsqu'une force est appliquée sur le fourreau 27 suivant la flèche 31, qui est su- périeure à la force de rappel de l'organe 29, alors cet organe 29 est comprimé et le fourreau 27 est déplacé jusqu'à sa seconde position dans laquelle la tête 24 est libérée et peut effectuer des mesures. De préférence, l'organe 29 n'est pas comprimé totalement, c'est-à-dire à son maximum de sa capacité de compression, lorsque le fourreau 27 est dans sa seconde position, de façon à autoriser des écarts de tolérance du fait des jeux et des dilatations différentielles, comme cela sera évoqué ci-dessous. [0061] Avantageusement, le déplacement du fourreau 27 de sa première à sa seconde position est effectué lors du montage du dispositif 21. On comprend ainsi que la tête de mesure 24 du dispositif est protégée par le fourreau 27 tant que le dispositif n'est pas monté. Ceci évite d'abîmer la tête de mesure lors de la manipulation du dispositif préalablement à son montage, ainsi que lors des premières étapes de montage de ce dispositif. [0062] Le dispositif 21 est destiné à être inséré dans le passage 18 de l'élément 17 et à s'étendre depuis l'ouverture d'entrée 19 jusqu'à l'ouverture de sortie 20 de ce passage et à être fixé par son embase 23 sur l'élément. Son fourreau 27 est destiné à prendre appui sur une surface 32 de l'ouverture de sortie 20 et à être dans sa seconde position à distance de la tête de mesure 24 qui est alors en saillie à l'extérieur du passage 17 (figures 6 et 7). [0063] Le procédé de montage comprend les étapes de : [0064] insertion de la sonde 22 dans le passage 18 de l'élément 17, à travers son ouverture d'entrée 19, coulissement de la sonde 22 dans le passage 18 jusqu'à ce que le fourreau 27 prenne appui sur la surface 32 de l'ouverture de sortie 20 du passage 18, poursuite du coulissement de la sonde 22 dans l'ouverture de sortie 20 du passage 18 jusqu'à ce que l'embase 23 prenne appui sur l'élément 17, ce qui provoque la déformation élastique de l'organe 29, le déplacement du fourreau 27 de sa première à sa seconde position, et la sortie de la tête de mesure 24 du passage 18 de l'élément 17 (cf. figures 6 et 7), et 9 fixation de l'embase 23 sur l'élément 17. [0065] L'ouverture d'entrée 19 du passage 18 peut être cylindrique et de diamètre supérieur au diamètre externe de la sonde 22 et en particulier du support tubulaire 26. [0066] L'ouverture de sortie 20 du passage 18 est mieux visible à la figure 7. Sa surface 32, qui coopère avec le fourreau 27, est de préférence tronconique de façon à ce que sa coopération avec la surface tronconique du tronçon 27h du fourreau assure le centrage de la sonde lors de son montage. Cette surface permet en outre d'appliquer sur le fourreau la force nécessaire à son déplacement de sa première à sa seconde position. De préférence, pour favoriser le centrage, la surface tronconique du tronçon 27h et la surface de l'ouverture de sortie qui coopère avec le tronçon 27h présentent un même angle de cône, la zone d'appui pourrait être formée par une surface tronconique. Toutefois, ces surfaces pourraient également assurer le centrage en présentant un angle de cône différent, par exemple en aménageant à leur interface une zone d'appui selon une ligne circulaire pour réaliser un contact linéique. En variante, l'une des deux surfaces 27ha, 32, voire les deux, pourrai(en)t être sphérique(s). Avantageusement, l'appui des surfaces 27ha, 32 l'une sur l'autre assure une étanchéité aux gaz à travers l'ouverture de sortie 20. [0067] En fonctionnement, une dilatation thermique différentielle peut intervenir entre les viroles 17a, 17h dans lesquelles sont formées les ouvertures 19, 20, ce qui peut provoquer une variation de la distance D entre le plan d'appui de l'embase 23 sur la virole 17a, et la zone d'appui sur la surface 32 de la virole 17b. Cette variation peut être rattrapée par l'organe 29 qui peut être plus ou moins comprimé pour rattraper cette variation. [0068] Les figures 8 à 12 illustrent une variante de réalisation du dispositif 21' selon l'invention [0069] Dans cette variante, le dispositif 21' comprend un fourreau 27' qui s'étend sur toute la longueur de l'organe 29 et qui est relié par son extrémité située du côté de l'embase 23' au support 26. L'organe 29 est ainsi complétement logé dans le fourreau 27'. Le fourreau 27' comprend ici à son extrémité située du côté de l'embase 23 un rebord annulaire interne de fixation par encliquetage élastique sur l'extrémité libre du support 26, opposée à l'embase 26, cette extrémité du support pouvant également comprendre un rebord annulaire externe 26a destiné à coopérer avec le rebord 27a'. [0070] L'embase 23' comprend ici deux pièces, à savoir une première pièce 23a' solidaire de la sonde de mesure 22 et une seconde pièce 23b' solidaire du support 26. La figure 8 permet de constater que le montage du dispositif 21' est simplifié car il suffit d'insérer la sonde 22 par translation dans le support 26 jusqu'à ce que les pièces 23a', 23b' soient en appui l'une sur l'autre. Dans l'exemple représenté, ces pièces comprennent des orifices alignés de passage de moyens du type vis-écrou pour la fixation du dispositif 21'. [0071] Les figures 10 et 12 montrent le fourreau 27' dans ses deux positions extrêmes. Un autre avantage de cette variante est lié au fait que le fourreau 27' glisse sur le support lors de ses déplacements, ce qui améliore son guidage et le positionnement de la sonde 22 et donc de la tête de mesure 24. [0072] -11 ressort de ce qui précède que le mode de réalisation du dispositif 21, 21' décrit dans ce qui précède peut être considéré comme ayant quatre fonctions de : [0073] - protection de la sonde 22, [0074] - guidage partiel lors du montage de la sonde, [0075] - étanchéité par appui du fourreau 27, 27' dans le passage 18 de l'élément 17, et [0076] - rattrapage du différentiel de dilatation et de jeux. 11 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]