Brevet FR3125589A1 — publié le 20230127

Le dispositif (1) comprend : - une turbomachine (1) comprenant un carter externe (15), et - un organe (20) de mesure de vibrations par laser configuré pour émettre un rayon laser depuis l'extérieur du carter, à distance du carter, jusqu'à l'intérieur d'un volume du carter. Figure de l’abrégé : Fig. 2 Dispositif de mesure des vibrations dans une turbomachine DOMAINE DE L’INVENTION L'invention concerne la mesure des vibrations dans les turbomachines. ETAT DE LA TECHNIQUE La mesure des vibrations dans les parties chaudes des turbomoteurs d'avion est difficile à réaliser avec des accéléromètres conventionnels, notamment dans les zones exposées à de très fortes sollicitations vibratoires en haute fréquence (par exemple des fréquences multiples du régime de rotation du rotor haute pression dans le cas d'un turboréacteur à double corps). C’est un constat fait dans certains moteurs d'avion notamment dans la zone proche du rouet. On rappelle que le rouet désigne l'organe mobile d'un compresseur centrifuge. En effet, la forte chaleur couplée à la forte sollicitation vibratoire en haute fréquence ont tendance à endommager les accéléromètres usuels placés dans cette zone. Un but de l'invention est donc de faciliter la mesure des vibrations dans les parties chaudes d'un turbomoteur. A cet effet, on prévoit selon l'invention un dispositif comprenant : - une turbomachine comprenant un carter externe, et - un organe de mesure de vibrations configuré pour émettre un rayon laser depuis l'extérieur du carter, à distance du carter, jusqu'à l'intérieur d'un volume du carter. Ainsi, l'organe de mesure se trouve à bonne distance de la partie de la turbomachine soumise à une chaleur élevée et à de fortes vibrations. Comme le rayon laser pointe sur cette partie chaude, la mesure des vibrations de celle-ci est rendue possible. Dans un mode de réalisation, la turbomachine est à double flux, le carter externe étant un carter d'une partie centrale délimitant une veine d'air primaire à l'intérieur de la partie centrale,la turbomachine comprenant une nacelle délimitant une veine d'air secondaire entre la nacelle et la partie centrale, la nacelle comprenant l'organe de mesure. Ainsi, la turbomachine forme le dispositif et l'organe de mesure est cette fois incorporé à la turbomachine, qui peut être par exemple une machine de test, donc non destinée à être utilisée en vol d'exploitation. L'organe de mesure se trouve à bonne distance de la partie centrale qui est la partie la plus chaude. Il se trouve au contraire dans la nacelle qui est, par comparaison, une partie froide. Comme le rayon laser pointe sur la partie chaude, la mesure des vibrations de celle-ci est rendue possible. L'invention permet donc notamment de mesurer des vibrations hautes fréquences par laser dans les parties très chaudes d’une turbomachine et très sévères en vibration haute fréquence (celles proches du rouet par exemple). Le dispositif pourra présenter en outre au moins l'une des caractéristiques suivantes : - l'organe de mesure est relié à la nacelle par l'intermédiaire d'au moins un amortisseur de vibrations formant un filtre passe-bas ; - la nacelle comprend en outre un accéléromètre ; - le dispositif comprend un support portant l'organe de mesure et l'accéléromètre et relié à la nacelle par l'intermédiaire de l'amortisseur ; - le dispositif est configuré de sorte que le rayon laser traverse une fenêtre d'une trappe de maintenance du carter ; - le dispositif est configuré de sorte que le rayon laser arrive dans une zone située au droit d'une jonction entre un compresseur et une chambre de combustion de la turbomachine ; - la turbomachine comprend un compresseur centrifuge ; et - la turbomachine forme un turboréacteur à double corps. Dans un autre mode de réalisation, l'organe de mesure se trouve hors de la turbomachine. Le dispositif comprend alors par exemple un banc de test incorporant l'organe de mesure. Ce banc est configuré pour recevoir la turbomachine à tester. On prévoit également selon l'invention un procédé pour mesurer des vibrations dans une turbomachine dans lequel on émet un rayon laser depuis l'extérieur d'un carter externe de la turbomachine, à distance du carter, jusqu'à l'intérieur d'un volume du carter. DESCRIPTION DES FIGURES Nous allons maintenant présenter deux modes de réalisation de l'invention à titre d'exemples non-limitatifs à l'appui des dessins sur lesquels : la est une vue en coupe axiale d'un turbomoteur formant un premier mode de réalisation de l'invention ; la est une vue à plus grande échelle d'un détail du turbomoteur de la ; et la est une vue d'un dispositif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La turbomachine du premier mode de réalisation illustrée sur les figures 1 et 2 est un turboréacteur à double flux et double corps. Il s'agit en l'espèce d'un moteur dont l'architecture est du type du moteur dénommé Silvercrest et commercialisé par Safran Aircraft Engines. Le moteur 1 présente un axe principal X-X qui sert d’axe de rotation de la partie mobile par rapport au stator. Il comprend d'amont en aval, donc de gauche à droite sur la , une soufflante 2, un compresseur basse pression 4, un compresseur haute pression 6 (ce dernier est à plusieurs étages dont le dernier est un étage centrifuge), une chambre de combustion 8, une turbine haute pression 10 et une turbine basse pression 12. Ces éléments, à l’exception de la soufflante, appartiennent à une partie centrale 13 du turboréacteur délimitée par un carter externe 15. Leurs parties mobiles à rotation autour de l’axe X-X forment le rotor. La partie mobile du dernier étage du compresseur haute pression 6 forme le rouet. Le compresseur haute pression 6, la chambre de combustion 8 et la turbine haute pression 10 forment un corps à haute pression 14, qui conjointement avec le compresseur basse pression 4 et la turbine basse pression 12 définissent une veine primaire 11 d'écoulement d'air dans la partie centrale 13. Une nacelle 16 entoure la soufflante 2 et la partie centrale 13 de façon à former et à définir une veine secondaire 17 d'écoulement d'air entre la nacelle et la partie centrale 13. La nacelle a son propre carénage externe 19. La turbomachine comprend un organe 20 de mesure de vibrations par laser, en l'espèce logé dans la nacelle 16. Comme illustré à la , l'organe 20 est relié à la nacelle par l'intermédiaire d'au moins un amortisseur de vibrations 22 formant un filtre passe-bas. Les amortisseurs sont ici au nombre de deux. La nacelle 16 comprend aussi un accéléromètre 26 configuré pour mesurer des vibrations auxquelles est exposé l'organe 20. Elle comprend un support 24 portant l'organe 20 et l'accéléromètre 26 et relié à la nacelle par l'intermédiaire des amortisseurs 22 disposés en parallèle. La turbomachine est configurée pour que l'organe de mesure 20 émette un rayon laser 32 depuis l'extérieur du carter 15 de la partie centrale, à distance de ce dernier, jusqu'à l'intérieur d'un volume de ce carter. Le rayon laser a ici une orientation radiale à l'axe X-X. Il impacte par exemple une zone interne du carter 15 située au droit d'une jonction entre le compresseur haute pression 6 et la chambre de combustion 8 par référence à l'axe X-X. Le rayon laser est orienté de telle sorte à impacter une zone interne du carter au droit de la surface dont on cherche à mesurer les vibrations comme par exemple la peau du compresseur centrifuge. Une trappe de maintenance ménagée dans le carter 15 est par exemple laissée ouverte de sorte que le rayon laser 32 traverse une fenêtre de cette trappe. En variante, on peut aussi prévoir de simplement ménager un orifice dans la paroi externe de ce carter (dénommée en anglais Inner F an D uct ou IFD) pour le passage du laser. Comme illustré à la , on peut ainsi identifier au sein du moteur une zone 28 soumise à des températures relativement basses et à de fortes sollicitations vibratoires de fréquences relativement basses. De telles fréquences sont par exemple inférieures à 2500 Hz. Cette zone inclue généralement toute la nacelle 16, la veine secondaire 17 et les composants environnants ainsi que la portion avant de la partie centrale 13 en amont du compresseur haute pression 6 par référence est une direction du flux d'air à l'intérieur de la partie centrale. On peut aussi identifier une zone 30 soumise à des températures relativement hautes et de fortes sollicitations vibratoires majoritairement de fréquences relativement hautes. De telles fréquences sont par exemple comprises entre 2 500 et 20 000 Hz. Cette zone inclue tout le reste de la partie centrale 13. On mesure par exemple dans les moteurs Silvercrest des vibrations de fortes amplitudes à des fréquences d'environ 13 000 Hz. La zone froide 28 est tout de même soumise à des vibrations à haute fréquence, même si elles sont moins sévères. Les amortisseurs 22 sont donc configurés pour filtrer de telles fréquences et pour que l'organe 20 ne vibre pas en haute fréquence. Cette configuration se fait notamment par la détermination des raideurs C et K de chaque amortisseur. Les amortisseurs 22 forment des filtres passe bas. Par exemple, une fixation de type « suspension de voiture » joue le rôle d’un filtre passe bas. On pourra par exemple se référer à ce sujet au site internet : http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/meca/suspension.html Ce dispositif permet alors d’assurer que le laser ne subit pas de vibration haute fréquence. Cela permet de mesurer correctement les vibrations en haute fréquence dans la zone chaude proche du rouet. Comme on le voit, l'organe de mesure 20 est donc positionné dans la zone froide 28 et agencé pour mesurer des vibrations dans la zone chaude 30. L'accéléromètre 26 permet de mesurer les vibrations auxquelles l'organe de mesure lui-même est susceptible d'être soumis et de vérifier le bon fonctionnement de la fixation amortissante. Dans un autre mode de réalisation illustré à la , l'organe de mesure 20 se trouve hors de la turbomachine. Le dispositif 102 constitue cette fois un banc de test agencé pour recevoir une turbomachine 101 destinée à être testée et dépourvue en elle-même d'un tel organe de mesure. Il peut s'agir par exemple d'une machine à simple flux ou machine partielle (c’est-à-dire une partie d’une turbomachine) mais tout type de turbomachine peut être testé. L'organe 20 est fixé au dispositif de façon à émettre un rayon laser 32 depuis l'extérieur d'un carter externe 115 de la turbomachine, à distance de ce dernier, jusqu'à l'intérieur d'un volume du carter. On pourra apporter à l’invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. L'invention est également applicable aux turbomachines à simple corps et/ou à simple flux. Elle est applicable aux turbopropulseurs, ainsi qu'aux turbomoteurs à compresseur axial. Dispositif (1 ; 102) comprenant : - une turbomachine (1 ; 101) comprenant un carter externe (15), et - un organe (20) de mesure de vibrations configuré pour émettre un rayon laser depuis l'extérieur du carter, à distance du carter, jusqu'à l'intérieur d'un volume du carter. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la turbomachine (1) est à double flux, le carter externe (15) étant un carter d'une partie centrale (13) délimitant une veine d'air primaire à l'intérieur de la partie centrale, la turbomachine comprenant une nacelle (16) délimitant une veine d'air secondaire entre la nacelle et la partie centrale, la nacelle comprenant l'organe de mesure (20). Dispositif selon la revendication précédente dans lequel l'organe de mesure (20) est relié à la nacelle (16) par l'intermédiaire d'au moins un amortisseur de vibrations (22) formant un filtre passe-bas. Dispositif selon au moins l'une quelconque des revendications 2 à 3 dans lequel la nacelle (16) comprend en outre un accéléromètre (26). Dispositif selon les revendications 3 et 4 qui comprend un support (24) portant l'organe de mesure (20) et l'accéléromètre (26) et relié à la nacelle par l'intermédiaire de l'amortisseur. Dispositif selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes configuré de sorte que le rayon laser traverse une fenêtre d'une trappe de maintenance du carter (15). Dispositif selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes configuré de sorte que le rayon laser arrive dans une zone située au droit d'une jonction entre un compresseur (6) et une chambre de combustion (8) de la turbomachine. Dispositif selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la turbomachine (1) comprend un compresseur centrifuge (6). Dispositif selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la turbomachine (1) forme un turboréacteur à double corps. Dispositif (102) selon la revendication 1 dans lequel l'organe de mesure (20) se trouve hors de la turbomachine (101). Procédé pour mesurer des vibrations dans une turbomachine (1 ; 102) dans lequel on émet un rayon laser depuis l'extérieur d'un carter externe (15 ; 115) de la turbomachine, à distance du carter, jusqu'à l'intérieur d'un volume du carter.