Brevet FR3145804A1 — publié le 20240816

Dispositif (20) de détection de fluide dans une région interne (21) d’une turbomachine (1) en fonctionnement, ledit dispositif (20) comprenant : - un système d’acquisition (22) disposé à l’écart de la turbomachine (1), - une source lumineuse (25) disposée au voisinage du système d’acquisition (22) et adaptée pour émettre un flux lumineux s’étendant sur au moins une longueur d’onde de fluorescence ou de phosphorescence du fluide, - un élément allongé (23) s’étendant entre le système d’acquisition (22) et la région interne (21) de la turbomachine (1), comprenant au moins une fibre optique (25) connectée à la source lumineuse (25), et - un dispositif de détection optique (26, 28) disposé dans la région interne (21), adapté pour détecter un flux lumineux de fluorescence émis par le fluide dans la région interne (21). Figure à publier avec l’abrégé : 2 Dispositif de détection de fluide dans une turbomachine Domaine technique de l’invention La présente invention appartient au domaine du contrôle qualité dans l’aéronautique. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de détection d’un fluide, et notamment d’huile, dans une région interne d’une turbomachine. L’invention concerne également un procédé de détection d’un fluide, et notamment d’huile mettant en œuvre ce dispositif. Etat de la technique antérieure La illustre un turboréacteur 1 à double flux de l’art antérieur, destiné à équiper un aéronef, en particulier un avion. Le turboréacteur 1 s’étend selon un axe X et comporte, d’amont en aval dans le sens de circulation des gaz F, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7. Les compresseurs basse et haute pression 3, 4, la chambre de combustion 5 et les turbines haute et basse pression 6, 7 sont situées dans une veine dite primaire 8. Une veine 9 dite secondaire s’étend autour de la veine primaire 8, en aval de la soufflante 2. Les termes axial, radial et circonférentiel sont définis par rapport à l’axe X de la turbomachine. Les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation des gaz au sein de la turbomachine. Le compresseur basse pression 3 et la turbine basse pression 7 forment ensemble un corps basse pression, et sont reliés l’un à l’autre par un arbre basse pression 11 centré sur l’axe X. De même, le compresseur haute pression 4 et la turbine haute pression 6 forment un corps haute pression, et sont reliés l’un à l’autre par un arbre haute pression 13 centré sur l’axe X et agencé autour de l’arbre basse pression 11. Les arbres 11, 13 sont supportés par des paliers de roulement, qui sont lubrifiés en étant agencés dans des enceintes d’huile. Il en est de même pour un moyeu 15 de la soufflante 2, également supporté par des paliers de roulement. Ces enceintes d’huile contenant les paliers de roulement sont susceptibles de provoquer des fuites d’huile dans différentes régions internes de la turbomachine 1. Ces fuites d’huile sont actuellement observées par endoscopie sur les turbomachines à l’arrêt. Cependant, ces méthodes d’inspection ne permettent pas de visualiser l’apparition et l’évolution de ces fuites, que l’on souhaite observer moteur en fonctionnement, condition importante permettant une meilleure compréhension du phénomène et des solutions correctives envisagées. Une telle observation est rendue particulièrement complexe par la sévérité de l’environnement constitué par une turbomachine en fonctionnement, avec des températures et des pressions très élevées et très peu d’espace disponible, ce qui réduit fortement la sensibilité de la détection et risque d’endommager les capteurs. Présentation de l’invention L’invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de détection d’un fluide dans une région interne d’une turbomachine en fonctionnement, ledit dispositif comprenant : - un système d’acquisition disposé à l’écart de la turbomachine, - une source lumineuse disposée au voisinage du système d’acquisition ou dans la région interne et adaptée pour émettre un flux lumineux s’étendant sur au moins une longueur d’onde de fluorescence ou de phosphorescence du fluide, - un élément allongé s’étendant entre le système d’acquisition et la région interne de la turbomachine, comprenant au moins un câble et/ou au moins une fibre optique connecté(e) à la source lumineuse, et - un dispositif de détection optique disposé dans la région interne, adapté pour détecter un flux lumineux de fluorescence ou de phosphorescence émis par le fluide dans la région interne. Un tel dispositif permet de détecter la présence de fluide, notamment d’huile, in-situ, sous forme de gouttes et/ou de suspension dans l’air, dans une turbomachine en fonctionnement. En effet, la méthode de détection optique par fluorescence ou phosphorescence est compacte et robuste et permet de surmonter les contraintes d’un tel environnement sévère en termes de température et de pression, tout en conservant une sensibilité suffisante. Le câble et/ou la fibre optique permet de faire transiter des signaux électroniques de pilotage de la source lumineuse, ou un flux lumineux d’illumination, entre la région interne et le système d’acquisition. On rappelle que la fluorescence est un phénomène d’émission de lumière par la matière suite à une excitation externe, notamment lumineuse. La phosphorescence est un phénomène similaire, à cela prêt que l’émissions subsiste sur des durées plus longues, même une fois l’excitation externe arrêtée. La plupart des huiles présentent naturellement une telle plage de fluorescence. Le dispositif selon l’invention peut être employé pour détecter tout type de fluide, moyennant, dans certains cas, une injection ou projection préalable d’un marqueur fluorescent ou phosphorescent dans la région observée, pour les fluides peu ou pas fluorescents ou phosphorescents, ou simplement pour améliorer la quantité de lumière émise par le fluide. La turbomachine est considérée comme en fonctionnement lorsqu’au moins l’arbre basse pression ou l’arbre haute pression est en rotation rapide, de manière à générer un flux d’air dans la veine principale. Le dispositif de détection optique peut comprendre au moins une caméra endoscopique disposée dans la région interne de la turbomachine, l’élément allongé comprenant au moins un câble reliant ladite caméra endoscopique au système d’acquisition. Une telle caractéristique permet une observation visuelle direct in-situ du fluide, et permet de plus de mettre en œuvre des techniques classiques de traitement d’image permettant d’obtenir des informations caractérisant la présence du fluide. Le dispositif de détection optique peut comprendre au moins une sonde optique disposée dans la région interne de la turbomachine, l’élément allongé comprenant au moins une deuxième fibre optique reliant ladite sonde optique au système d’acquisition. Une telle caractéristique permet de déporter les composants sensibles en effectuant l’analyse du flux lumineux hors de la turbomachine. Le système d’acquisition peut comprendre un spectromètre connecté à la sonde optique par la deuxième fibre optique. Une telle caractéristique permet de détecter le fluide par fluorescence ou phosphorescence avec une sensibilité élevée grâce à l’analyse du spectre de la lumière de fluorescence ou phosphorescence. Le dispositif peut comprendre un photomultiplicateur disposé dans la région interne ou au voisinage du système d’acquisition et connecté à la sonde optique directement ou à travers la deuxième fibre optique. Une telle caractéristique permet de mesurer une présence de fluide fortement intermittente (chute d’une goutte d’huile, vaporisation d’huile) grâce à la large bande passante du photomultiplicateur. Le système d’acquisition peut comprendre un filtre optique de type passe-bande, centré sur une longueur d’onde de fluorescence ou phosphorescence du fluide, positionné entre le système d’acquisition et la sonde optique. Ledit filtre peut être situé, selon les cas, entre la sonde optique et la deuxième fibre optique, entre la sonde optique et le photomultiplicateur ou entre la deuxième fibre optique et le dispositif d’acquisition. Une telle caractéristique permet d’améliorer la sensibilité de la détection. Le dispositif peut comprendre également des moyens de projection dans la région interne d’un marqueur ou d’un colorant fluorescent ou phosphorescent, apte à se mélange au fluide et présentant une longueur d’onde de fluorescence ou de phosphorescence proche ou identique. Une telle caractéristique permet d’augmenter la quantité de lumière émise par fluorescence ou phosphorescence et donc d’améliorer le signal optique mesuré et donc d’avoir une meilleure sensibilité. La source lumineuse peut comprendre une diode électroluminescente et/ou une diode laser, apte à émettre à la longueur d’onde d’excitation de la fluorescence ou phosphorescence du fluide. Une telle caractéristique permet de réduire l’émission de lumière visible parasite par la source. La source lumineuse peut être sensiblement monochromatique. Une telle caractéristique permet de s’assurer que le signal lumineux mesuré correspond à la fluorescence du fluide. L’invention a également pour objet un procédé de détection de fluide dans une région interne d’une turbomachine en fonctionnement, le procédé mettant en œuvre un dispositif comme plus haut et comprenant des étapes suivantes : - émission d’un flux lumineux par la source lumineuse et acheminement du flux lumineux depuis la source jusqu’à la région interne par la fibre optique, ou pilotage de la source lumineuse située dans la région interne à travers le câble, - illumination du fluide dans la région interne et émission par le fluide d’un flux lumineux de fluorescence, et - détection du flux lumineux de fluorescence par le dispositif de détection optique. Brève description des figures est une représentation schématique en coupe longitudinale d’une turbomachine d’aéronef, est une représentation simplifiée en coupe longitudinale d’une turbomachine d’aéronef équipée d’un dispositif de détection selon l’invention, est une représentation schématique d’un dispositif de détection selon un premier mode de réalisation de l’invention, est une représentation schématique d’un dispositif de détection selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, et est une représentation graphique de spectres lumineux mesurés en présence et en l’absence d’huile. Description détaillée de l’invention La représente de façon simplifiée une turbomachine 1 similaire à celle de la , avec des références identiques désignant les mêmes objets, munie d’un dispositif 20 de détection de fluide selon l’invention. Le dispositif 20 est apte à détecter la présence d’huile dans une région interne 21 de la turbomachine 1 en fonctionnement. Comme expliqué plus haut, le dispositif 20 est apte à détecter tout type de fluide fluorescent ou phosphorescent dans la région d’intérêt, notamment de l’huile, qui est le fluide considéré pour l’exemple décrit ici. Le dispositif 20 peut également être employé pour détecter des fluides non fluorescents ou phosphorescents moyennant l’ajout d’un marqueur fluorescent ou phosphorescent au fluide. La turbomachine est considérée comme en fonctionnement lorsqu’au moins l’arbre basse pression 11 ou l’arbre haute pression 13 est en rotation rapide autour de l’axe X, de manière à générer un flux d’air dans la veine principale. La région interne 21 est difficile d’accès, puisqu’isolée de l’extérieur par un ou plusieurs carter définissant les veines primaires et secondaires. Ainsi, des méthodes d’observations directes ne permettent pas d’observer ladite région interne 21 pour conclure quant à la présence d’huile. Le dispositif 20 comprend un système d’acquisition 22 situé hors de la région interne 21, ainsi qu’un élément allongé 23 s’étendant entre ledit système d’acquisition 22 et la région interne 21 et une source lumineuse 24 disposée au voisinage du système d’acquisition 22. L’élément allongé 23 est notamment un faisceau comprenant au moins une fibre optique et, optionnellement, au moins un câble. L’élément allongé 23 est adapté pour suivre un parcours tortueux dans la turbomachine 1 jusqu’à la région interne 21, et permettre un transfert d’information et de puissance, sous forme lumineuse et/ou électrique. Alternativement, la source lumineuse 24 peut être placée dans la région interne 21 et pilotée à travers au moins un câble électrique faisant partie de l’élément allongé 23. La nature exacte de l’élément allongé 23 varie selon les modes de réalisation de l’invention, comme montré ci-dessous. La source lumineuse 24 est adaptée pour émettre un rayonnement lumineux permettant la fluorescence de l’huile. Notamment, le rayonnement lumineux présente un spectre de longueur d’onde comprenant au moins une longueur d’onde absorbée par l’huile et déclenchant le phénomène de fluorescence/phosphorescence (le spectre de la source est différent du spectre de fluorescence, ou de phosphorescence émis par l’huile). Ladite longueur d’onde de fluorescence de l’huile est par exemple une longueur d’onde dans le proche ultraviolet, par exemple voisine de 385 nanomètres. Avantageusement, le rayonnement lumineux est sensiblement monochromatique, notamment dans l’ultraviolet, ce qui permet l’absence de lumière visible parasite dans la région d’intérêt. La source lumineuse 24 est par exemple une source laser ou une diode électroluminescente. L’élément allongé 23 comprend, dans l’exemple considéré, au moins une fibre optique 25 connectée en sortie de la source lumineuse 24 et débouchant dans la région d’intérêt 21, de manière à y acheminer le rayonnement de fluorescence et illuminer l’huile qui pourrait y être présente. Alternativement, lorsque la source 24 est située dans la région interne 21, l’élément allongé 23 comprend au moins un câble de pilotage de la source 24, et peut comprendre au moins une fibre optique, en fonction de la nature du dispositif d’acquisition. Avantageusement, l’élément allongé 23 peut comprendre également un tube capillaire permettant la projection dans une région pertinente d’un marqueur ou d’un colorant fluorescent ou phosphorescent, qui se mélange à l’huile et permet aussi d’augmenter la sensibilité de la détection. Il est notamment possible de mêler un marqueur phosphorescent à l’huile et de l’illuminer en amont de la région interne observer, pour l’observer ensuite en profitant de l’émission prolongée de lumière par phosphorescence. Dans un premier mode de réalisation représenté sur la , la méthode optique de détection d’huile est une observation par une caméra de type endoscopique. A cet effet, le dispositif 20 comprend, en plus des éléments décrits plus haut, une caméra endoscopique 26 disposée dans la région interne 21, et un câble 27 électrique reliant ladite caméra 26 au système d’acquisition 22 pour alimenter et piloter la caméra 26. Grâce au rayonnement issu de la source 24 et, le cas échéant, apporté par la fibre optique 25, l’huile présente dans la région interne 21, sous forme de suspension dans l’air ou de gouttes déposées sur les parois, fluoresce et devient clairement visible avec la caméra 26. Le système d’acquisition 22 comprend alors un système informatique de contrôle et de traitement d’image, qui permet l’enregistrement d’images et ou de vidéos par la caméra 26. Il permet de plus de mettre en œuvre des algorithmes de traitement d’image, pour déterminer certains paramètres associés à l’huile observée, par exemple une concentration ou une répartition de l’huile entre suspension et gouttes déposées. Un deuxième mode de réalisation est représenté à la , mettant en œuvre une mesure par spectroscopie. Le système d’acquisition 22 comprend alors un spectromètre 29 et un module informatique 30 de contrôle et de traitement des résultats de spectroscopie. L’élément allongé 23 comprend la fibre optique 25 décrite plus haut connectée en sortie de la source lumineuse 24 et illuminant la région interne 21, ainsi qu’une deuxième fibre optique 27a connectée en entrée du spectromètre 29 et dont l’extrémité libre est connectée, dans la région interne 21, à une sonde optique 28 en regard de la région illuminée. Alternativement, lorsque la source 24 est située dans la région interne, l’élément allongé 23 comprend au moins le câble de pilotage de la source 24 et la deuxième fibre optique 27a mentionnée plus haut. La deuxième fibre optique 27a est adaptée pour recueillir la lumière émise dans la région d’intérêt, notamment par la fluorescence de l’huile, et à l’acheminer jusqu’au spectromètre 29 pour être analysée. Le spectromètre 29 est adapté pour analyser le spectre lumineux de la lumière collectée par la sonde 28 dans la région interne 21. La représente des spectres de puissance lumineuse P en fonction de la longueur d’onde λ en entrée du spectromètre 29. Un premier spectre Sa est obtenu pour une région interne ne contenant que de l’air, et un deuxième spectre Sh est obtenu pour une région interne contenant de l’air et de l’huile sous forme de gouttes et/ou de suspension dans l’air. Le spectre Sh présente un pic à une longueur d’onde de fluorescence λ f , distinctif de la présence d’huile dans la région interne 21, dont l’aire permet d’évaluer qualitativement la quantité d’huile observée en fonction du temps. Avantageusement, un filtre optique 31 de type passe bande, centré sur la longueur d’onde de fluorescence, peut être positionné en amont du spectromètre 29 pour augmenter la sensibilité de la détection. Selon un autre mode de réalisation similaire à celui représenté sur la , le système d’acquisition 22 comprend un photomultiplicateur 29 relié à une sonde optique 28 disposée dans la région d’intérêt 21 par l’intermédiaire de la deuxième fibre optique 27a, ainsi que le module de contrôle 30. Le photomultiplicateur 29 est configuré pour amplifier la quantité de lumière collectée par la sonde optique 28 et la convertir en tension électrique. Lorsque de l’huile située dans la région interne 21 fluoresce, la quantité accrue de lumière collectée par la sonde 28 entraîne une modification de la tension mesurée. Un filtre 31 de type passe-bande centré sur la longueur d’onde de fluorescence de l’huile peut être positionné en amont du photomultiplicateur 29, ce qui permet de filtrer uniquement une gamme de longueur d’onde lumineuse caractéristique de la présence d’huile. Ainsi, la précision de la détection augmente. Le photomultiplicateur 29 possédant une très large bande passante, il est aussi possible de mesurer une présence d’huile fortement intermittente (chute d’une goutte d’huile, vaporisation d’huile). Dispositif (20) de détection d’un fluide dans une région interne (21) d’une turbomachine (1) en fonctionnement, ledit dispositif (20) comprenant : - un système d’acquisition (22) disposé à l’écart de la turbomachine (1), - une source lumineuse (25), disposée au voisinage du système d’acquisition (22) ou dans la région interne (21), et adaptée pour émettre un flux lumineux s’étendant sur au moins une longueur d’onde de fluorescence ou de phosphorescence du fluide, - un élément allongé (23) s’étendant entre le système d’acquisition (22) et la région interne (21) de la turbomachine (1), comprenant au moins un câble et/ou au moins une fibre optique (25) connecté(e) à la source lumineuse (25), et - un dispositif de détection optique (26, 28) disposé dans la région interne (21), adapté pour détecter un flux lumineux de fluorescence ou de phosphorescence émis par le fluide dans la région interne (21). Dispositif (20) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de détection optique (26, 28) comprend au moins une caméra endoscopique (26) disposée dans la région interne (21) de la turbomachine (1), l’élément allongé comprenant au moins un câble (27) reliant ladite caméra endoscopique (26) au système d’acquisition (22). Dispositif (20) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de détection optique (26, 28) comprend au moins une sonde optique (28) disposée dans la région interne (21) de la turbomachine (1), l’élément allongé comprenant au moins une deuxième fibre optique (27a) reliant ladite sonde optique (28) au système d’acquisition (22). Dispositif (20) selon la revendication 3, dans lequel le système d’acquisition (22) comprend un spectromètre (29) connecté à la sonde optique (28) par la deuxième fibre optique (27a). Dispositif (20) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le dispositif (20) comprend un photomultiplicateur (29) disposé dans la région interne (21) ou au voisinage du système d’acquisition (22) et connecté à la sonde optique (28) directement ou à travers la deuxième fibre optique (27a). Dispositif (20) selon l’une des revendications 3 à 5, dans lequel le système d’acquisition comprend un filtre optique (31) de type passe-bande, centré sur une longueur d’onde de fluorescence (λ f ) ou de phosphorescence du fluide, positionné entre le système d’acquisition (22) et la sonde optique (28). Dispositif (20) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le dispositif (20) comprend également des moyens de projection dans la région interne (21) d’un marqueur ou d’un colorant fluorescent ou phosphorescent, apte à se mélange au fluide et présentant une longueur d’onde de fluorescence ou de phosphorescence proche ou identique. Dispositif (20) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la source lumineuse (24) comprend une diode électroluminescente et/ou une diode laser, apte à émettre à la longueur d’onde d’excitation de la fluorescence ou phosphorescence du fluide. Dispositif (20) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la source lumineuse (24) est sensiblement monochromatique. Procédé de détection de fluide dans une région interne (21) d’une turbomachine (1) en fonctionnement, le procédé mettant en œuvre un dispositif (20) selon l’une des revendications précédentes et comprenant des étapes suivantes : - émission d’un flux lumineux par la source lumineuse (24) et acheminement du flux lumineux depuis la source (24) jusqu’à la région interne (21) par la fibre optique (25), ou pilotage de la source lumineuse (24) située dans la région interne (21) à travers le câble, - illumination du fluide dans la région interne (21) et émission par le fluide d’un flux lumineux de fluorescence ou de phosphorescence, et - détection du flux lumineux de fluorescence ou de phosphorescence par le dispositif de détection optique (26, 28).