INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Une illustration du spectre du signal vibratoire est proposée sur la . Ce spectre présente l’ensemble des fréquences contenues dans le signal vibratoire. Les fréquences potentiellement liées à la rotation des arbres de l’AGB, à savoir les fréquences fondamentales et harmoniques d’ordre supérieur à 1, sont indiquées par des cercles pleins au sommet des pics. Les fréquences potentielles ne sont pas toutes obligatoirement liées à la dynamique théorique du système, et donc la suppression naïve de tous ces composantes risquent de déformer le spectre en retirant des composantes liées au roulement défectueux.
La sous-étape 123 est ici une étape d’application d’une Transformée Delta (TΔ) pour obtenir un spectre d’ordre 1 corrigé. Préférentiellement, la TΔ est appliquée à partir d’une connaissance d’une cinématique liée à l’arbre N2, par exemple à partir de la connaissance d’un ensemble de fréquences d’arbres.
La TΔ est ici appliquée pour éliminer le contenu fréquentiel et signatures vibratoires générés par des sources mécaniques et non liés aux roulements de l’arbre de rotation N2, notamment émis par les arbres et les engrenages des transmissions de puissance à proximités du ou des roulements de l’arbre surveillé. Ces fréquences peuvent être connues a priori, par exemple, au moyen d’un analyse dimensionnelle numérique avec un logiciel dédié (par exemple Abaqus, COMSOL ou Catia). Dans ce cas, la sous-étape 123 comprend une sous-sous-étape d’obtention 123a de l’ensemble de fréquences d’arbres.
Dans le présent mode de réalisation, 11 fréquences sont connues et associées à la rotation des 11 lignes d’arbre de l’AGB de la CFM56. Ces 11 fréquences forment l’ensemble de fréquences d’arbres référencés par N2. Les tableaux 1 et 2 résument la dynamique de l’AGB avec les 11 fréquences de l’ensemble de fréquences d’arbres. Il est précisé que ces fréquences sont obtenues avec une vitesse de rotation de l’arbre N2 de 10000 rpm. Dans ce tableau, l’arbre haute pression et l’arbre N2. La dénomination Dent F1 (Hz) correspond à la vitesse de rotation de l’arbre en Hertz, et la dénomination Dent F1 (N2) correspond à la vitesse de rotation de l’arbre par rapport à la vitesse de rotation de l’arbre haute pression.
D’éventuels balourds et/ou déséquilibrages des différents arbres, en particulier des engrenages et roues à aubes qui y sont assemblés, peuvent générer du contenu harmonique additionnel indésirable dans le spectre d’ordre 1. Il est alors nécessaire de considérer toutes les fréquences potentielles qui peuvent apparaitre, dans le spectre d’ordre 1, dans une bande de fréquence , où désigne un ordre maximal prédéfini. Préférentiellement, cet ordre maximal prédéfini est supérieur à la plus haute des harmoniques associées au roulement défectueux, cette plus haute harmonique pouvant être déterminée théoriquement à partir de la géométrie du roulement. Alternativement, l’ordre maximal prédéfini peut être au moins supérieur à la p-ième harmonique du roulement défectueux, p étant un entier supérieur ou égal à 2, lorsque le critère de Nyquist le permet, et préférentiellement supérieur ou égal à 5. Dans ce cas, la sous-étape 123 comprend une sous-sous-étape d’obtention 123b d’un ensemble total, subséquente à la sous-sous-étape d’obtention 123a de l’ensemble de fréquences d’arbres. L’ensemble total peut être défini tel que .
Il est, en outre, possible de restreindre l’ensemble des harmoniques potentielles à un sous-ensemble qui comprend des harmoniques statistiquement significatives. Une harmonique de l’ensemble total, associée à une fréquence , est considérée comme significative si, à la fréquence , un spectre en Z, c’est-à-dire obtenu par une transformée en Z, associé à l’ensemble total excède un seuil statistique donné. Dans ce cas, la sous-étape 123 comprend une sous-sous-étape d’obtention 123c de l’ensemble des harmoniques significatives, subséquente à la sous-sous-étape d’obtention 123b de l’ensemble total. Le sous-ensemble des harmoniques significatives peut être défini par , où est le spectre en Z associé aux harmoniques de l’ensemble total. Ce seuil statistique est, par exemple, supérieur ou égal à 2. Préférentiellement, ce seuil statistique est supérieur ou égal à 4. Dans les faits, plus ce seuil est grand et plus il est garanti de ne considérer que les harmoniques du roulement et moins de bruit. A titre d’exemple, le seuil statistique peut être égal à 6, afin de satisfaire le principe 6-sigma.
On entend par « transformée en Z » une opération de standardisation d’un spectre, en l’occurrence ici du spectre, noté , associé aux harmoniques de l’ensemble total. L’opération de standardisation consiste à centrer le spectre en lui soustrayant une tendance , puis en normalisant le spectre centré en le divisant par une variance du spectre , telle que , où désigne l’opérateur de standardisation de spectre, également appelé l’opérateur de la TZ. La tendance est, par exemple, la valeur moyenne ou la valeur du spectre . Préférentiellement, la tendance est une médiane mobile estimée au moyen d’une opération de filtrage médian du spectre .
Par ailleurs, afin de garantir une déformation minimale du spectre d’ordre 1, la sous-étape 123 peut comprendre une sous-sous-étape d’estimation 123d d’une valeur corrective. La valeur corrective sert ainsi à corriger les harmoniques dans le spectre d’ordre 1 associées aux harmoniques significatives de l’ensemble des harmoniques significatives. La valeur corrective peut être déterminée à partir d’une statistique des harmoniques avoisinant l’harmonique concernée. Par exemple, la valeur corrective peut être une médiane ou une moyenne déterminée à partir d’une tendance des échantillons voisins, dans spectre d’ordre 1, pour chaque harmonique significative. A titre d’exemple, on peut considérer un certain nombre d’échantillons à gauche et un certain nombre d’échantillons à droite de l’échantillon de l’harmonique significative comme étant voisins de l’harmonique significative. Le nombre d’échantillon à droite et le nombre d’échantillon à gauche peuvent être égaux. Ces nombres d’échantillons sont, par exemple, supérieurs ou égaux à 5. Préférentiellement, 25 échantillons à gauche et 25 échantillons à droite sont utilisés pour déterminer la valeur corrective. La valeur corrective sera alors différente et adaptée pour chaque harmonique significative dans le spectre d’ordre 1.
Le spectre d’ordre 1 corrigé obtenu par TΔ, et noté , peut donc être déterminé à partir du sous-ensemble des harmoniques significatives et de la valeur corrective de chaque harmonique significative tel que :
où désigne la TΔ de par rapport au sous-ensemble des harmoniques significatives. Avantageusement, la correction des harmoniques du spectre d’ordre 1 correspondant aux harmoniques significatives permet de conserver la continuité et la régularité du spectre d’ordre 1 tout en éliminant les composantes fréquentielles associées aux éléments et arbres de la machine tournante autres que les roulements de l’arbre N2.
Le spectre d’ordre 1 du signal vibratoire, obtenu TΔ, est présenté sur la . Le spectre d’ordre 1 est tracé par la courbe rouge et le spectre obtenu par une simple TF est tracé en bleu. Les cercles verts marquent les harmoniques de la signature vibratoire associée à un défaut de la bague externe du roulement de l’arbre N2. Les cercles noirs indiquent, quant à eux, les harmoniques liées aux signatures vibratoires connues des arbres de l’AGB qui n’ont pas de défaut de roulement. On peut remarquer que les harmoniques liés à la cinématique des arbres de la boite d’accessoire sont éliminés sans une déformation visible du spectre, alors que les harmoniques liés au défaut de roulement (qui ne sont pas des entiers multiples de ces arbres) sont conservées.
Les spectres mécaniques peuvent être considérés comme une série statistique aléatoire possédant une moyenne et une variance dépendantes de la fréquence. Sur cette définition, les harmoniques associées à une signature vibratoire, en l’occurrence d’un roulement, peuvent être vues comme des anomalies (en anglais « outliers »). Ces anomalies sont également unidirectionnelles, c’est-à-dire suivant une direction positive de l’axe des fréquences. Plusieurs facteurs peuvent être la cause de la variabilité fréquentielle de ces statistiques, mais les deux facteurs principaux sont : la dynamique des système mécaniques, en l’occurrence la machine tournante, résultant en des corrélations temporelles qui, dans le domaine fréquentiel, se traduisent sous la forme de modes de résonnance et de déformations ; la présence d’un bruit aléatoire, fortement corrélé au fonctionnement des systèmes mécaniques, qui s’intensifie dans certaines bandes de fréquences, générant alors une forte variance du bruit.
Dans tous les cas, en vue d’obtenir un spectre standard ou universel il est nécessaire de compenser cette variabilité fréquentielle statistique.
Un tel agencement permet une dilatation thermique supérieure de la portion externe de chaque partie de fixation de la bride annulaire par rapport à la portion interne lorsque l’anneau est soumis à des températures élevées, ce qui permet une réduction des sollicitations mécaniques engendrées au niveau du trou formé à travers chaque partie de fixation de la bride annulaire. Cela permet donc de limiter, voire éviter, une déformation des trous lors de son utilisation dans une turbomachine en fonctionnement. La fabrication d’un tel anneau est notamment améliorée car le risque de mise au rebus pour cause de déformation des trous est réduit. Aussi, la durée de vie d’un tel anneau dans une turbomachine est améliorée.
Il est entendu par le terme « feston », un relief en saillie radialement vers l’extérieur depuis une extrémité radialement externe de la paroi annulaire radiale. Chaque feston peut s’étendre radialement vers l’extérieur depuis la paroi annulaire radiale. Chaque feston peut comprendre une base par laquelle il est relié à la paroi annulaire radiale. Chaque feston peut comprendre un bord libre. Chaque feston peut présenter une section ayant une forme trapézoïdale dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal. Alternativement, chaque feston peut présenter une section dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal dans laquelle le bord libre présente une forme arrondie.
Chaque portion festonnée de la paroi annulaire radiale peut s’étendre radialement depuis la plateforme annulaire jusqu’au feston associé. Chaque portion festonnée peut s’étendre circonférentiellement depuis une première extrémité circonférentielle de la base du feston jusqu’à une seconde extrémité circonférentielle de la base du feston.
Chaque portion intercalaire est donc disposée circonférentiellement entre deux portions festonnées circonférentiellement consécutives. L’extrémité radialement externe de la paroi annulaire radiale forme, au niveau de chaque portion intercalaire, un bord d’extrémité libre de la paroi annulaire radiale.
Le trou de chaque partie de fixation peut être défini par un bord périphérique. Aussi, il est compris qu’au moins une partie du bord périphérique du trou de chaque partie de fixation peut être agencée au niveau de la portion externe de la partie de fixation. C’est-à-dire qu’au moins une partie du bord périphérique du trou de chaque partie de fixation peut être réalisée dans le premier matériau composite à matrice céramique. Chaque trou peut former un passage d’un moyen de fixation de l’anneau à un carter de turbine. Le moyen de fixation peut être une vis ou un pion.
La portion externe de chaque partie de fixation peut comprendre une partie de la portion festonnée correspondante. Dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal, la portion externe de chaque partie de fixation peut être, au moins en partie, délimitée radialement à l’intérieur par une partie du bord périphérique du trou de la partie de fixation. Plus particulièrement, dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal, la portion externe de chaque partie de fixation peut être délimitée radialement à l’intérieur par : - une première ligne reliant une première extrémité circonférentielle de la base du feston à un premier point du bord périphérique du trou ; - une partie du bord périphérique du trou ; - une seconde ligne reliant une seconde extrémité circonférentielle de la base du feston à un second point du bord périphérique du trou. Dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal, la portion externe de chaque partie de fixation peut être délimitée radialement à l’extérieur par le bord libre du feston.
La première ligne et la seconde ligne peuvent être rectilignes. Alternativement, la première ligne et la seconde ligne peuvent comprendre un segment radial et un segment circonférentiel. En particulier, le segment circonférentiel de la première ligne et le segment circonférentiel de la seconde ligne peuvent coïncider avec un premier cercle centré sur l’axe longitudinal.
Le premier et le deuxième matériau composite à matrice céramique peuvent comprendre des composants identiques dans des proportions volumiques différentes. Cela permet une fabrication plus aisée de l’anneau.
L’anneau peut comprendre une bride annulaire amont et une bride annulaire aval espacées longitudinalement l’une de l’autre. L’anneau peut comprendre un revêtement de protection, le revêtement de protection recouvrant une face radialement interne de la plateforme annulaire. L’anneau peut comprendre une pluralité de secteurs disposés circonférentiellement bout à bout autour de l’axe longitudinal. Chaque secteur d’anneau peut comprendre un secteur de plateforme et un secteur de bride. L’ensemble des secteurs de plateforme et des secteurs de bride forment respectivement la plateforme annulaire et la bride annulaire. Chaque secteur de bride peut comprendre au moins une partie de fixation. De préférence, chaque secteur de bride peut comprendre deux parties de fixation.
Le trou de chaque partie de fixation peut être entièrement formé au travers de la portion festonnée correspondante. Autrement dit, le trou de chaque partie de fixation peut être entièrement formé en dehors du feston correspondant. Ainsi, la paroi annulaire radiale présentant une extrémité radialement externe, le trou de chaque partie de fixation est formé, entièrement, radialement à l’intérieur par rapport à l’extrémité radialement externe de la paroi annulaire radiale. L’extrémité radialement externe de la paroi annulaire radiale peut être axisymétrique autour de l’axe longitudinal. La distance à l’axe longitudinal de l’extrémité radialement externe de paroi annulaire radiale peut définir un rayon radialement externe de la paroi annulaire radiale. Dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal, une section du trou de chaque partie de fixation peut être inscrite dans un cercle coïncidant avec l’extrémité radialement externe de la paroi annulaire radiale.
Le trou de chaque partie de fixation peut s’étendre suivant la direction radiale selon une première dimension, et la partie du trou qui est formée au travers de la portion externe peut s’étendre suivant la direction radiale selon une dimension relative de la première dimension qui est supérieure ou égale à 50%. Cela permet une réduction comprise entre 50% et 100% des sollicitations mécaniques au niveau du trou de chaque partie de fixation. Au moins 50% du bord périphérique du trou de chaque partie de fixation peut être agencé au niveau de la portion externe de la partie de fixation.
Lorsque la partie du trou formée au travers de la portion externe s’étend suivant la direction radiale selon une dimension relative de la première dimension égale à 50%, le premier point et le second point du bord périphérique du trou, reliés respectivement par la première ligne et la seconde ligne délimitant la portion externe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal, peuvent être disposés sur un cercle centré sur l’axe longitudinal médian du trou. Le premier point peut coïncider avec une première extrémité circonférentielle du bord périphérique du trou. Le second point peut coïncider avec une seconde extrémité circonférentielle du bord périphérique du trou. Aussi, les parties du trou disposées radialement de part et d’autre du cercle médian peuvent s’étendre chacune suivant la direction radiale selon une dimension relative de la première dimension égale à 50%.
Il est compris que le trou de chaque partie de fixation est entièrement formé au travers de la portion externe de la partie fixation lorsque la partie du trou formée au travers de la portion externe s’étend suivant la direction radiale selon une dimension relative de la première dimension qui est égale à 100%. Lorsque le trou de chaque partie de fixation est entièrement formé au travers de la portion externe de la partie de fixation, le premier point et le second point du bord périphérique du trou, reliés respectivement par la première ligne et la seconde ligne délimitant la portion externe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal, peuvent être situés sur un cercle centré sur l’axe longitudinal qui passe par une extrémité radialement interne du bord périphérique du trou.
Le trou de chaque partie de fixation peut s’étendre selon la direction circonférentielle selon une deuxième dimension. La première dimension du trou de chaque partie de fixation peut être inférieure à la deuxième dimension du trou. Le trou de chaque partie de fixation peut être de forme oblongue.
Chaque partie de fixation peut comprendre une portion intermédiaire agencée radialement entre la portion interne et la portion externe, la portion intermédiaire étant réalisée dans un troisième matériau composite à matrice céramique présentant un gradient radial de coefficient de dilatation thermique entre le premier coefficient de dilatation thermique et le deuxième coefficient de dilatation thermique, le troisième matériau composite à matrice céramique présentant un coefficient de dilatation thermique égal au premier coefficient de dilatation thermique au niveau de la jonction avec la portion externe et un coefficient de dilatation thermique égal au deuxième coefficient de dilatation thermique au niveau de la jonction avec la portion interne.
Alternativement, le troisième matériau composite à matrice céramique peut présenter un troisième coefficient de dilatation thermique compris entre le premier coefficient de dilatation thermique et le deuxième coefficient de dilatation thermique. De préférence, le troisième coefficient de dilatation thermique peut être égal à la moyenne du premier coefficient de dilatation thermique et du deuxième coefficient de dilatation thermique.
Dans le plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal X1, la portion externe 62 de chaque partie de fixation 32a est délimitée radialement à l’extérieur par le bord libre du feston 70. Aussi, dans le plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal X1, la portion externe 62 de chaque partie de fixation 32a est délimitée radialement à l’intérieur par : - une première ligne 63 reliant une première extrémité circonférentielle de la base du feston 70 à un premier point du bord périphérique 34a du trou 34 ; - une seconde ligne 64 reliant une seconde extrémité circonférentielle de la base du feston 70 à un second point du bord périphérique 34a du trou 34 ; - la partie externe du bord périphérique 34a du trou 34 disposée entre le premier point et le second point.
La première ligne 63 et la seconde ligne 64 sont ici rectilignes. Le premier point et le second point du bord périphérique 34a du trou 34 sont disposés sur un cercle médian Cm du trou 34 centré sur l’axe longitudinal X1. Le premier point coïncide avec une première extrémité du bord périphérique 34a du trou 34. Le second point coïncide avec une seconde extrémité circonférentielle du bord périphérique 34a du trou 34. Aussi, les parties du trou 34 disposées radialement de part et d’autre du cercle médian Cm s’étendent chacune suivant la direction radiale selon une dimension relative de la première dimension D1 égale à 50%.
Enfin, la portion externe 62 de chaque partie de fixation 32a est réalisée en un premier matériau composite à matrice céramique et la portion interne 61 de chaque partie de fixation 32a est réalisée en un deuxième matériau composite à matrice céramique. Les matériaux composites à matrice céramique présentent l’avantage de conserver leur intégrité mécanique à des températures élevées. En outre, le premier matériau composite à matrice céramique présente un premier coefficient de dilatation thermique et le deuxième matériau composite à matrice céramique présente un deuxième coefficient de dilatation thermique. Le premier coefficient de dilatation thermique est supérieur au deuxième coefficient de dilatation thermique.
Ainsi, au moins une partie du bord périphérique 34a du trou 34 de chaque partie de fixation 32a peut être réalisée dans le premier matériau composite à matrice céramique. Un tel agencement permet une dilatation thermique supérieure de la portion externe 62 de chaque partie de fixation 32a de la bride annulaire 32 par rapport à la portion interne 61 lorsque l’anneau 30 est soumis à des températures élevées, ce qui permet une réduction des sollicitations mécaniques engendrées au niveau du trou 34 formé à travers chaque partie de fixation 32a de la bride annulaire 32. Cela permet donc de limiter, voire éviter, une déformation des trous 34 lors de son utilisation dans une turbomachine en fonctionnement. La fabrication d’un tel anneau 30 est notamment améliorée car le risque de mise au rebus pour cause de déformation des trous 34 est réduit. Aussi, la durée de vie d’un tel anneau 30 dans une turbomachine est améliorée.
En particulier, la différence entre le premier coefficient de dilatation thermique et le deuxième coefficient de dilatation thermique peut être supérieure ou égale à 0,1.10 -6 K -1 , de préférence supérieure ou égale à 0,2.10 -6 K -1 .
Le coefficient de dilatation thermique du premier matériau composite à matrice céramique et celui du deuxième matériau à matrice céramique sont chacun déterminés par une moyenne des coefficients de dilatation thermique de chacun des composants du matériau pondérés en fonction de la fraction volumique du composant correspondant. Ainsi, le premier et le deuxième matériau composite à matrice céramique peuvent comprendre des composants identiques dans des proportions volumiques différentes de manière à obtenir des coefficients de dilatations thermiques différents. Cela permet en outre une fabrication plus aisée de l’anneau 30. Le premier matériau composite à matrice céramique et le deuxième matériau composite à matrice céramique peuvent comprendre des fibres, une interface et une matrice céramique. Les fibres peuvent être réalisées en carbure de silicium (SiC). La matrice céramique peut comprendre du carbure de silicium (SiC) et du silicium (Si). D’autres types de matériau composite à matrice céramique peuvent être employés dans le cadre de la présente description, comme des matériaux composites à matrice céramique oxyde-oxyde.
Un taux volumique de fibres du premier matériau composite peut être inférieur à un taux volumique de fibres du deuxième matériau composite à matrice céramique. Il a été constaté que la réduction du taux volumique de fibre dans le premier matériau composite à matrice céramique permet une augmentation du coefficient de dilatation thermique du premier matériau composite à matrice céramique. La réduction du taux volumique de fibre dans le premier matériau composite à matrice céramique permet aussi de réduire la rigidité de la portion externe 62 de chaque partie de fixation 32a, ce qui permet de réduire encore plus les sollicitations mécaniques au niveau du trou 34 de chaque partie de fixation 32a. De plus, la réduction du taux volumique de fibre dans le premier matériau composite à matrice céramique est un paramètre facilement contrôlable lors de la fabrication de l’anneau 30. La différence du taux volumique de fibre (en pourcentage) dans le premier matériau composite à matrice céramique par rapport au deuxième matériau composite à matrice céramique peut être supérieure à 10%. Cela permet une augmentation du coefficient de dilatation thermique du premier matériau composite à matrice céramique par rapport au deuxième matériau composite à matrice céramique d’au moins 0,1.10 -6 K -1 .