INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Comme illustré sur la , au cours du montage, l’ensemble mécanosoudé constitué de la conduite étanche 7, de la gaine étanche secondaire 26 et de la paroi de sommet 22 est inséré depuis l’extérieur de la cuve étanche et thermiquement isolante 2 dans l’ouverture 18 du pont intermédiaire 4, puis fixé au surbau 20 en soudant la paroi de sommet 22 au rebord périphérique 68.
Comme représenté à la , au-dessus du pont supérieur 5, la conduite étanche 7 est entourée d’un compensateur en accordéon 23 qui relie la surface périphérique de la conduite étanche 7 à la surface extérieure du pont supérieur 5 de manière étanche, tout en permettant une variation de longueur de la conduite étanche 7 sous l’effet des variations de température en service.
De manière alternative, il existe des liaisons, non représentées, entre la conduite étanche 7 et la surface extérieure du pont supérieur 5 dépourvues d’accordéon, notamment lorsque la conduite étanche 7 est de forme coudée entre le pont intermédiaire 4 et le pont supérieur 5.
La membrane étanche secondaire 14 vient se raccorder par un collage étanche à la surface intérieure 28a d’un plateau de liaison 28 fixé à la périphérie de la gaine étanche secondaire 26 par l’intermédiaire d’un élément de liaison périphérique 29 de forme tubulaire. En particulier, le plateau de liaison 28 comporte une portion externe 48 qui s’étend radialement à l’extérieur de la gaine étanche secondaire 26.
De préférence, le plateau de liaison 28 et l’élément de liaison périphérique 29 sont deux éléments distincts assemblés par soudage. L’assemblage du plateau de liaison 28 et l’élément de liaison périphérique 29 est réalisé avant le montage sur site.
La membrane étanche primaire 16 est soudée de manière étanche autour de la conduite étanche 7 à distance de l’extrémité interne 30 de la gaine étanche secondaire 26.
La structure de la paroi de cuve autour de la conduite étanche 7 et de la gaine étanche secondaire 26 sera maintenant décrite de manière plus détaillée en référence aux figures 3 à 7.
La illustre la réalisation de la barrière thermiquement isolante secondaire 13, de la membrane étanche secondaire 14 et de la barrière thermiquement isolante primaire 15 au moyen de deux panneaux préfabriqués 31 rectangulaires. Les panneaux préfabriqués 31 sont disposés sur la surface intérieure du pont intermédiaire 4, de part et d’autre de la conduite étanche 7, de sorte que la gaine étanche secondaire 26 se trouve logée dans une découpe ménagée dans un bord, par exemple dans un bord longitudinal, de chacun des panneaux préfabriqués 31 à la mi-longueur de ceux-ci. La montre aussi le plan de coupe A-A correspondant à la .
Chacun des deux panneaux préfabriqués 31 autour de la conduite étanche 7 présente globalement une forme de gradins avec un bloc thermiquement isolant secondaire 32 formant un élément de la barrière thermiquement isolante secondaire 13. Plus précisément, chaque bloc thermiquement isolant secondaire 32 comporte un panneau inférieur 37 et une couche de mousse isolante 38, le panneau inférieur 37 et la couche de mousse isolante 38 présentant une forme de demi-cercle localement à la mi-longueur de ceux-ci pour accueillir la gaine étanche secondaire 26.
Avantageusement, la couche de mousse isolante 38 est constituée d’un matériau plastique alvéolaire tel qu’une mousse de polyuréthane. De préférence, des fibres de verre sont noyées dans la mousse de polyuréthane pour la renforcer.
Chaque panneau préfabriqué 31 comporte également une première nappe étanche 33 recouvrant complètement la surface supérieure du bloc thermiquement isolant secondaire 32, et un bloc thermiquement isolant supérieur 34, en forme de « U », de plus petite dimension et formant un élément de la barrière thermiquement isolante primaire 15. Le bloc thermiquement isolant supérieur 34 est positionné par rapport au bloc thermiquement isolant secondaire 32 de manière à laisser découvert un rebord périphérique 35 et une zone de dégagement 36 de la première nappe étanche 33 autour de la gaine étanche secondaire 26. Le plateau de liaison 28 est recouvert d’une deuxième nappe étanche 40.
Avantageusement, la première nappe étanche 33 et la deuxième nappe étanche 40 consistent en un revêtement fait d’un matériau stratifié composite rigide incluant un empilement de feuilles métalliques, par exemple en aluminium de 0,07 mm d’épaisseur, prise en sandwich entre deux tissus de fibres de verre imprégnés d’une résine polymère, par exemple une résine de polyamide.
Une autre difficulté, propre au fonctionnement des aéronefs, est la présence de régimes transitoires, c’est-à-dire des changements significatifs de régime vitesse, avec des phases de très fortes accélérations ou décélérations souvent brusques. On parle également de régimes non-stationnaires. A ces vitesses fortement variables s’ajoutent des variations de charges radiales et/ou axiales des différents éléments du moteur. Les méthodes de l’état de l’art ne permettent cependant pas de prendre en compte de tels modes de fonctionnement transitoires. Pourtant, ne pas prendre en compte ces régimes non stationnaires peut s’avérer pénalisant. D’une part, il n’est pas garanti que l’enregistrement en régime stationnaire soit suffisamment long pour permettre une analyse ; d’autre part, les signatures vibratoires de certains défauts de roulement sont susceptibles d’émerger plus aisément à certains régimes que d’autres, et le balayage de plusieurs régimes pourrait donc améliorer la probabilité de détection des signaux faibles.
A ceci s’ajoute des contraintes de surveillance directement liées à la complexité des moteurs. En l’occurrence, les assemblages des turbomachines sont tels qu’un très grand nombre de signatures vibratoires est enregistré dans les signaux, chacune étant associée à un des éléments du moteur, par exemple un engrenage, un roulement, un ventilateur, une aube, un arbre, un compresseur, etc. Même en fonctionnement normal, ces éléments produisent des vibrations importantes qui masquent les composantes vibratoires produites par un roulement défectueux et ajoutent du bruit. Les méthodes classiques d’analyse vibratoire sont donc peu fiables car une séparation des sources n’est pas triviale à mettre en œuvre pour ce genre d’application, et notamment en cas de non-stationnarité du signal.
En plus des éléments tournants de la turbomachine, d’autres sources vibratoires, appelées sources asynchrones, rendent l’identification d’un roulement défectueux d’autant plus difficile qu’elles ajoutent des composantes fortement non-stationnaires dans les signaux.
Une partie des sources asynchrones est directement liée à la conception du moteur. En effet, les turbomachines comportent en général deux arbres de rotation, non rigidement liés, ayant tous deux une vitesse de rotation différente avec des modes de fonctionnement asynchrones durant les phases stationnaires de régime moteur, ainsi que durant les phases d’accélération et de décélération. On parle dans ce cas des vitesses de rotation N1 et N2 des arbres ; ceci est également le cas pour des aéronefs bimoteurs. Ces modes de fonctionnement asynchrones peuvent eux aussi générer un contenu harmonique supplémentaire qui pénalise la discrimination des multiples fréquences associées aux fonctionnement des différents éléments tournants du moteur dans le spectre des signaux. En effet, certaines composantes harmoniques vont se superposer ou se masquer les unes les autres, ce qui entraînera une mauvaise estimation de l’état de fonctionnement du moteur. Par ailleurs, du fait de la variabilité des régimes moteurs, il est de difficile de détecter un roulement défaillant car la signature harmonique associée à ce roulement sera également fortement variable. En outre, la variabilité des régimes moteurs influe également sur la variabilité de la nature statistique du signal vibratoire.
En plus des éléments tournants des moteurs, d’autres sources asynchrones viennent bruiter le signal vibratoire par la présence de composantes fortement non-stationnaires. En effet, lorsque le moteur d’un aéronef est en fonctionnement, de nombreuses sources de bruit asynchrones apparaissent, qui sont aussi bien d’origine solidienne, aérienne, électromagnétique ou thermique. Les sources de bruit principales sont la combustion du carburant pour mouvoir l’aéronef, l’écoulement aérodynamique des fluides dans le moteur et autour de l’appareil (par exemple, flottements et turbulences), ainsi que les résonnances des différents éléments du moteur et de l’aéronef par les vibrations générées par le moteur. Ces multiples sources de bruit, majoritairement large bande, font que les niveaux de rapport signal à bruit dans les signaux vibratoires acquis sont faibles et qu’il est difficile d’y différencier la signature vibratoire d’un roulement défectueux du bruit.
L’élimination ou la séparation des différentes sources de bruit précédemment citées n’est pas évidente à réaliser par la mise en œuvre des méthodes de l’état de l’art en raison des propriétés statistiques singulières et complexes des signaux vibratoires des machines tournantes. A titre d’exemple, les interférences aérodynamiques sont connues pour avoir une signature spectrale large bande et aléatoire, tandis que la signature des fans/aubes est plutôt cyclique, alors que les arbres et les engrenages sont des composantes sinusoïdales dont les phases dépendent des positions des arbres sur lesquels ils sont montés.
On connait de l’état de l’art des méthodes de surveillance basées sur l’analyse avancée de signaux temporels et de spectrogrammes (par exemple, FR2952177B1, FR3076348B1 et EP2496921A1). Toutefois, ces méthodes ne permettent pas de répondre aux problématiques posées par des applications aéronautiques. C’est-à-dire que ces méthodes ne sont pas ou peu robustes aux régimes de fonctionnement non-stationnaire des turbomachines ; elles ne permettent pas non plus de tenir compte de la structure statistique particulière des signaux vibratoires causée par des vitesses de rotations élevées ; et elles sont difficilement applicables à des signaux fortement bruités par des sources d’origines asynchrone, produisant un faible niveau de rapport signal à bruit.
Il existe donc un besoin de trouver un moyen de surveillance d’une machine tournante qui soit robuste avec le régime de fonctionnement haute vitesse et non-stationnaire de la machine, pour détecter un défaut d’un roulement, dans un environnement complexe fortement bruité.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant la surveillance, grâce à la mesure d’un signal vibratoire, d’une machine tournante opérant à hautes vitesses, de sorte que la signature vibratoire d’un roulement défectueux soit discriminée des signatures vibratoires des autres éléments et du bruit engendrés par le fonctionnement de la machine, tout en tenant compte des régimes transitoires du moteur.
Un premier aspect de l’invention concerne une méthode de surveillance d’une machine tournante pour la détection d’un défaut d’un roulement, la méthode comprenant les étapes suivantes : Acquisition d’un signal vibratoire de la machine tournante mesuré par un capteur de vibrations ; Détermination d’un spectrogramme d’ordre 1 par analyse cyclostationnaire à l’ordre 1 du signal vibratoire au moyen d’une transformée delta et d’une standardisation spectrale ; Détermination d’un spectrogramme d’ordre 2 par analyse cyclostationnaire à l’ordre 2 du signal vibratoire au moyen d’une cohérence cyclique moyennée, d’une transformée delta et d’une standardisation spectrale ; Détection d’une signature vibratoire du défaut de roulement à partir du spectrogramme d’ordre 1 et du spectrogramme d’ordre 2.
On entend par « signal cyclostationnaire » un signal dont les propriétés statistiques varient périodiquement avec le temps, par opposition à un signal stationnaire dont les propriétés statistiques sont invariantes dans le temps. C’est en particulier le cas pour les signatures vibratoires des éléments rotatifs d’une ligne d’arbre, dont le contenu harmonique est dépendant du régime de fonctionnement du moteur. En particulier, les propriétés statistiques de telles signatures seront invariantes par cycles de rotation, un cycle étant une ou plusieurs périodes de rotation de l’arbre, tandis que les cycles de rotation auront une variabilité qui suivra la non-stationnarité des régimes moteurs. Ainsi, on entend par « analyse cyclostationnaire » une analyse d’un signal dont les propriétés statistiques varient périodiquement avec le temps.
Grâce à l’invention, il est possible de détecter un roulement défaillant dans la machine tournante à partir de l’analyse d’un signal vibratoire fortement bruité, acquis sur la machine. L’analyse est ici réalisée par l’étude conjointe des propriétés déterministes, également appelées propriétés périodiques, et cyclostationnaires de la signature harmonique du défaut. La méthode est donc particulièrement adaptée à des applications hautes vitesses telles que les moteurs d’hélicoptères, d’avions ou de drones, par exemple pour surveiller un boitier d’entraînement des accessoires (ou AGB, pour « Accessory Gearbox » en anglais), des supports d’équipements, des systèmes de transmission d’un moteur à l’avion, etc. La méthode peut également être appliquée à d’autres types de machines tournantes telles que les essieux de voitures, de camions ou de train, ou encore à des équipements tels des boîtiers d’engrenages, des alternateurs, des pompes, des roues de trains d’atterrissage d’avion, etc.
La méthode est aisément praticable dans le cadre d’une application aéronautique puisqu’elle ne requiert, a minima, qu’un seul capteur de vibrations, dont les dimensions sont compatibles avec les problématiques d’encombrement et de compacité des systèmes aéronautiques. L’installation de peu de matériel est donc suffisante pour que la méthode selon l’invention soit opérationnelle et réduit le coût de la surveillance. En outre, les capteurs de vibrations étant plus robustes aux environnement critiques et plus sensibles aux hautes fréquences que des capteurs de vitesse ou de position, la méthode est adaptée à une application aéronautique.
L’utilisation d’une transformée delta pour former le spectrogramme d’ordre 1 et le spectrogramme d’ordre 2 permet de supprimer les sources qui interfèrent avec la signature vibratoire du roulement défectueux. A titre d’exemple, la transformée delta peut se baser sur la connaissance de la cinématique des arbres du moteur pour éliminer systématiquement ces composants fréquentiels.
Les entrée et sortie 12, 13 du premier circuit 11 d’un secteur 10 se trouvent d’un même côté du secteur 10 (ici côté amont du secteur), l’entrée et la sortie 12, 13 étant respectivement externe et interne. Les entrée et sortie 17, 18 du second circuit 16 d’un secteur 10 se trouvent sur des côtés radialement opposés du secteur 10, l’entrée et la sortie 17, 18 étant respectivement interne et externe.
L’entrée 12 de chaque premier circuit 11 est reliée à la sortie 14 du compresseur 4 via une alimentation amont 30 qui peut être indépendante ou commune à tous les secteurs 10. L’alimentation amont 30 comprend ici un diffuseur radial 31 et un diffuseur axial 32 (également appelé redresseur). La sortie 13 de chaque premier circuit 11 est reliée à l’entrée 15 de la chambre de combustion 5 via une alimentation aval 33 qui peut être indépendante ou commune à tous les secteurs 10. Cette alimentation aval 33 peut comporter des grilles de diffusion de manière à contrôler la giration de l’air comprimé A alimentant la chambre de combustion 5, la giration étant par exemple d’environ 15°. En variante, une telle giration peut être obtenue via des déflecteurs disposés à proximité de la sortie 13 du premier circuit 11.
L’entrée 17 de chaque second circuit 16 est reliée à la sortie 19 de la turbine de puissance 7 via une portion interne 34 de la tuyère 21. La sortie 18 de chaque second circuit 16 est reliée à la sortie d’échappement 20 via une portion externe 35 de la tuyère 21.
Tel qu’indiqué ci-dessus, selon l’invention, le turbomoteur 1 comprend des premiers conduits de dérivation 22 pour permettre à l’air comprimé A provenant du compresseur 4 de bypasser (ou éviter) les premiers circuits 11 de l’échangeur de chaleur 9, pour certains régimes de fonctionnement du turbomoteur 1. En outre, le turbomoteur 1 comprend au moins un second conduit de dérivation 23 pour permettre aux gaz d’échappement G provenant de la turbine de puissance 7 de bypasser (ou éviter) les seconds circuits 16 de l’échangeur de chaleur 9, pour certains régimes de fonctionnement.
Chaque premier conduit de dérivation 22 peut se trouver à l’intérieur du secteur 10 correspondant de l’échangeur de chaleur 9 ou à l’extérieur de ce secteur 10.
Avantageusement, au moins l’un des premiers conduits de dérivation 22 comprend un premier élément d’obturation 36 qui est mobile entre une position ouverte dans laquelle le premier élément d’obturation 36 autorise l’air comprimé A sortant du compresseur 4 à traverser le premier conduit de dérivation 22, et une position fermée dans laquelle le premier élément d’obturation 36 empêche l’air comprimé A sortant du compresseur 4 de traverser le premier conduit de dérivation 22.
Chacun des premiers conduits de dérivation 22 peut bien évidemment comprendre un premier élément d’obturation 36.
Les premiers éléments d’obturation 36 peuvent être actionnés indépendamment les uns des autres, ou de façon commune.
Les premiers éléments d’obturation 36 peuvent être réglés de façon identique ou de façon distincte.
Les premiers éléments d’obturation 36 peuvent être réglés de façon identique par groupe de deux ou trois par exemple.
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures, et notamment les figures 4 à 6, chaque secteur 10 comprend intérieurement son premier conduit de dérivation 22, ce premier conduit de dérivation 22 permettant à l’air comprimé A sortant du compresseur 4 d’entrer dans la chambre de combustion 5 tout en bypassant (ou évitant) le premier circuit 11 du secteur 10. Le premier conduit de dérivation 22 se trouve dans une portion amont du secteur 10, le premier circuit 11 étant quant à lui dans une portion aval du secteur 10. Chaque premier conduit de dérivation 22 comprend un volet 36 (premier élément d’obturation) qui est mobile par pivotement autour d’un axe C entre deux positions extrêmes, à savoir la position ouverte ( ) et la position fermée ( ). Lorsque le volet 36 est en position ouverte ( ), l’air comprimé A traverse seulement le premier conduit de dérivation 22, et autrement dit l’air comprimé A ne traverse pas le premier circuit 11 du secteur 10. Lorsque le volet 36 est en positon fermée ( ), l’air comprimé A traverse seulement le premier circuit 11 du secteur 10, et autrement dit l’air comprimé A ne traverse pas le premier conduit de dérivation 22. Le volet 36 peut bien évidemment occuper une position intermédiaire ( ) dans laquelle le volet 36 se trouve entre ses deux positions extrêmes d’ouverture et de fermeture. Ainsi, lorsque le volet 36 est dans une position intermédiaire ( ), une partie de l’air comprimé A traverse le premier circuit 11 du secteur 10 et une autre partie de l’air comprimé A traverse le premier conduit de dérivation 22. Les volets 36 des différents premiers conduits de dérivation 22 sont ici pilotés de manière à être réglés de façon identique, et autrement dit les volets 36 se trouvent tous dans une même position à un instant donné.
Avantageusement, tel qu’illustré sur la , le nombre de seconds conduits de dérivation 23 est égal au nombre de secteurs 10 de l’échangeur de chaleur 9, chacun des seconds conduits de dérivation 23 étant disposé circonférentiellement entre deux secteurs 10 successifs.
Avantageusement, au moins l’un des seconds conduits de dérivation 23 comprend un second élément d’obturation 37 qui est mobile entre une position ouverte dans laquelle le second élément d’obturation 37 autorise les gaz d’échappement G sortant de la turbine de puissance 7 à traverser le second conduit de dérivation 23, et une position fermée dans laquelle le second élément d’obturation 37 empêche les gaz d’échappement G sortant de la turbine de puissance 7 de traverser le second conduit de dérivation 23.
Chaque second conduit de dérivation 23 peut bien évidemment comprendre un second élément d’obturation 37.
Les seconds éléments d’obturation 37 peuvent être actionnés indépendamment les uns des autres ou de façon commune.
Les seconds éléments d’obturation 37 peuvent être réglés de façon identique ou de façon distincte.
De manière essentielle selon l’invention, la suspension S est préparée en présence d’une dispersion aqueuse D qui comprend le polymère α-sulfoné P. De manière préférée selon l’invention, le polymère P est choisi parmi un polymère P1 α-ω-disulfoné, un polymère P2 α-monosulfoné et leurs combinaisons.
Selon l’invention, le polymère P est préparé au moyen du monomère A. De préférence, le monomère A est choisi parmi l’acide acrylique, un sel d’acide acrylique et leurs combinaisons. Avantageusement, le monomère A peut être combiné à au moins un autre monomère choisi parmi acétate de vinyle, acrylate de méthyle, acrylate d’éthyle, hydroxyéthylméthacrylate, hydroxyéthylacrylate, hydroxypropylméthacrylate, hydroxypropylacrylate, acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (AMPS), acide maléique, anhydride maléique, acide itaconique et leurs combinaisons. Plus avantageusement, le monomère A est choisi parmi l’acide acrylique, un sel d’acide et leurs combinaisons, combiné à au moins un autre monomère choisi parmi acétate de vinyle, acrylate de méthyle, acrylate d’éthyle, hydroxyéthylméthacrylate, hydroxyéthylacrylate, hydroxypropylméthacrylate, hydroxypropylacrylate, acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (AMPS), acide maléique, anhydride maléique, acide itaconique et leurs combinaisons.
De manière essentielle selon l’invention, le polymère P est préparé en présence d’au moins un composé T comprenant du soufre IV. De manière préférée, le composé T est choisi parmi hydrogénosulfite de lithium, hydrogénosulfite de sodium, hydrogénosulfite de potassium, hydrogénosulfite d’ammonium, di(hydrogénosulfite) de calcium, di(hydrogénosulfite) de magnésium et leurs combinaisons. Préférentiellement selon l’invention, le composé T est un mono-hydrogénosulfite. L’hydrogénosulfite de sodium ou bisulfite de sodium est tout particulièrement préféré.
De manière avantageuse, le polymère P peut être partiellement non-neutralisé, de préférence non-neutralisé de 2% molaire à 35% molaire, plus préférentiellement de 5% molaire à 30% molaire, par rapport au nombre de groupements carboxyliques. De manière essentielle selon l’invention, le polymère P est partiellement ou totalement neutralisé au moyen d’une combinaison d’au moins un ion monovalent et d’au moins un ion divalent. Selon l’invention, les groupements carboxyliques du polymère P peuvent être partiellement neutralisés à un taux de 70 à 97 % molaire, de préférence à un taux de 90 à 95 % molaire. De préférence, le polymère P est partiellement neutralisé.
Selon l’invention, la neutralisation totale ou partielle du polymère P peut être réalisée en des proportions molaires relatives variables des ions monovalent et divalent. De manière préférée selon l’invention les proportions molaires ion monovalent/ion divalent sont comprises entre 90/10 et 10/90 ou entre 80/20 et 20/80, de préférence entre 80/20 et 60/40, par exemple 70/30, 60/40 ou 50/50.
De manière préférée selon l’invention, l’ion monovalent est choisi parmi K + , Na + , Li + , NH 4 + et leurs combinaisons. L’ion particulièrement préféré est Na + . Selon l’invention, le polymère P peut être neutralisé au moyen d’au moins un composé choisi parmi NaOH, KOH, LiOH et dérivés ammonium. De manière également préférée selon l’invention, l’ion divalent est choisi parmi Ca 2+ , Mg 2+ et leurs combinaisons. L’ion particulièrement préféré est Ca 2 + . Selon l’invention, le polymère P peut être neutralisé au moyen d’au moins un composé choisi parmi CaO, Ca(OH) 2 , MgO, Mg(OH) 2 et leurs combinaisons.
De préférence, le polymère P peut être totalement ou partiellement neutralisé au moyen d’une combinaison de Na + et de Ca 2+ .