FR2494835A1 - Dispositif de mesure de l'angle de calage et du devrillage des aubes de turbomachines - Google Patents

Abstract

LE DISPOSITIF COMPREND DEUX CAPTEURS CAPACITIFS SANS CONTACT 12, 13 PORTES PAR LE CARTER 11 ET PLACES EN DES POINTS BALAYES PAR LE BORD D'ATTAQUE ET LE BORD DE FUITE DES AUBES 10 ET UN CIRCUIT DE MESURE RELIE AUX CAPTEURS ET FOURNISSANT UNE INDICATION DE L'INTERVALLE DE TEMPS T QUI SEPARE LES DETECTIONS D'UNE MEME AUBE PAR LES DEUX CAPTEURS.

Description

Dispositif de mesure de l'anale de calage et du dévrillaqe des aubes de turbomachines
L'invention a pour objet un dispositif de mesure de l'angle de calage de la coupe de tête d'aubes d'un rotor de turbomachine tournant dans un carter fixe (l'angle de calage étant l'angle d'une direction de référence du plan de la coupe de l'aube par rapport à la direction azimutale, par exemple l'angle de la droite issue du bord de fuite de l'aube et la tangente a l'intrados dans la région du bord d'attaque avec ladite direction azimutale.Elle trouve une application particulièrement importante dans la mesure du dévrillage des aubes, c'est-à-dire de la variation de calage provoquée par les contraintes qui apparaissent lors du fonctionnement dans les aubes, surtout dans les aubes longues de certains étages (par exemple soufflantes, premiers étages basse pression de compresseurs de turbo rédacteurs, derniers étages de turbines à vapeur, etc.).

A l'heure actuelle, ces dévrillages, qui peuvent atteindre plusieurs degrés, sont généralement estimés au bureau d'études par le calcul à partir des efforts aérodynamiques et mécaniques auxquels sont soumises les aubes. On a également proposé l'emploi de procédés optiques de mesure. Mais ces procédés exigent un état de propreté des pièces et une accessibilité qui sont souyent incompatibles avec les impératifs de travail réels.

L'invention vise à fournir un dispositif de mesure robuste, facile à mettre en place et permettant de mesurer le dévrillage avec une précision satisfaisante dans des conditions de travail qui peuvent être très sévères.

Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif de mesure comprenant au moins deux capteurs capacitifs portés par le carter et placés en des points balayés respectivement par la partie avant et la partie arrière des aubes (c'est-à-dire les parties placées à
proximité du bord d'attaque et du bord de fuite) et un
circuit de mesure relié aux capteurs et fournissant une
indication de l'intervalle de temps qui sépare les dé
tections d'une même aube par les deux capteurs.

Lorsque les aubes sont réparties à intervalles
angulaires suffisants, on aura intéret à placer les deux
capteurs suivant une meme génératrice du carter. Ces
capteurs peuvent également etre utilisés pour mesurer le
jeu en bout d'aube et/ou pour détecter des erreurs de
calage d'aube. Ils peuvent enfin hêtre réqlables dans le
sens radial de façon à fournir des signaux de même
amplitude. D'une manière générale, on choisira des cap
teurs dont le diamètre est sensiblement égal à l'épais
seur des arbres au droit des capteurs pour obtenir un
signal de sortie optimal.

On voit que le dispositif permet, notamment sur une machine
expérimentale ou un prototype, de mesurer le dévrillage qui intervient dans diverses conditions de travail. Le calcul montre que
l'on peut atteindre une précision de mesure de dévrillage qui est élevée en faisant appel à des systèmes de chronométrie classiques, dont la résolution et la précision sont largement inférieures à la micro-seconde.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip tion qui suit d'un dispositif qui en constitue un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère au dessin qui 1 'accompagne, dans lequel
- la figure 1 est un schéma de principe du dispositif montrant les capteurs en coupe suivant un plan méridien et le synop tique de 1 'électronique associée
- la figure 2 est un schéma développé montrant la disposition d'une aube par rapport aux capteurs à un instant donné
- la figure 3 est une variante d'exécution de l'invention.

Le dispositif schématisé en figures 1 et 2 est destiné à mesurer le dévrillage des aubes 10 d'un compresseur axial tournant dans un carter Il. Le carter 11 porte deux capteurs capacitifs 12 et 13 fixés au carter dans des zones respectivement balayées par les parties avant et arrière des aubes 10 (à proxi mité des bords d'attaque et de fuite). Ces capteurs capacitifs peuvent être de tyne classique, déjà utilisé notamment pour mesurer le jeu entre les aubes de la roue et le carter.

Chacun des capteurs 12 et 13 comporte un élément détecteur central tel que 14 monté dans un boitier 15 par 1' intermédiaire d'un isolant qui peut être une céramique dans le Qs de aaz chauds. Le boitier est fixé dans des trous du carter prévus à cet effet. Des cales peuvent etre interposées entre le boitier et le carter de façon à régler l'écartement entre le détecteur 14 et l'aube, afin que le signal de sortie des deux capteurs ait sensiblement la même amplitude.

Chacun des capteurs est relié, par l'intermédiaire d'un coaxial 16, à une chaine comportant un convertisseur fréquence-tension 17 et un amplificateur de sortie 18.

Les deux chaines attaquent un circuit de mesure proprement dit 19 qui peut comporter un organe de visualisation 20 tel qu un oscillographe et un circuit de calcul 21, dont un exemple sera décrit plus loin.

Dans le mode de réalisation illustré en figures 1 et 2, les capteurs sont placés dans un même plan méridien. Cette solution a l'avantage de la simplicité et elle sera généralement utilisée lorsque les aubes ont un écartement tel que les capteurs ne puissent voir simultanément deux aubes, ce qui est le cas montré en figure 2.

Chaque variation de capacité due au passage d'une aube au droit d'un capteur se traduit par une variation rapide et importante de la tension fournie par ces capteurs. Les deux capteurs 12 et 13 fourniront ainsi deux impulsions de tension séparées par un intervalle de temps t. Si l'on connait la vitesse périphérique des aubes wR ( étant la vitesse angulaire et R le rayon), la distance d entre les zones d'une même aube balayées par les capteurs 12 et 13 est donne par la formule
d = wRt (1)
A partir de la distance d mesurée et de la distance axiale -entre les capteurs, on peut calculer l'angle a (figure 2) et en déduire, par une loi qui dépend de l'emplacement des capteurs, l'angle de calage ygde l'aube.

Si l'on effectue deux mesures successives de t, l'une, t0, à faible vitesse (alors qu'il n'y a pas de dévrillage) et l'autre, t1, à la vitesse élevée où l'on veut déterminer le dévrillage, on peut en déduire les angles correspondant a0 et a1 ainsi que l'angle da = a0 - a1. Comme le montre la figure 2, où la forme de l'aube qui a subi un dévrillage est schématisée en tirets, l'angle a n'est pas absolument égal au dévrillage dy, mais ce dernier peut s'en déduire par une méthode graphique simple.

La visualisation de la mesure des intervalles de temps t peut s'effectuer de façon très simple en appliquant les signaux provenant des capteurs 12 et 13 à un oscillographe dont le retour à zéro et la reprise de balayage sont commandés soit en réponse au passage de chaque aube devant le capteur 14 (ce qui permet de suivre toutes les aubes et, éventuellement, de vérifier leur calage d'origine), soit en réponse à un top de synchronisation émis à chaque tour de rotor, ce qui permet d'observer toujours la même aube 10.

Le circuit de calcul 21 peut etre prévu pour fournir directement la valeur du dévrillage sur un afficheur 22. Le circuit peut alors comporter un compteur 23 qui reçoit les impulsions d'une horloge 25 pendant l'intervalle compris entre les signaux provenant des capteurs et fournit, sur sa sortie, un nombre représentatif de l'intervalle de temps t. Ce nombre est appliqué à un calculateur 24, muni d'une mémoire permettant de conserver la valeur t0 et d'une entrée de programmation recevant un signal représentatif de t 0P,par exemple à partir d'un capteur numérique. Le calculateur peut être de type courant : il n'a en effet à effectuer que des opérations simples. Tout d'abord, à partir de t1 et de 1R, il déterminé d1.Par comparaison entre dl et do gardée en mémoire, il détermine aa. A partir de a a et d'une courbe de calibrage également mémorisée, il détermine ay. Une variante de l'invention, illustrée en figure 3, prévoit de conformer l'extrémité de l'élément détecteur central des capteurs capacitifs 12 et 13 selon le profil de la section d'extrémité des aubes de façon à obtenir un signal de sortie de niveau plus élevé.

Les essais effectués ont montré que les écarts entre la valeur du calage déterminée par le procédé défini ci-dessus et la valeur réelle ne dépassent pas 1 à 2 X.

Par ailleurs, on peut remarquer que l'utilisation de capteurs pour mesurer le dévrillage assure une précision largement suffisante, notamment pour les machines transsoniques ou supersoniques où leur emploi est particulièrement avantageux. Un exemple le montre pour une soufflante de vitesse périphérique égale à 500 m par seconde ayant des aubes dont la corde en tête est de 200 mm, un dévrillage de 10 se traduit par une différence en temps de l'ordre de 3 microsecondes, ce qui est mesurable avec une très bonne précision à l'aide d'une sélectronique courante.

L'invention ne se limite évidemment pas au mode particulier de réalisation qui a été représenté et décrit à titre d'exemple mais s'étend à toutes les variantes. En particulier, le circuit de mesure du dispositif peut etre complété par des moyens recevant également les signaux de sortie des capteurs et permettant de déterminer le jeu en bout d'aube.

Claims (5)

Revendications

1. Dispositif de mesure de l'angle de calage en tête d'aubes d'un rotor de turbomachine tournant dans un carter fixe, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux capteurs capacitifs sans contact (12,13) portés par le carter et placés en des points balayés respectivement par la partie avant et la partie arrière des aubes et un circuit de mesure (21) relié aux capteurs et fournissant une indication de l'intervalle de temps qui sépare les détections d'une même aube par les deux capteurs.

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs sont disposés dans un même plan méridien.

3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les capteurs sont également associés à un circuit permettant de mesurer le jeu entre carter et aubes.

4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les capteurs sont réglables dans le sens radial de façon à fournir des signaux ayant sensiblement la meme amplitude.

5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de mesure comprend également un calculateur (24) prévu pour déterminer, à partir dudit intervalle de temps et d'indications représentatives de la vitesse périphérique des aubes, la valeur du dévrillage.