FR3125845A1 - Procédé de détermination du fluage d’aubes - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un aubage instrumenté, par exemple une aube de turbine, comprenant une pale instrumentée (312) s’étendant entre une plateforme radialement interne (304) et une plateforme radialement externe (306), ledit aubage instrumenté comprenant une tige (314) s’étendant entre la plateforme interne et la plateforme externe et réalisée dans un matériau présentant une résistance au fluage supérieure à la résistance au fluage du matériau de ladite aube, la tige étant agencée dans le prolongement amont, ou aval, du bord d’attaque (308), respectivement du bord de fuite (310) de ladite pale instrumentée. Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 4]

Description

Procédé de détermination du fluage d’aubes
Domaine technique de l’invention
Le présent document concerne un procédé de détermination du fluage d’aubes et un aubage instrumenté pour déterminer le fluage d’aubes de turbine.
Etat de la technique antérieure
On connait une turbomachine comprenant une turbine 10 telle que représentée sur la . La turbine 10 peut être une turbine basse pression agencée en aval d’une chambre de combustion de la turbomachine et configurée pour entrainer un arbre de soufflante de la turbomachine en détendant les gaz en sortie de la chambre de combustion. La turbine 10 comprend une pluralité d’aubes de stator 24 reliées à un carter 20 fixe et une pluralité d’aubes mobiles 26 reliées à un disque rotor 12 rotatif autour d’un axe longitudinal de rotation A-A. Le disque rotor 12 peut être configuré pour entrainer l’arbre de soufflante. Une aube mobile 100 est représentée sur la et une partie d’une rangée annulaire d’aubes de stator 200 est représentée sur la . L’aube 100 comprend une pale 102 s’étendant entre un talon 104 et un pied 106. Le talon 104 est prévu pour être agencé radialement vers l’extérieur par rapport à l’axe longitudinal. Le talon 104 présente des léchettes 108 configurées pour coopérer avec des garnitures abradables de la rangée de stator 200 en regard de l’aube mobile 100 pour assurer l’étanchéité dans la turbine 10. Le pied 106 est prévu pour être agencé radialement vers l’intérieur et présente un bulbe configuré pour s’insérer dans un logement correspondant dans le disque rotor 12 de la turbine. La rangée de stator 200 comprend une pluralité de pales 202 s’étendant entre une plateforme radialement interne 204 et une plateforme radialement externe 206 par rapport à l’axe longitudinal. Les pales 102 et 202 subissent de fortes contraintes en partie dues aux températures auxquelles elles sont soumises, au-delà de 800°C en fonctionnement de la turbine 10. Dès lors, les pales peuvent présenter du fluage voire une rupture à tout moment du fonctionnement de la turbine. Il est important pour assurer la sécurité de surveiller le fluage des pales.
On connait les modèles numériques de simulation du fluage des pales qui permettent de déterminer théoriquement une durée de vie des pales. Cependant, l’estimation de la durée de vie ne correspond pas à la durée de vie réelle des pales, et par extension de la turbine, en raison des conservatismes intégrés dans l’approche par calcul. Pour remédier à cela, des endoscopies peuvent être réalisées lors d’essais pour vérifier qu’il n’y a pas d’apparition de criques initiées par le fluage dans les aubes. Néanmoins, cela ne permet pas de prédire l’apparition du fluage, notamment le fluage tertiaire, annonciateur de la rupture de la pale. Le fluage tertiaire correspond à une rupture inter-granulaire par décohésion des joints de grains qui va entrainer la striction et l’apparition de porosités dans le matériau. Ce stade est très court et il n’existe pas aujourd’hui de moyens simples et précis permettant de savoir si la pale est proche d’atteindre ce stade.
Le présent document vise à remédier à ces inconvénients.
Pour cela, le présent document propose un aubage instrumenté, par exemple une aube de turbine, comprenant une pale instrumentée s’étendant entre une plateforme radialement interne et une plateforme radialement externe, ladite aube instrumentée comprenant une tige s’étendant entre la plateforme interne et la plateforme externe et réalisée dans un matériau présentant une résistance au fluage supérieure à la résistance au fluage du matériau de ladite aube, la tige étant agencée dans le prolongement amont, ou aval, du bord d’attaque, respectivement du bord de fuite de ladite pale instrumentée.
Le matériau de la tige présente une résistance au fluage supérieure à la résistance au fluage de l’aube à la température usuelle de fonctionnement de la turbine comprenant l’aubage instrumenté, qui est de l’ordre 1000°C. Ainsi, la tige ne se déforme pas lorsque la pale se déforme en fonctionnement de la turbine. La tige forme ainsi une référence de mesure robuste dans le temps par rapport à la pale et permet de distinguer le fluage de la pale de façon simple par inspection par endoscopie de la turbine. En effet, il est possible de mesurer le fluage en visualisant l’aubage instrumenté et en comparant la tige avec la pale instrumentée par exemple en mesurant la distance entre un point de la tige et une des plateformes.
Le bord d’attaque, et respectivement le bord de fuite, de la pale peuvent être déterminés par rapport à une direction d’un flux d’air traversant la pale, le bord d’attaque étant traversé en premier par le flux d’air.
La direction radiale correspond à la direction selon laquelle s’étend la pale lorsque celle-ci est montée sur un disque de rotor, relativement à l’axe longitudinal de rotation dudit rotor.
La tige peut être réalisée dans un matériau qui résiste au fluage pour des températures supérieures à la température à laquelle peut être soumise l’aubage instrumenté. Par exemple, la tige peut être réalisée dans un matériau qui résiste au fluage à une température de 1200°C.
La tige peut être réalisée en céramique.
Le fluage correspond à la déformation dans le temps d’un matériau soumis à une contrainte constante et une température donnée et peut aboutir à la rupture.
La tige peut comprendre un premier couple d’indicateurs agencé du côté d’une première extrémité de la tige et un second couple d’indicateurs agencé du côté d’une seconde extrémité de la tige opposée à la première extrémité.
Chaque indicateur peut être une demi-sphère en céramique, collée ou soudée à la tige.
La tige peut être agencée parallèlement au bord de fuite ou au bord d’attaque de la pale.
La pale instrumentée peut être une pale d’aube mobile montée sur un disque rotor de la turbine, la plateforme radialement interne étant formée par un pied de l’aube et la plateforme radialement externe étant formée par un talon de l’aube.
La pale instrumentée peut être une pale de stator.
Le présent document propose aussi un procédé de contrôle non destructif d’aubages montés dans une turbine d’axe longitudinal dans une turbomachine, les aubages comprenant un aubage instrumenté telle que précité, le procédé comprenant :
monter un endoscope dans la turbomachine de sorte à ce que l’extrémité distale de l’endoscope soit agencée en vis-à-vis longitudinal de la tige,
capturer au moins une image comportant au moins une partie de la tige et au moins une partie de la pale instrumentée,
déterminer une déformée de la pale instrumentée à partir de ladite au moins une image.
Le procédé permet de suivre la déformation de la pale de façon simple et précise. Notamment, le procédé permet de déterminer le fluage des aubes dans un environnement encombré sans nécessiter un recul de l’endoscope pour capter toute la pale ou un endoscope avec une profondeur du champ visuel étendue ce qui induit des distorsions d’images. De plus, le procédé permet de suivre le fluage d’aubes sans démonter la turbine.
L’endoscope peut être installé à demeure dans la turbine, ce qui permet un suivi en temps réel du fluage des aubes de la turbine.
La tige peut s’étendre suivant une direction radiale perpendiculaire à l’axe longitudinal.
La tige peut être agencée en aval du bord de fuite ou en amont du bord d’attaque par rapport à une direction de circulation du flux d’air dans la turbine.
En particulier, la tige peut être agencée entre le bord d’attaque, ou le bord de fuite, et l’endoscope.
La tige peut être agencée à une distance du bord d’attaque ou du bord de fuite de sorte qu’au moins une partie de la tige et au moins une partie de la pale instrumentée peut être captée par l’endoscope.
L’image peut comprendre la plateforme radialement externe et/ou la plateforme radialement interne, et la totalité de la tige, ce qui permet de [préciser].
Le matériau de la tige peut présenter une résistance au fluage telle que la tige est indéformable aux températures de déformation de la pale en fonctionnement.
Le matériau de la tige peut présenter une résistance au fluage telle que la tige est indéformable à une température d’environ 1200°C.
La tige peut être en céramique.
La pale instrumentée peut être une aube déterminée comme celle étant la plus critique au fluage par un calcul numérique, par exemple par une modélisation d’éléments finis.
La déformée peut être déterminée en mesurant la distance entre un point de mesure de la tige et une des plateformes interne et externe portant la pale instrumentée.
La tige peut comporter au moins un indicateur formant le point de mesure et qui réalisé dans le même matériau que la tige. Un tel indicateur peut se présenter sous la forme d’une demi-sphère par exemple en céramique.
La tige peut comprendre un premier couple d’indicateurs agencé du côté de la plateforme radialement interne et un second couple d’indicateurs agencé du côté de la plateforme radialement externe.
La distance entre les indicateurs de chacun du premier couple d’indicateurs et du second couple d’indicateurs peut être configurée pour permettre la visualisation par endoscopie et peut être inférieure ou égale à 1 cm.
L’étape de détermination de la déformée peut comprendre :
- mesurer une distance inter indicateurs entre chaque couple d’indicateurs,
- mesurer une première distance entre un des indicateurs du premier couple et un premier point de mesure de la pale instrumentée,
- mesurer une seconde distance entre un des indicateurs du second couple et un second point de mesure de la pale instrumentée, et
- déterminer la déformée de la pale instrumentée en fonction des distances inter-indicateurs , de la première distance et de la seconde distance.
Le second point de mesure peut être l’extrémité de la pale de la pale instrumentée reliée à la plateforme radialement externe et le premier point de mesure peut être l’extrémité de la pale de la pale instrumentée reliée à la plateforme radialement interne.
Le procédé peut comprendre en outre la mesure d’une première distance de référence, respectivement une seconde distance de référence, entre l’un des indicateurs du premier couple, respectivement du second couple, et le premier point de mesure, respectivement le second point de mesure, de la pale instrumentée, préalablement à la déformation de la pale instrumentée. La mesure de la première distance de référence et de la seconde distance de référence peut être réalisée une seule fois au début du procédé.
La déformée de la pale instrumentée peut être déterminée par la formule suivante :
avec et les distances inter indicateurs, la première distance et la seconde distance, L la longueur de la tige, la première distance de référence, la seconde distance de référence.
Chacun du premier point de mesure et du second point de mesure peut être formé par un indicateur fixé sur la pale instrumentée. Un tel indicateur peut se présenter sous la forme d’une demi-sphère, par exemple en céramique.
La tige peut être fixée à la plateforme interne et/ou à la plateforme externe par soudage ou collage ou toute autre moyen d’assemblage approprié.
Chaque indicateur peut se présenter sous la forme d’une demi-sphère et présenter une couleur distincte de la couleur de la pale et/ou des plateformes interne et externe et/ou de la tige.
La turbine peut être une turbine basse pression.
Le présent document concerne en outre un dispositif comportant un circuit de traitement pour la mise en œuvre du procédé tel que précité.
Le présent document concerne en outre un programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé tel que précité, lorsque lesdites instructions sont exécutées par un processeur d’un circuit de traitement.
Le présent document propose encore un ensemble de détermination du fluage d’aubes de turbine dans une turbomachine d’axe longitudinal, l’ensemble comprenant :
  • l’aube instrumentée telle que précitée,
  • un endoscope inséré dans la turbine et dont l’extrémité distale est agencée en vis-à-vis longitudinal de la tige instrumentée de sorte à visualiser au moins une partie de la tige et au moins une partie de la pale instrumentée,
  • la tige étant agencée entre l’extrémité distale de l’endoscope et la pale suivant l’axe longitudinal, et
  • des moyens de traitement configurés pour déterminer une déformée de la pale instrumentée à partir des mesures dudit endoscope.
Brève description des figures
déjà décrite, représente schématiquement une vue partielle d’une turbine d’une turbomachine,
déjà décrite, représente schématiquement une aube mobile de la turbine de la .
déjà décrite, représente schématiquement une vue partielle d’une rangée de stator de la turbine de la .
représente schématiquement une vue partielle d’un stator équipé d’un premier exemple d’une pale instrumentée.
représente schématiquement une vue partielle d’un stator équipé d’un second exemple d’une pale instrumentée.
représente schématiquement une pale instrumentée du stator de la .
représente schématiquement une turbine comprenant le stator de la ou de la .
représente un schéma bloc d’un exemple du procédé du présent document.
représente un bloc-diagramme schématique d’un circuit de traitement pour la mise en œuvre d’un exemple du procédé selon le présent exposé.

Claims (10)

  1. Aubage instrumenté , par exemple une aube de turbine, comprenant une pale instrumentée (312) s’étendant entre une plateforme radialement interne (304) et une plateforme radialement externe (306), ledit aubage instrumenté comprenant une tige (314,316) s’étendant entre la plateforme interne et la plateforme externe et réalisée dans un matériau présentant une résistance au fluage supérieure à la résistance au fluage du matériau dudit aubage, la tige étant agencée dans le prolongement amont, ou aval, du bord d’attaque (308), respectivement du bord de fuite (310) de ladite pale instrumentée.
  2. Aubage selon la revendication précédente, dans lequel la tige (314,316) est en céramique.
  3. Aubage selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la tige (316) comprend un premier couple d’indicateurs (318) agencé du côté d’une première extrémité de la tige et un second couple d’indicateurs (320) agencé du côté d’une seconde extrémité de la tige opposée à la première extrémité.
  4. Aubage selon la revendication précédente, dans laquelle chaque indicateur est une demi-sphère réalisée dans le même matériau que celui de la tige.
  5. Procédé (400) de contrôle non destructif d’aubages montées dans une turbine (500) d’axe longitudinal dans une turbomachine, les aubages comprenant un aubage instrumenté (312) selon l’une des revendications précédentes, le procédé comprenant :
    monter (402) un endoscope (506) dans la turbomachine de sorte à ce que l’extrémité distale (508) de l’endoscope soit agencée en vis-à-vis longitudinal de la tige (314,316) de l’aubage instrumenté,
    capturer (404) au moins une image comportant au moins une partie de la tige et au moins une partie de la pale instrumentée,
    déterminer (406) une déformée de la pale instrumentée à partir de ladite au moins une image.
  6. Procédé (400) selon la revendication précédente, dans lequel le matériau de la tige présente une résistance au fluage telle que la tige est indéformable aux températures de déformation de la pale instrumentée en fonctionnement de la turbine (500).
  7. Procédé (400) selon l’une des revendications 5 ou 6, dans lequel la déformée est déterminée en mesurant la distance entre un point de mesure de la tige et une des plateformes (304,306) portant la pale instrumentée (312).
  8. Procédé (400) selon l’une des revendications 5 à 7, dans lequel la tige (316) est selon la revendication 3 et la seconde extrémité de la tige est du côté de la plateforme radialement externe et la première extrémité de la tige est du côté de la plateforme radialement interne, par rapport à l’axe longitudinal, l’étape de détermination de la déformée comprenant :
    mesurer une distance inter indicateurs entre chaque couple d’indicateurs,
    mesurer une première distance entre un des indicateurs du premier couple et un premier point de mesure de la pale instrumentée,
    mesurer une seconde distance entre un des indicateurs du second couple et un second point de mesure de la pale instrumentée, et
    déterminer la déformée de la pale instrumentée en fonction des distances inter indicateurs , de la première distance et de la seconde distance.
  9. Procédé (400) selon la revendication précédente, dans lequel le second point de mesure est l’extrémité de la pale instrumentée reliée à la plateforme radialement externe (306) et le premier point de mesure est l’extrémité de la pale instrumentée reliée à la plateforme radialement interne (304), le procédé comprenant en outre
    la mesure d’une première distance de référence, respectivement une seconde distance de référence, entre l’un des indicateurs du premier couple, respectivement du second couple, et le premier point de mesure, respectivement le second point de mesure, de l’aubage instrumenté, préalablement à la déformation de l’aubage instrumenté,
    la déformée de la pale instrumentée étant déterminée par la formule suivante :

    avec et les distances inter indicateurs, la première distance et la seconde distance, L la longueur de la tige, la première distance de référence, la seconde distance de référence.
  10. Ensemble de détermination du fluage d’aubes de turbine (500) dans une turbomachine d’axe longitudinal, l’ensemble comprenant l’aubage instrumenté (312) selon l’une des revendications 1 à 4,
    un endoscope (506) inséré dans la turbine (500) et dont l’extrémité distale (508) est agencée en vis-à-vis longitudinal de la tige (314,316) de l’aubage instrumenté de sorte à visualiser au moins une partie de la tige et au moins une partie de la pale instrumenté (312),
    la tige étant agencée entre l’extrémité distale de l’endoscope (506) et la pale instrumentée (312) suivant l’axe longitudinal, et
    des moyens de traitement configurés pour déterminer une déformée de la pale instrumenté à partir des mesures dudit endoscope (506).
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