FR2584496A1

FR2584496A1 - Procede et appareil de detection de fissures axiales dans des rotors de machines tournantes.

Info

Publication number: FR2584496A1
Application number: FR8609427A
Authority: FR
Inventors: Imdad Imam; Horst Gunther Delorenzi
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1985-07-08
Filing date: 1986-06-30
Publication date: 1987-01-09
Anticipated expiration: 2006-06-30
Also published as: US4751657A; JPS6242030A; IT8621054A1; GB2177509B; GB8613548D0; IT1196471B; FR2584496B1; GB2177509A; IT8621054A0; NL8601727A

Abstract

DES FISSURES AXIALES DANS UN ENSEMBLE ROTOR20 D'UNE MACHINE TOURNANTE SONT DETECTEES TANDIS QUE LE ROTOR EST EN ROTATION EN DETECTANT LES VIBRATIONS MECANIQUES DU ROTOR. UN SIGNAL DE VIBRATION DE FOND REPRESENTANT LA REPONSE VIBRATIONNELLE A UN INSTANT ANTERIEUR EST FOURNI, AINSI QU'UN SIGNAL DE VIBRATION DE SURVEILLANCE REPRESENTANT LA REPONSE VIBRATIONNELLE INSTANTANEE. UN SIGNAL DE DIFFERENCE DE PREMIER HARMONIQUE DEPENDANT DE LA VITESSE EST OBTENU PAR SOUSTRACTION VECTORIELLE DANS UN ANALYSEUR44. LA RELATION ENTRE L'AMPLITUDE DU SIGNAL DE DIFFERENCE ET LA VITESSE DE ROTATION DU ROTOR EST ALORS DETERMINEE POUR DES VITESSES DE ROTATION DISTINCTES DE LA VITESSE A LAQUELLE PREND PLACE LA RESONNANCE VIBRATIONNELLE, UNE RELATION SELON LAQUELLE LE SIGNAL DE DIFFERENCE EST PROPORTIONNEL A LA QUATRIEME PUISSANCE DE LA VITESSE DE ROTATION ETANT INDICATIVE DE LA PRESENCE D'UNE FISSURE AXIALE DANS L'ENSEMBLE ROTOR.

Description

PROCEDE ET APPAREIL DE DETECTION DE FISSURES AXIALES

DANS DES ROTORS DE MACHINES TOURNANTES

La présente invention concerne la détection de fissures axiales dans les parties tournantes d'une machine. Plus particulièrement, elle concerne un procédé pour détecter de telles

fissures tandis que le rotor est en fonctionnement.

L'ensemble rotor utilisé dans de nombreuses applications de machines tournantes est fréquemment soumis à des contraintes mécaniques et thermiques relativement sévères dues à divers états de fonctionnement tout à fait classiques. Alors que les rotors

utilisés dans ces applications sont généralement conçus pour sup-

porter de telles contraintes, des fissures peuvent se crier dans le rotor dans certains cas. Dans la plupart des applications, un rotor fissuré doit être remplacé ou réparé pour protéger

l'équipement d'autres dommages et assurer le maintien d'un fonc-

tionnement efficace de la machine. En outre, dans certaines appli-

cations, un rotor fissuré pose des problèmes de sécurité pour le personnel faisant fonctionner l'équipement. Pour des machines tournant à très haute vitesse telles que des moteurs d'avion, par

exemple, un rotor fissuré peut conduire à des pannes catastrophi-

ques. Toutefois, le développement et la croissance d'une fissure dans le rotor d'une telle machine tournante n'est pas prévisible du tout. Dans certains cas extrêmes, des fissures non détectées dans le rotor sont devenues suffisamment importantes pour amener le rotor à éclater dans un mode de rupture. Pour des applications aussi critiques que des moteurs d'avion, le rotor doit être inspecté de façon relativement fréquente pour empêcher une panne catastrophique. L'inspection des composants de disques rotor d'un moteur d'avion en utilisant des techniques couramment utilisées nécessite de démonter et de remonter le moteur chaque fois que l'on inspecte le rotor. Une telle procédure est de façon évidente coûteuse et prend du temps. En outre, alors que ces inspections périodiques fournissent une indication de l'état de l'ensemble rotor au moment o l'inspection est réalisée, il existe toujours le risque qu'une fissure commence à se développer et à

croître entre des inspections.

Plusieurs techniques non destructrices sont connues dans le technique pour détecter la présence et la croissance d'une fissure de rotor. Ces techniques comprennent des procédés d'inspection de surface tels qu'un test de particules magnétiques, un test de courant de Foucault et des techniques de pénétration de colorant, et comprennent également des procédés volumétriques tels que des tests aux ultrasons. Toutefois, aucune de ces techniques ne peut Atre utilisée pour inspecter le rotor tandis qu'il fonctionne. Une analyse de signature de vibration peut également être utilisée pour détecter des fissures de rotor et a permis dans

une certaine mesure d'éviter d'amener le rotor à un arrêt complet.

Toutefois, jusqu'à tout récemment, cette technique a été utilisée seulement quand le rotor était décéléré à une vitesse proche d'une

vitesse de rotation nulle.

Le brevet américain 4 380 172 décrit et revendique un procédé d'analyse de signaux de vibration en fonctionnement pour la détection de fissures qui élimine le besoin de décélérer la machine tournante. Dans le procédé décrit dans ce brevet, le rotor est testé tandis qu'il fonctionne dans des conditions de vitesse et de charge normales, en perturbant de façon transitoire le rotor de sorte que toute fissure présente se manifeste par la production d'un mode de réponse vibrationnel nouveau et différent. Le brevet américain 4 408 294 décrit et revendique également un procédé de détection de fissures de rotor utilisant une analyse de signature de vibration. Dans le procédé décrit dans ce brevet, l'analyse de signature de vibration est réalisée sur un ensemble de signaux de différence obtenus en utilisant des techniques d'histogramme,

alors que le rotor fonctionne dans des conditions normales.

Les procédés décrits dans les deux brevets ci-dessus référencés utilisent un changement de la raideur en courbure du moteur tandis que le moteur tourne pour détecter la présence d'une fissure. Pour des fissures "transverses", c'est-à-dire des

fissures qui sont contenues dans un plan sensiblement perpen-

diculaire à l'axe central du rotor, l'apparition et la croissance de fissures produit un changement mesurable dans la raideur de courbure du rotor. Le changement de raideur peut être détecté par

les techniques de signature vibrationnelle décrites dans les bre-

vets ci-dessus référencés, et peut être utilisé pour indiquer la présence et la dimension d'une fissure dans le rotor. Toutefois, pour certains types de machines tournantes, telles que des moteurs d'avion et analogues, la plupart des fissures du rotor sont des fissures "axiales". Comme on l'entend ici, une fissure "axiale" est une fissure qui est contenue dans un plan qui est sensiblement parallèle à l'axe central du rotor. Ainsi, le terme "fissure axiale" comprend, par exemple, des fissures radialesaxiales,

c'est-à-dire des fissures qui s'étendent dans une direction sen-

siblement parallèle à l'axe central du rotor et qui présentent une profondeur dans une direction sensiblement perpendiculaire à cet axe et comprend également des fissures périphériques-axiales, c'est-à-dire des fissures qui s'étendent sensiblement dans une direction périphérique par rapport à l'axe central du rotor et qui présentent une profondeur dans une direction sensiblement parallèle à cet axe. Pour ces fissures axiales, des changements de raideur à la courbure du rotor tandis qu'il tourne sont moins prononcés. La présente invention prévoit un procédé et un appareil pour détecter ces fissures axiales en utilisant la relation entre la force de déséquilibre supplémentaire créée par ces fissures et

la vitesse de rotation du rotor.

En conséquence, un objet de la présente invention est de prévoir un procédé et un appareil pour détecter des fissures axiales dans l'ensemble rotor d'une machine tournante tandis que

cette machine fonctionne.

Un autre objet de la présente invention est de prévoir une surveillance continue en fonctionnement de la machine pour

détecter rapidement des fissures dans le rotor.

Un autre objet de la présente invention est de prévoir une détection des fissures axiales d'un rotor en utilisant des

techniques d'analyse de signature vibrationnelle.

Selon un aspect de la présente invention, un procédé de détection de fissures axiales dans la partie de rotor d'une machine tournante, tandis que le rotor tourne, comprend la

détection des vibrations mécaniques du rotor à au moins un empla-

cement selon la longueur de celui-ci pour produire un signal de vibration de rotor correspondant; un signal de vibration de fond qui sert de référence est fourni, ou bien en détectant la réponse vibrationnelle du rotor en fonction de la vitesse de rotation ou bien en déterminant le déséquilibre résiduel dans le montage du roffr en détectant des vibrations mécaniques du rotor à des vitesses de rotation inférieures à la vitesse à laquelle les fissures axiales dans le rotor s'ouvrent, et en calculant alors le signal vibrationnel de fond en augmentant le déséquilibre résiduel en fonction de la seconde puissance de la vitesse de'rotation. Un signal de vibration de surveillance, qui représente la réponse aux vibrations du rotor a l'instant o le signal de surveillance est obtenu, est également prévu et un signal de différence qui dépend de la vitesse est obtenu en soustrayant le signal de vibration de fond du signal de vibration de surveillance. La relation entre l'amplitude du signal de différence et la vitesse de rotation du rotor est alors déterminée pour des vitesses de rotation différentes de la vitesse à laquelle la résonnance vibrationnelle prend place avec une relation selon laquelle le signal de différence est proportionnel à la quatrième puissance de la vitesse de rotation, indicative de la présence d'une fissure axiale dans le rotor. Les vibrations mécaniques peuvent être détectées a une pluralité d'emplacements du rotor pour produire une pluralité correspondante de signaux de vibration. Pour améliorer le rapport signal sur bruit du signal de vibration de fond et du signal de vibration de surveillance, des techniques d'histogramme peuvent être utilisées pour sommer de façon

synchrone les signaux respectifs sur plusieurs périodes tem-

porelles, en utilisant un signal de référence indicatif de la position du rotor. En outre, la réponse vibrationnelle de l'ensemble rotor à des vitesses de rotation proches de la vitesse A laquelle la résonnance vibrationnelle prend place peut être

utilisée en relation avec les étapes décrites ci-dessus pour con-

firmer la présence d'une fissure axiale dans le rotor.

Selon un autre aspect de la présente invention, un appareil pour détecter des fissures axiales dans un rotor comprend au moins un détecteur de vibration disposé de façon a détecter des

vibrations mécaniques du rotor à au moins un emplacement de celui-

ci et de façon a produire au moins un signal de vibration de rotor en réponse aux vibrations mécaniques détectées. L'appareil comprend des moyens pour fournir au moins un signal de vibration de fond qui représente la réponse vibrationnelle du rotor qui sert de valeur de référence, et des moyens pour traiter le signal de vibration de rotor à partir du détecteur de vibration de façon à fournir un signal de vibration de surveillance qui représente la

réponse vibrationnelle du rotor au moment o le signal de sur-

veillance est obtenu. L'appareil comprend également des moyens

pour soustraire le signal de vibration de fond du signal de vibra-

tion de surveillance et des moyens pour déterminer la relation entre le signal de différence résultant et la vitesse de rotation du rotor de façon à indiquer la présence d'une fissure axiale dans le rotor quand le signal de différence est proportionnel à la

quatrième puissance de la vitesse de rotation.

Ce qui est considéré comme l'invention est souligné de

façon particulière et distincte dans les revendications ci-après à

la fin de la présente description. Toutefois, l'invention elle-

même, à la fois en ce qui concerne son organisation et son procédé

de mise en oeuvre ainsi que d'autres objets et avantages de celle-

ci sera mieux comprise en relation avec la description suivante

faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 est une vue en bout partiellement en coupe

représentant schématiquement un ensemble de turbines à disques-

rotor du type typiquement utilisé dans des moteurs d'avion pour lequel la présente invention peut être utilisée pour détecter des fissures axiales dans l'ensemble rotor; la figure 2 est une représentation schématique montrant une fissure axiale périphérique dans un disque; la figure 3 représente schématiquement la dépendance de la vitesse de rotation dans la zone d'ouverture de la fissure pour une fissure radiale-axiale dans l'ensemble du type disque-rotor représenté en figure 1; la figure 4 représente schématiquement la dépendance entre la vitesse de rotation et la force de déséquilibre dans le type d'ensemble rotor représent& en figure 1, pour des ensembles rotor comprenant des disques rotor fissurés et non fissurés; la figure 5 représente schématiquement les résultats

analytiques d'une analyse dynamique d'un système de test de rota-

tion à disques-rotor de moteur d'avion, pour des disques-rotor fissurés et non fissures, selon la présente invention; la figure 6 représente schématiquement de façon simplifiée un ensemble rotor et un appareil de détection de

fissures axiales dans l'ensemble rotor, selon la présente inven-

tion;

la figure 7 est un schéma sous forme de blocs d'un ana-

lyseur de signal à base de microprocesseur de la figure 6; la figure 8 représente les différents histogrammes des réponses dynamiques pour des ensembles rotor de moteur d'avion

fissurés et non fissurés, selon la présente invention.

Quand une fissure axiale se développe dans un ensemble de disques-rotor, la fissure s'ouvre pendant la rotation de

l'ensemble rotor, en raison des contraintes périphériques de ten-

sion, dans le cas d'une fissure radiale axiale, ou par suite des contraintes radiales de tension dans le cas d'une fissure périphérique axiale, dans le matériau entourant la fissure. Les contraintes périphériques et radiales de tension sont provoquées par la charge centrifuge. L'ouverture de la fissure de cette façon produit un changement de la répartition de la masse de l'ensemble disques-rotor. Le changement de répartition de masse, entratne à son tour une force de déséquilibre supplémentaire dans l'ensemble rotor en rotation. La présente invention utilise la relation entre l'amplitude de cette force de déséquilibre supplémentaire et la vitesse de rotation du rotor pour détecter et surveiller des

fissures axiales dans l'ensemble rotor.

La force de déséquilibre centrifuge F est associée à la répartition de masse de l'ensemble rotor par l'expression: F (m w2)/r, o m représente une masse de déséquilibre fini, w représente la vitesse de rotation à laquelle la masse m tourne, et r représente le rayon de rotation de la masse m. En conséquence, le changement

de force de déséquilibre centrifuge C.F dû au changement de répar-

tition de masse Am peut s'écrire de la façon suivante: AF = (tAm w2)/r. Pour une fissure axiale, le changement de répartition de masse Am est dû à l'ouverture de la fissure pendant la rotation de l'ensemble rotor. Comme on l'a noté ci-dessus, l'ouverture de la fissure de rotor pendant la rotation est elle-même due ou bien aux contraintes périphériques de tension, ou bien aux contraintes radiales de tension résultant de la charge centrifuge du matériau entourant la fissure. En conséquence, la zone d'ouverture de la fissure est proportionnelle au carré de la vitesse de rotation du

moteur. Puisque le changement de répartition de masse Am est pro-

portionnel à la surface d'ouverture de la fissure, le changement de répartition de masse est également proportionnel au carré de la vitesse de rotation du rotor. En outre, puisque la force de diséqulibre supplémentaire AF est proportionnelle au produit du changement de répartition de masse Am et de la seconde puissance

de la vitesse de rotation, et puisque 4 m est lui-même proportion-

nel à la seconde puissance de la vitesse de rotation, la force de

déséquilibre supplémentaire due à une fissure axiale dans le mon-

tage de rotor est proportionnelle à la quatrième puissance de la vitesse de rotation de l'ensemble rotor. Ainsi, pour des vitesses de rotation s'cartant de la vitesse à laquelle la résonnance vibrationnelle survient dans l'ensemble de rotor, c'est-à-dire des vitesses notablement inférieures ou supérieures à la vitesse de résonnance, la différence entre les réponses vibrationnelles de premier harmonique et la vitesse de rotation du rotor fournit une indication non ambiguë quant à la présence d'une fissure axiale dans l'ensemble rotor. Une telle fissure est le seul défaut pour lequel la différence des réponses de vibration est proportionnelle à la quatrième puissance de la vitesse de rotation. Pour d'autres

défauts, tels que par exemple une rupture d'une pale de yen-

tilation fixée à l'ensemble rotor, la force de déséquilibre supplémentaire et, concomitamment, la différence des réponses vibrationnelles du premier harmonique entre des ensembles rotors fissurés et non fissurés, est proportionnelle à la seconde

puissance de la vitesse de rotation.

Comme cela a été défini ici, la réponse vibrationnelle de premier harmonique de l'ensemble rotor se réfère à l'amplitude du signal de vibration dans le domaine fréquentiel, c'est-à-dire à la vitesse de rotation du rotor. Quand la réponse vibrationnelle du rotor est analysée en utilisant des techniques d'analyse spectrale classiques, techniques souvent appelées "analyse de Fourrier" ou "analyse de signature", le signal de vibration est séparé en des fréquences harmoniques constituantes et est présenté dans le domaine fréquentiel et non selon la présentation dans le domaine temporel quelque peu plus classique. La réponse dans le domaine fréquentiel résultante apparatt comme un signal ayant des composantes d'amplitude situées à la fréquence de rotation du

rotor et a des harmoniques plus élevés de celle-ci. Ces composan-

tes de signal sont souvent appelées réponses vibrationnelles de premier harmonique, de second harmonique, de troisième harmonique, etc. La réponse vibrationnelle de premier harmonique correspond typiquement à la vibration de fond due au déséquilibre résiduel et à certains autres effets tels que des défauts autres que des fissures dans l'ensemble rotor, et à la vibration supplémentaire due à l'ouverture d'une fissure dans l'ensemble rotor. En conséquence, la différence entre la réponse vibrationnelle de premier harmonique des signaux d'ensemble rotor surveillés et de fond est utilisée selon la présente invention pour détecter une

fissure axiale dans le rotor.

La détection de fissures selon la présente invention peut être utilisée dans de nombreuses applications, comprenant par

exemple des tests de validation d'un ensemble rotor, des inspec-

tions périodiques de celui-ci, et des surveillances en cours de fonctionnement pour détecter l'apparition d'une fissure axiale dans l'ensemble rotor. En outre, la présente invention peut être utilisée pour détecter des fissures de rotor dans un grand nombre de machines tournantes. Une application particulièrement utile réside dans la détection de fissures de rotor dans des moteurs d'avion. En conséquence, l'exposé ci-après concerne des modes de - réalisation de la présente invention qui sont particulièrement utiles pour détecter des fissures radiales-axiales et

périphériques-axiales dans des ensembles rotor de moteurs d'avion.

Toutefois, il faut noter que la présente invention n'est pas limitée à de telles applications, mais peut être utilisée pour détecter des fissures dans un ensemble de rotor de pratiquement toute machine tournante pour laquelle une fissure à détecter présente une ouverture de fissure pendant la rotation du rotor, par suite d'effet de charge centrifuges, et qui produit un

déséquilibre en rotation de l'ensemble rotor.

La plupart des fissures des moteurs d'avion sont du type radial-axial ou périphérique-axial, provenant fréquemment des trous filetés utilisés pour fixer diverses parties de l'ensemble rotor les unes aux autres. Des fissures axiales se forment également souvent à la surface du disquerotor qui définit l'alésage pour l'arbre du rotor, et dans les encoches des ensembles de fixation de lames utilisées pour fixer des structures telles que, par exemple, des lames de ventilateur, de turbine et de compresseur à l'ensemble rotor. La figure 1 représente schématiquement le type de montage rotor typiquement utilis6 dans des moteurs d'avion. Le disque-rotor 24 est typiquement fixé à un arbre rotor 20 par des moyens de fixation de disque 22. Le disque 24 contient une pluralité d'ouvertures de fixation 28 disposées périphériquement de façon espacée les unes des autres par rapport

à l'axe central du disque 24. Une pluralité d'ensembles de fixa-

tion de lames 26 est située autour de toute la périphérie externe du disque 24, ces ensembles de fixation de lames 26 étant disposés de sorte que les lames de moteur appropriées peuvent être insérées dans les encoches ou rainures entre des paires adjacentes

d'ensembles de fixation de lames 26 pendant le montage du moteur.

Dans la plupart des moteurs d'avion, plusieurs parties d'ensembles rotor sont fixées les unes aux autres par des moyens de fixation

(non représentés en figure 1) insérés dans des ouvertures de fixa-

tion 28 de chaque disque 24 de la partie de l'ensemble. Des

fissures 30, 31 et 32 indiquent les types de fissures radiales-

axiales qui se forment typiquement dans des ensembles de disques-

rotor de moteur d'avion, au niveau de l'ouverture de fixation et au niveau de l'alésage du disque-rotor, respectivement. La figure 2 représente schématiquement un disque de test de rotation. Une fissure 33 dans l'encoche 29 du disque 27 représente le type de fissures périphériques-axiales qui apparait typiquement dans de tels ensembles de disques. Bien que quatre fissures axiales soient représentées en figures 1 et 2 dans des buts d'illustration de

différents types et orientations de fissures, la présente inven-

tion peut être utilisée pour détecter un nombre quelconque d'un type quelconque de fissures représentées. En outre, bien que cela ne soit pas spécialement représenté en figures 1 et 2, des fissures axiales dans les parties de lame ou dans le rotor peuvent

également être détectées selon la présente invention.

Les inventeurs ont réalisé des études paramétriques, en

utilisant une analyse d'éléments finis, de l'ensemble à disque-

rotor de turbine pour un moteur d'avion similaire dans sa struc-

ture à l'ensemble à disque-rotor représenté en figure. 1. Le programme d'analyse d'éléments finis dit ADINA (marque déposée) disponible auprès de la société dite ADINA Engineering, Inc, 71 Elton Avenue, Watertown, Massachusetts, a été utilisé pour évaluer

la surface d'ouverture de fissure de plusieurs fissures radiales-

axiales. Chaque fissure avait une configuration telle qu'elle était contenue dans un plan radial-axial, la fissure s'étendant selon l'épaisseur du disque-rotor dans une direction parallèle à

l'axe central de l'ensemble rotor, et pour une distance présélec-

tionnée dans une direction perpendiculaire à l'axe central de l'ensemble rotor. Chaque fissure était supposée provenir d'au moins l'une des ouvertures de fixation 28 représentées en figure 1. Différentes tailles d'éléments finis ont été utilisées pour chaque fissure pour tenir compte des différences de dimensions de fissures. Pendant l'analyse, des valeurs appropriées de masse de lame effective ont été ajoutées à la périphérie externe du disque

de la turbine. L'analyse a été réalisée pour des vitesses de rota-

tion correspondant I 50Z, 75Z et 100% de la vitesse de fonction-

namemnt no rmale de* rotors, pour chaque dimension de fissure, la zone d'ouverture de fissure a été calculée pour chacune des trois vitesses de rotation. Lors du calcul des surfaces d'ouverture de fissure, l'effet de l'augmentation de l'ouverture du moyen de fixation 28 pendant la rotation de l'ensemble rotor a été pris en compte. Les résultats de cette analyse sont représentés en figure 3, dans laquelle la surface de la zone d'ouverture est indiquée en fonction de la vitesse de rotation pour des fissures ayant une longueur, dans la direction perpendiculaire à l'axe central du disque-rotor, d'environ 0,75 cm et environ 2,5 cm, respectivement, comme on peut le voir à partir de la figure 3. La zone d'ouverture de la fissure est proportionnelle à la seconde puissance de la

vitesse de rotation w.

En utilisant une technique d'analyse similaire, la force de déséquilibre supplémentaire due à une fissure radiale-axiale dans le disque de turbine a également été calculée pour diverses dimensions de fissures. Des fissures ayant des longueurs, dans la direction perpendiculaire à l'axe central du disque rotor de 0,06 cm, 0,12 cm et 0,25 cm ont été choisies. Les résultats de ces calculs ont été représentés en figure 4. La courbe A de la figure 4 représente la force de déséquilibre résiduelle en fonction de la vitesse de rotation obtenue pour un ensemble de rotor typique non fissure. Les courbes B, C et D sont des représentations de la force de déséquilibre supplémentaire dans le montage rotor due à une fissure radiale-axiale dans le disque de turbine, en fonction de la vitesse de rotation, pour des dimensions de fissures de 0,06 cm, 0,12 cm et 0,25 cm, respectivement. Comme on peut le voir à partir de la figure 4, la force de déséquilibre résiduelle est proportionnelle à la seconde puissance de la vitesse de rotation, tandis que la force de déséquilibre supplémentaire due à une fissure est proportionnelle à la quatrième puissance de la vitesse

de rotation.

Un système de test de rotation a également été analysé en utilisant des techniques d'analyse d'éléments finis. Un modèle

à une masse a été utilisé pour cette analyse. Des calculs simi-

laires à ceux décrits ci-dessus ont été réalisés et la réponse vibrationnelle du système en fonction de la vitesse de rotation a été déterminée. Les résultats sont représentés en figure 5, dans laquelle les réponses vibrationnelles sont indiquées pour un

disque-rotor typique non-fissuré et pour des disques-rotor compre-

nant des fissures de dimension 0,12 cm, 0,6 cm et 1,2 cm, respec-

tivement. La figure 5 montre que, pour des vitesses de rotation s'écartant de la vitesse à laquelle la résonnance vibrationnelle prend place dans l'ensemble rotor, la réponse vibrationnelle est dominée par l'effet de la force de déséquilibre supplémentaire dans l'ensemble rotor due au changement de répartition de masse provoqué par l'ouverture de la fissure radiale-axiale pendant une rotation. En conséquence, a des vitesses qui s'écartent de la vitesse de résonnance, la réponse vibrationnelle est également proprotionnelle à la quatrième puissance de la vitesse de rotation. Pour des vitesses proches de la vitesse à laquelle prend place la résonnance, l'effet de la résonnance vibrationnelle complique quelque peu la relation entre la réponse vibrationnelle et la vitesse de rotation de l'ensemble rotor. Toutefois, la réponse vibrationnelle du système pour des vitesses de rotation proches de la vitesse de résonnance peut également être utilisée pour indiquer la présence d'une fissure de rotor. On peut voir à partir de la figure 5 que, quand une fissure axiale se développe et croit en dimensions, la courbe de réponse vibrationnelle en fonction de la vitesse de rotation se décale considérablement vers le haut, à partir d'une courbe ayant une forme très similaire à une courbe d'un ensemble rotor non fissuré vers une courbe qui est notablement différente de la courbe pour l'ensemble rotor non fissuré. En l'absence de fissure, un tel décalage dans la réponse du système pendant une durée temporelle ne se produit pas. Ainsi, le décalage de réponse du système représenté en figure 5 peut être

utilisé pour confirmer la présence d'une fissure du rotor.

La figure 6 représente schématiquement un ensemble à disque-rotor de turbine du type représenté en figure 1 et un mode de réalisation de l'appareil pour détecter des fissures axiales selon la présente invention. Seuls les éléments de l'ensemble rotor nécessaires à la compréhension de l'invention sont représentés en figure 6. Par exemple, quand l'ensemble rotor est

utilisé dans un moteur d'avion, il faut noter que plusieurs par-

ties de disques-rotor du type représenté sont fixées les unes aux autres et que l'ensemble complet est logé dans une ou plusieurs enceintes externes. L'ensemble rotor représenté en figure 6 est constitué d'un arbre de rotor 20, d'un disque de turbine 24 et d'ensembles de fixation de pales de turbine 26. Le disque de tur-

bine 24 est fixé à l'arbre de rotor 20 par des moyens de fixation de disque 22. Les ensembles de fixation de pales de turbine 26 sont disposes de sorte que les pales de turbine (non représentées en figure 6) peuvent être insérées dans les rainures situées entre des paires adjacentes d'ensembles de fixation de pales 26, pendant

le montage du moteur. Dans un moteur monté, la partie à disque-

rotor représentée est fixée à des parties de disque-rotor de con-

figuration similaire au moyen de dispositifs de fixation (non représentés) insérés entre les ouvertures de fixation 28 du disque de turbine 24. L'arbre rotor 20, le disque de turbine 24 et les ensembles de fixation de pales de turbine 26 tournent ensemble en étant portés par des paliers 34 et 36. Une fissure radiale-axiale , provenant d'au moins l'une des ouvertures de fixation 28, est

représentée pour montrer le type de fissure qui se forme typi-

quement dans de tels ensembles rotor.

Des vibrations dans l'arbre rotor 20 sont détectées par des détecteurs de vibration 38 et 40. Les détecteurs de vibration 38 et 40 sont disposés de façon à détecter des vibrations mécaniques de l'arbre rotor 20 et de façon à fournir des signaux électriques correspondant aux vibrations mécaniques détectées. Des détecteurs supplémentaires peuvent être utilisés de sorte qu'une vibration horizontale et verticale peut être détectée. Les détecteurs de vibration 38 et 40 peuvent comprendre, par exemple, des dispositifs à déplacement, vitesse ou accélération de type connu. Les détecteurs de vibration 38 et 40 sont reliés électriquement à un moyen de traitement de signal 42. Le moyen de traitement de signal 42 fournit une excitation aux détecteurs de vibration 38 et 40 et en reçoit les signaux de vibration résultants dépendant du temps. Le dispositif de traitement de signal 42 assure également une amplification et un filtrage des signaux reçus, de façon n6cessaire. L'utilisation de plus d'un détecteur de vibration, de la façon représentée en figure 6, assure une réponse sensible à une petite fissure. Pour une corrélation entre les réponses vibrationnelles et la position angulaire de l'ensemble rotor, des informations de vitesse angu- laire sont obtenues à partir de la combinaison d'une roue dent6e montée sur l'arbre rotor 20 et d'un détecteur magn6tique 37. Le moyen de traitement de signal 39 comprend des moyens pour traiter le signal en provenance du d6tecteur magnétique 37 de sorte que le

signal de vitesse angulaire est sous une forme propre à un traite-

ment par un analyseur de signal 44. Par exemple, dans un mode de réalisation, le signal en provenance du détecteur 37 est traité pour fournir un nombre fixe d'impulsions par tour de l'ensemble rotor. L'analyseur de signal 44 comprend des moyens pour traiter chaque signal de vibration d'entrée séparément pratiquement en temps réel. Chaque signal vibrationnel est partag6 en plusieurs segments de signaux, la durée totale prise par tous les segments

de signaux étant égale à un segment temporel. De pr6f6rence, cha-

que segment temporel correspond à un tour de l'ensemble rotor.

Les segments de signaux correspondant en provenance de chacun d'un nombre entier relativement grand de segments temporels sont recueillis successivement pour chaque signal vibrationnel, et sont sommns de façon synchrone par superposition, de façon à fournir un signal vibrationnel accru pour chacun des signaux vibrationnels d'entrée. A titre d'exemple, les segments de signaux en provenance de 500 segments temporels peuvent être recueillis et sommés. Le processus de sommation amplifie les composantes respectives de chaque signal vibrationnel, mais en enlève les composantes de bruit aléatoire, puisque les composantes de bruit aléatoire sont

sensiblement nulles par suite d'une sommation. En effet, les com-

posantes de bruit sont élimin6es par intégration du signal somm6.

Le processus de sommation et de superposition peut être

r6alisé de nombreuses façons connues dans la technique, en utili-

sant des composants de traitement de signal classiques. Dans un mode de réalisation, chaque signal de vibration est séparé en segments de signaux en échantillonnant le signal de vibration à des intervalles de temps discrets. Par exemple, les intervalles de temps d'échantillonage peuvent être choisis pour être écartés d'un nombre de degrés prédéterminé pour chaque tour de l'ensemble rotor. Toutes les valeurs échantillonnés peuvent être mémorisées dans une mémoire de sorte que tous les points de données

correspondants peuvent être sommés pour créer un signal de vibra-

tion renforcé. Le processus de recueil et de sommation peut être achevé après un nombre prédéterminé de tours du rotor, et le signal de rotation renforcé résultant peut lui-même être stocké

en mémoire pour un rappel ultérieur.

Chaque signal de vibration traité en provenance du système de traitement de signal 42 est présenté à un analyseur de signal 44 comprenant un microprocesseur. L'analyseur de signal 44 traite les signaux de vibration préparés par le procédé selon la présente invention pour détecter la présence d'une fissure axiale dans l'ensemble rotor, par exemple une fissure radiale-axiale 30 dans le disque 24 représenté en figure 6. L'analyseur de signal 44 peut traiter chaque signal vibrationnel préparé séparément. Toutefois, avec des techniques de traitement de signal à haute vitesse

actuellement disponibles, chaque signal est analysé de façon sen-

siblement simultané avec les autres et pratiquement en temps réel.

L'analyseur de signal 44 comprend des moyens pour fournir un

signal de vibration de fond qui représente la réponse vibration-

nelle en fonction de la vitesse de rotation de l'ensemble rotor à un instant antérieur. Dans un mode de réalisation, le signal de vibration de fond est fourni par des moyens de traitement des signaux de vibration préparés en provenance des détecteurs 38 et de façon à détecter la réponse vibrationnelle, en fonction de la vitesse de rotation de l'ensemble rotor. Dans une variante de réalisation, le signal vibrationnel de fond est fourni en déterminant d'abord l'amplitude et la phase du déséquilibre résiduel sur l'ensemble rotor, en détectant les vibrations mécaniques de l'ensemble rotor à des vitesses de rotation inférieures à la vitesse à laquelle la surface d'ouverture de fissure d'une fissure axiale dans l'ensemble rotor augmente. Pour des vitesses de rotation inférieures a la vitesse à laquelle la fissure s'ouvre, la force de déséquilibre dans l'ensemble rotor est sensiblement identique à la force de déséquilibre pour un ensemble rotor non fissuré. La force de déséquilibre résiduel pour des vitesses de rotation plus élevées peut alors être obtenue par approximation en augmentant la force de déséquilibre résiduel mesurée en fonction de la seconde puissance de la vitesse de rotation. En utilisant cette relation, le signal vibrationnel de fond de l'ensemble rotor peut être calculé à partir de la force de

déséquilibre résiduel en fonction de la vitesse de rotation.

L'analyseur de signal 44 comprend également des moyens

pour fournir au moins un signal de vibration de surveillance tan-

dis que l'ensemble rotor fonctionne, ce signal représentant une réponse vibrationnelle en fonction de la vitesse de rotation de l'ensemble rotor à l'instant o le signal de surveillance est obtenu. Des signaux de vibration préparés en provenance des détecteurs 38 et 40 sont utilisés et traités par l'analyseur de

signal 44 pour fournir le signal de vibration de surveillance.

L'analyseur de signal 44 comprend en outre des moyens pour soustraire vectoriellement l'amplitude et la phase du signal de vibration de fond décrit ci-dessus à partir des composantes correspondantes du signal de vibration de surveillance, de façon à fournir un signal de différence de premier harmonique dépendant de la vitesse. La relation entre l'amplitude du signal de différence dépendant de la vitesse et la vitesse de rotation de l'ensemble rotor est alors déterminée par le moyen de traitement de signal inclus dans l'analyseur de signal 44, pour des vitesses de rotation différentes de la vitesse à laquelle la résonnance vibrationnelle survient dans l'ensemble rotor. Une relation selon

laquelle le signal de différence de premier harmonique est pro-

portionnel à la quatrième puissance de la vitesse de rotation est indicatif de la présence d'une fissure axiale dans l'ensemble rotor. D'autre part, la différence entre les signaux de vibration

surveillés et de fond peut être déterminée dans le domaine tem-

porel et le premier harmonique du signal de différence peut être

détecté.

La figure 7 représente plus en détail et sous forme de blocs l'analyseur de signal 44 comprenant un microprocesseur. Des sorties multiples en provenance du moyen de préparation de signaux 42 sont couplées à circuit multiplexeur 52 qdi peut, par exemple, être un circuit Hewlett-Packard HP3497A. La sortie du circuit de multiplexage 52 est couplée par un filtre antidiaphonie 54 à un analyseur de spectre 56. La sortie du moyen de préparation de

signal 39 est également couplée à un analyseur de spectre 56.

L'analyseur de spectre 56 peut comprendre, par exemple, un analy-

seur de forme d'onde Hewlett-Packard D6000. La sortie d'un analy-

seur de spectre 56 est couplée à une unité de traitement central

60. L'unité de traitement central 60 est couplée à un disque 62.

L'unité de traitement central et le disque peuvent être constitués

de dispositifs Hewlett-Packard HP-1000 A600 et HP7914, respec-

tivement. L'unité de traitement central est couplée à un tube à rayons cathodiques (CRT) 46, à un enregistreur 48 et à une alarme

de fissure 50.

En fonctionnement, deux modes de réalisation sont possibles. D'abord, des signaux de vibration de fond peuvent être mémorisés dans l'unité centrale et des signaux de vibration surveillés peuvent être envoyés à l'unité centrale dans laquelle la différence entre les signaux à des vitesses de fonctionnement différentes peut être obtenue dans le domaine temporel. Les signaux de différence sont alors envoyés à un analyseur de spectre dans lequel la transformée de Fourrier du signal de différence est déterminée. Le premier harmonique du signal de différence peut être utilise comme indicateur de fissure en déterminant si le premier harmonique du signal de différence est proportionnel à la

quatrième puissance de la vitesse de rotation.

Ensuite, le signal vibrationnel de fond devant être utilisé comme ligne de référence est couplé à l'analyseur de spectre o les informations numériques d'amplitude et de phase du premier harmonique obtenu à des vitesses de fonctionnement différentes sont obtenues et mémorisées sur le disque. Les signaux de vibration surveillés sont alors couplés à l'analyseur de spectre et les informations numériques d'amplitude et de phase pour des vitesses de fonctionnement différentes sont obtenues et envoyées au disque. La soustraction vectorielle est réalisée pour le premier harmonique des signaux de fond et surveillés pour des fréquences de fonctionnement différentes. La différence entre les premiers harmoniques est utilisée comme indicateur de fissure en déterminant si la différence est proportionnelle à la quatrième

puissance de la vitesse de rotation.

Les résultats en provenance de l'analyseur de signal 44 peuvent être affichés sur un tube à rayons cathodiques (CRT) 46 et ils peuvent être fournis sous forme d'une copie permanente par l'enregistreur graphique 48. La lecture du CRT 46 et l'enregistreur graphique 48 peuvent chacun être utilisé pour présenter le type de résultats d'analyse de signal illustrés en figures 3, 4 et 5. En outre, une alarme de fissure 50 peut également être prévue pour annoncer l'existence d'une fissure axiale dans l'ensemble rotor, si l'analyse de signal selon la présente invention indique qu'une fissure s'est créée. L'alarme de fissure 50 peut comprendre un dispositif classique, sonore, visuel ou audio-visuel, et peut répondre à un signal de différence

supérieur en amplitude à une valeur prédéterminée.

En figure 6, l'analyseur de signal 44 a été représenté

comme comprenant un analyseur de signal comprenant un micropro-

cesseur à programme mémorisé. Toutefois, la présente invention

peut également utiliser d'autres types d'analyseurs de signaux.

Les techniques de traitement de signaux requises selon la présente invention, comprenant la programmation d'un analyseur de signal comprenant un microprocesseur tel que l'analyseur 44 de la figure 6, sont connues dans la technique et sont facile à mettre en oeuvre par l'homme de l'art ayant une connaissance des processus

décrits ici.

Dans un mode de réalisation de la présente invention, les signaux vibrationnels des détecteurs de vibration 38 et 40

sont surveillés en continu, pour assurer une détection sen-

siblement en continu des fissures axiales dans l'ensemble rotor.

L'analyseur de signal 44 rép&te de façon continue les étapes consistant à fournir le signal de vibration de surveillance, soustraire vectoriellement le signal de vibration de fond du signal de vibration de surveillance, et déterminer la relation entre le signal de différence de premier harmonique et la vitesse de rotation de l'ensemble rotor. En surveillant en continu l'ensemble rotor de cette façon, des fissures du rotor sont détectées très tôt. En outre, en utilisant ce mode de réalisation

de l'invention, toute fissure qui se produit peut être surveillée.

Une augmentation du signal de différence dépendant de la vitesse décrit ci-dessus en fontion du temps est indicative de la croissance et de la propagation d'une fissure axiale dans

l'ensemble rotor.

Pour améliorer le rapport signal sur bruit du signal de vibration de fond et du signal de vibration de surveillance utilisé dans la présente invention, des techniques d'histogrammes

peuvent être utilisées pour sommer les signaux respectifs sur plu-

sieurs durées temporelles.

De la façon décrite ci-dessus, l'analyseur de signal 44 peut en outre comprendre des moyens pour fournir et mémoriser un signal de vibration de fond renforcé qui représente la réponse vibrationnelle de l'ensemble rotor à un instant antérieur. De façon analogue, un signal de vibration de surveillance renforcé peut également être fourni. D'autre part, le signal de vibration de surveillance renforcé n'a pas besoin d'être mémorisé, mais au

lieu de cela peut être mis à jour de façon continue par acquisi-

tion de données en temps réel en provenance des détecteurs de vibration. Avec les vitesses de rotation élevées typiquement mises en oeuvre dans des moteurs d'avion, et avec les vitesses de traitement élevées couramment disponibles pour des analyseurs de signaux, les données de signal de vibration peuvent être mises à

jour pratiquement en temps réel.

Ainsi, le traitement de signal impliqué quand on utilise des techniques d'histogramme selon la présente invention peut être résumé de la façon suivante. Les vibrations mécaniques de l'ensemble rotor sont détectées à au moins un emplacement de celui-ci pour produire au moins un signal de vibration de rotor dépendant du temps. Au moins un signal de vibration de fond renforcé, qui représente la réponse vibrationnelle en fonction de la vitesse de rotation de l'ensemble rotor est fourni en (1) recueillant un nombre entier de segments temporels du signal de vibration de fond pour chaque vitesse de rotation concernée, (2) sommant de façon synchrone tous les segments temporels recueillis du signal de vibration de fond pour chaque vitesse de rotation concernée en les superposant les uns aux autres pour produire le signal de vibration de fond renforcé et (3) mémorisant le signal de vibration de surveillance renforcé. Au moins un signal de vibration de surveillance renforcé qui représente la vitesse vibrationnelle en fonction de la vitesse de rotation, de l'ensemble rotor à l'instant o la surveillance est effectuée est fourni en (1) recueillant un nombre entier de segments temporels du signal de vibration de surveillance pour chaque vitesse de rotation concernée, le nombre de segments recueilli étant égal au nombre de segments recueilli pour le signal vibrationnel de fond, et (2) sommant de façon synchrone les uns aux autres ces segments temporels recueillis du signal de vibration de suveillance, pour chaque vitesse de rotation concernée, en superposant les signaux

les uns aux autres pour produire le signal de vibration de sur-

veillance renforcé. Une transformée de Fourier rapide (FFT) du signal de vibration de fond est effectuée et une transformée de Fourier rapide du signal de vibration de surveillance renforcé est effectuée- Un signal de différence dépendant du temps est fourni en soustrayant vectoriellement les données d'amplitude et de phase du premier harmonique du signal de vibration de fond renforcé des données d'amplitude et de phase du premier harmonique du signal de vibration de surveillance renforcé. La relation entre l'amplitude du signal de différence dépendant du temps résultant et la vitesse de rotation du rotor est alors déterminée pour des vitesses de rotation qui s'écartent de la vitesse à laquelle la résonnance vibrationnelle prend place dans l'ensemble rotor. Une relation selon laquelle le signal de différence est proportionnel à la quatrième puissance de la vitesse de rotation indique la présence d'une fissure axiale dans l'ensemble rotor. D'autre part, le signal de vibration de fond renforcé peut être soustrait du signal de vibration de surveillance renforcé et une transformée de Fourier effectuée sur la différence. L'amplitude du signal dépendant de la vitesse résultant peut ainsi être comparée à la vitesse de rotation du rotor. Une relation selon laquelle le signal de différence est proportionnel à la quatrième puissance de la vitesse de rotation indique la présence d'une fissure axiale

dans l'ensemble rotor.

Les inventeurs ont utilisé les techniques d'analyse d'histogrammes décrites ci-dessus pour réaliser une analyse paramétrique d'un système de test de rotation pour une fissure de

0,06 cm en utilisant le processus selon la présente invention.

Les résultats des analyses sont représentés en figure 8, dans

laquelle la différence d'histogrammes entre les réponses dynami-

ques fissurées et non fissurées est indiquée en fonction de la vitesse de rotation. Les signaux d'histogramme ont été obtenus en utilisant un segment temporel correspondant à un tour du rotor, les signaux étant sommés sur 1000 tours. Comme on peut le voir en

figure 8, la différence d'histogrammes entre les réponses vibra-

tionnelles des ensembles rotor fissurés et non fissurés est pro-

portionnelle à la quatrième puissance de la vitesse de rotation de

l'ensemble rotor.

De même que les modes de réalisation de la présente invention décrits cidessus qui n'utilisent pas les techniques

d'histogrammes, les modes de réalisation qui utilisent des tech-

niques d'analyse d'histogrammes peuvent fournir le signal de vibration de fond en détectant la réponse vibrationnelle du rotor à un instant antérieur. D'autre part, le signal de vibration de fond peut être calculé en augmentant le déséquilibre résiduel, mesuré à des vitesse inférieures à la vitesse d'ouverture de fissure, en fonction de la seconde puissance de la vitesse de rotation. Egalement, de façon similaire aux modes de réalisation

décrits ci-dessus, des modes de réalisation de la présente inven-

tion utilisant des techniques d'histogrammes peuvent utiliser une pluralité d'emplacements de rotor pour détecter des vibrations mécaniques. Egalement, l'analyse de signal peut être réalisée par un analyseur de signal comprenant un microprocesseur à programme

mémorisé. En outre, des modes de réalisation de la présente inven-

tion utilisant des techniques d'histogrammes peuvent avoir une configuration propre à répéter de façon continue le traitement de

signal indiqué, de façon à fournir une détection sensiblement con-

tinue des fissures axiales dans l'ensemble rotor. En outre, une augmentation du signal de différence d'histogrammes au cours du

temps peut être utilisée pour indiquer la croissance et la propa-

gation de la fissure.

Pour tous les modes de réalisation de la présente inven-

tion décrits ici, la présence d'une fissure axiale dans l'ensemble rotor peut être confirmée en fournissant en outre le signal de différence dépendant de la vitesse décrit ci-dessus pour des vitesses de rotations proche de la vitesse à laquelle la résonnance vibrationnelle survient dans l'ensemble rotor. Le signal de différence dépendant du temps pour de telles vitesses a ijne amplitude qui est proche de zéro pour un ensemble rotor non fissuré et qui augmente en amplitude avec une augmentation de dimension de fissure de la façon représentée en figure 6. Ainsi, le signal de différence dépendant de la vitesse pour les vitesses

proches de la vitesse de résonnance peut être traité en com-

binaison avec le signal de différence dépendant de la vitesse pour des vitesses distinctes de la vitesse de résonnance pour confirmer la présence d'une fissure de rotor. Par exemple, le signal de différence pour les vitesses proches de la résonnance peut être utilisé pour indiquer la présence d'un défaut et la relation entre l'amplitude du signal de différence de la vitesse de rotation pour des vitesses de rotation distinctes de la résonnance peut être utilisé pour déterminer si le défaut indiqué est une fissure

axiale dans l'ensemble rotor.

Ce qui précede décrit un procédé et un appareil pour détecter des fissures axiales dans l'ensemble rotor de divers types de machines tournantes. La présente invention fournit des détections de fissure tandis que l'ensemble rotor est en cours de rotation, en utilisant des techniques d'analyse de signature vibrationnelle. La présente invention permet également une évaluation en continu en fonctionnement de la machine tournante,

de sorte que les fissures peuvent être détectées à une étape ini-

tiale et de sorte que leur croissance et leur propagation peuvent

être surveillées de façon continue.

Alors que la présente invention a été décrite ci-dessus en relation avec certains modes de réalisation préférés, de nombreuses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. Par exemple, alors que de nombreux modes de réalisation de la présente invention concernent la détection de fissures axiales dans l'ensemble rotor d'un moteur d'avion, il faut noter que l'invention n'est pas limitée à de telles applications. En conséquence, la portée de la présente invention est déterminée

seulement par les revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de détection de fissures axiales dans l'ensemble rotor d'une machine tournante, tandis que le moteur est en rotation, ce procédé étant caratérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: (a) fournir un signal de vibration de fond qui représente la réponse vibrationnelle, en fonction de la vitesse de rotation, du rotor pour servir de ligne de référence; (b) surveiller les vibrations mécaniques du rotor en au moins un emplacement de celui-ci pour produire un signal de vibration de rotor correspondant; (c) fournir un signal proportionnel au premier harmonique du signal de vibration du rotor obtenu à partir de la surveillance des vibrations mécaniques; (d) fournir des signaux proportionnels au premier harmonique du signal de réponse vibrationnelle de fond; (e) produire le premier harmonique dépendant de la vitesse en tant que signal de différence en soustrayant vectoriellement le premier harmonique des signaux de vibration de fond du premier harmonique des signaux de vibration de surveillance; et (f) déterminer la relation entre l'amplitude du signal de référence dépendant de la vitesse et la vitesse de rotation du rotor, pour des vitesses de rotation distinctes de la vitesse à laquelle prend place la résonnance vibrationnelle du rotor, la relation selon laquelle le signal de différence est proportionnel

à la quatrième puissance de la vitesse de rotation étant indica-

tive de la présence d'une fissure axiale dans le rotor.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape consistant à fournir le signal de vibration de fond comprend les étapes suivantes: déterminer l'amplitude et la phase du déséquilibre résiduel de l'ensemble rotor en détectant les vibrations mécaniques du rotor à des vitesses de rotation inférieures à la vitesse à laquelle augmente la surface d'ouverture de fissure d'une fissure axiale dans le moteur; et calculer le signal de vibration de fond du rotor en fonction de la vitesse de rotation, en augmentant le déséquilibre résiduel en fonction de la seconde puissance de la vitesse de rotation.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les étapes (b) et (d) à (f) sont répétées continuellement pour fournir une détection sensiblement continue des fissures axiales

dans le rotor.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une augmentation du signal de différence dépendant de la vitesse en fonction du temps est indicative de la croissance et de

la propagation d'une fissure axiale dans le rotor.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre le traitement du signal de différence dépendant de la vitesse pour des vitesses de rotation proches de la vitesse à laquelle survient la résonnance vibrationnelle dans le rotor, en combinaison avec la détermination de l'étape (f),

pour confirmer la présence d'une fissure axiale dans le rotor.

6. Procédé de détection de fissures axiales dans l'ensemble rotor d'une machine tournante, tandis que le rotor est en cours de rotation, ce procédé étant carctérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: (a) fournir au moins un signal de vibration de fond renforcé qui représente la réponse vibrationnelle en fonction de la vitesse de rotation du rotor, le signal de vibration de fond renforcé étant obtenu et traité en: (al) recueillant un nombre entier de segments temporels du signal de vibration de fond pour chaque vitesse de rotation concernée,

(a2) produisant le signal de vibration de fond renforcé en som-

mant de façon synchrone tous les segments temporels recueillis du signal de vibration de fond, pour chaque vitesse de rotation concernée, en les superposant les uns aux autres, et (a3) mémorisant le signal de vibration de fond renforcé; (b) détecter la vibration mécanique du rotor pour produire au moins un signal de vibration de surveillance renforcé dépendant du temps qui représente la réponse vibrationnelle, en fonction de la

vitesse de rotation, du rotor à l'instant o le signal de vibra-

tion de surveillance est détecté, ce signal de vibration de sur-

veillance renforcé étant obtenu et traité en: (bl) recueillant un nombre entier de segments temporels du

signal de vibration de surveillance pour chaque vitesse de rota-

tion concernée, le nombre de segments recueillis étant égal au nombre de segments recueillis lors de l'étape (al), et (b2) produisant le signal de vibration de surveillance renforcé

en sommant de façon synchrone tous ces segments temporels recueil-

lis du signal de vibration de surveillance pour chaque vitesse de rotation concernée, en les superposant les uns aux autres; (c) fournir un signal dépendant de la vitesse proportionnel au premier harmonique du signal de vibration de fond renforcé; (d) fournir un signal dépendant de la vitesse proportionnel au premier harmonique du signal de vibration de surveillance renforcé;

(e) fournir au moins un signal de différence de premier har-

monique dépendant de la vitesse en soustrayant vectoriellement le signal de vibration de fond de premier harmonique renforcé du signal de vibration de surveillance de premier harmonique renforcé; et (f) déterminer la relation entre l'amplitude du signal de différence dépendant de la vitesse et la vitesse de rotation du rotor, pour des vitesses de rotation distinctes de la vitesse à laquelle prend place la résonnance vibrationnelle dans le rotor,

la relation selon laquelle le signal de différence est proportion-

nel à la quatrième puissance de la vitesse de rotation étant indi-

cative de la présence d'une fissure axiale dans le rotor.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape consistant à fournir le signal de vibration de fond renforcé comprend les étapes suivantes: déterminer selon les étapes (al) et (a2) l'amplitude et la phase du déséquilibre résiduel dans l'ensemble rotor en détectant les vibrations mécaniques du rotor à des vitesses de

rotation inférieures à la vitesse à laquelle la surface d'ouver-

ture d'une fissure axiale dans le rotor augmente; et calculer le signal de vibration de fond renforcé du rotor en fonction de la vitesse de rotation, en augmentant le déséquilibre résiduel en fonction de la seconde puissance de la

vitesse de rotation.

8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les étapes (b) et (d) à (e) sont répétées continuellement pour fournir une détection sensiblement continue des fissures axiales

dans le rotor.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une augmentation du signal de différence dépendant de la vitesse en fonction du temps est indicative de la croissance et de

la propagation d'une fissure axiale dans le rotor.

10. Appareil de d6tection de fissures axiales dans l'ensemble rotor d'une machine tournante, tandis que le rotor est en cours de rotation, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend: au moins un détecteur de vibration (38, 40) disposé de façon à surveiller les vibrations mécaniques du rotor à au moins un emplacement de celui-ci et de façon à fournir un signal de vibration de rotor en réponse aux vibrations mécaniques; des moyens pour fournir au moins un signal de vibration de fond qui représente la réponse vibrationnelle, en fonction de la vitesse de rotation, du rotor qui peut être utilisée comme signal de ligne de référence; des moyens pour traiter le signal de vibration du rotor et le signal de fond de façon à fournir le premier harmonique du signal de vibration de surveillance et du signal de vibration de fond; des moyens pour soustraire vectoriellement le signal de vibration de fond de premier harmonique du signal de vibration de surveillance de premier harmonique de façon à fournir un signal de différence de premier harmonique dépendant de la vitesse; et des moyens pour déterminer la relation entre l'amplitude du signal de différence dépendant de la vitesse et la vitesse de rotation du rotor, pour des vitesses de rotation distinctes de la vitesse à laquelle prend place la résonnance vibrationnelle dans le rotor, la relation selon laquelle le signal de différence est proportionnel à la quatrième puissance de la vitesse de rotation étant indicative de la présence d'une fissure axiale dans le rotor.

11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens pour fournir le signal de vibration de fond comprennent: des moyens pour traiter le signal de vibration de rotor de façon à déterminer l'amplitude et la phase du déséquilibre

résiduel de l'ensemble rotor à des vitesses de rotation infé-

rieures à la vitesse à laquelle s'acroit la surface d'ouverture de fissure d'une fissure axiale dans le rotor; et des moyens pour calculer le signal de vibration de fond du rotor, en fonction de la vitesse de rotation, en augmentant le déséquilibre résiduel en fonction de la seconde puissance de la

vitesse de rotation.

12. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens pour fournir le signal de fond, les moyens pour fournir le signal de surveillance, les moyens pour soustraire le signal de fond du signal de surveillance et les moyens pour déterminer la relation entre le signal de différence et la vitesse de rotation du rotor comprennent un analyseur de signal (44)

comportant un microprocesseur à programme mémorisé.

13. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour traiter le signal de différence dépendant de la vitesse pour des vitesses de rotation

proches de la vitesse à laquelle prend place la résonnance vibra-

tionnelle du rotor, en combinaison avec la relation entre le signal de différence et la vitesse de rotation du rotor pour des

vitesses de rotation distinctes de la résonnance de façon à con-

firmer la présence d'une fissure axiale dans le rotor.

14. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: des moyens pour recueillir un nombre entier de segments temporels du signal de vibration de fond et du signal de vibration de surveillance, respectivement, pour chaque vitesse de rotation concernée; des moyens pour sommer de façon synchrone tous les segments temporels recueillis du signal de vibration de fond et du signal de vibration de surveillance, respectivement, pour chaque vitesse de rotation concernée, en les superposant les uns aux autres de façon à produire un signal de vibration de fond renforcé

et un signal de vibration de surveillance renforcé, respective-

ment; et des moyens pour mémoriser le signal de vibration de fond renforcé.

15. Procédé de détection de fissures axiales dans l'ensemble rotor d'une machine tournante, tandis que le moteur est en rotation, ce procédé étant caratérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: (a) fournir un signal de vibration de fond qui représente la réponse vibrationnelle, en fonction de la vitesse de rotation, du rotor dans un état non-fissuré; (b) surveiller les vibrations mécaniques du rotor en au moins un emplacement de celui-ci pour produire un signal de vibration de rotor correspondant; (c) soustraire les signaux de vibration de fond des signaux de vibration de surveillance pour obtenir des signaux de différence à des fréquences de fonctionnement différentes; (d) déterminer un signal de premier harmonique dépendant de la

vitesse correspondant à la différence entre les signaux de vibra-

tion de fond et de surveillance;

16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'étape consistant à fournir le signal de vibration de fond comprend les étapes suivantes: déterminer l'amplitude et la phase du déséquilibre résiduel de l'ensemble rotor en détectant les vibrations mécaniques du rotor à des vitesses de rotation inférieures à la vitesse à laquelle augmente la surface d'ouverture de fissure d'une fissure axiale dans le moteur; et calculer le signal de vibration de fond du rotor en fonction de la vitesse de rotation, en augmentant le déséquilibre résiduel en fonction de la seconde puissance de la vitesse de rotation.

17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'une augmentation du signal de différence dépendant de la vitesse en fonction du temps est indicative de la croissance et de

la propagation d'une fissure axiale dans le rotor.

18. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre le traitement du premier harmonique dépendant de la vitesse du signal de différence pour des vitesses de rotation proches de la vitesse à laquelle prend place la résonnance vibrationnelle du rotor, en combinaison avec la détermination de l'étape (e) pour confirmer la présence d'une

fissure axiale dans le rotor.

19. Procédé de détection de fissures axiales dans l'ensemble rotor d'une machine tournante, tandis que le rotor est en cours de rotation, ce procédé étant carctérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: (a) fournir au moins un signal de vibration de fond renforcé qui représente la réponse vibrationnelle en fonction de la vitesse de rotation du rotor, le signal de vibration de fond renforcé étant obtenu et traité en: (al) recueillant un nombre entier de segments temporels du signal de vibration de fond pour chaque vitesse de rotation concernée,

(a2) produisant le signal de vibration de fond renforcé en som-

vitesse de rotation, du rotor à l'instant o le signal de vibra-

tion de surveillance est détecté, ce signal de vibration de sur-

signal de vibration de surveillance pour chaque vitesse de rota-

en sommant de façon synchrone tous ces segments temporels recueil-

lis du signal de vibration de surveillance pour chaque vitesse de rotation concernée, en les superposant les uns aux autres; (c) soustraire les signaux de vibration de fond renforcés des signaux de vibration surveillés renforcés pour obtenir des signaux de différence à des fréquences de fonctionnement différentes; (d) déterminer un signal de premier harmonique dépendant de la vitesse de la différence entre les signaux de vibration de fond renforces et les signaux de vibration surveillés renforcés; (e) déterminer la relation entre l'amplitude du signal de premier harmonique dépendant de la vitesse de rotation du rotor, pour des vitesses de rotation distinctes de la vitesse à laquelle prend place la résonnance vibrationnelle du rotor, la relation selon laquelle le signal de différence est proportionnel à la quatrième puissance de la vitesse du rotor étant indicative de la

présence d'une fissure axiale dans le rotor.

20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'étape consistant à fournir le signal de vibration de fond renforcé comprend les étapes suivantes: déterminer selon les étapes (al) et (a2) l'amplitude et la phase du déséquilibre résiduel dans l'ensemble rotor en détectant les vibrations mécaniques du rotor à des vitesses de

rotation inférieures à la vitesse à laquelle la surface d'ouver-

vitesse de rotation.

21. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce

que les étapes (b) à (e) sont répétées continuellement pour four-

nir une détection sensiblement continue-des fissures axiales dans

le rotor.

22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'une augmentation du signal de différence dépendant de la vitesse en fonction du temps est indicative de la croissance et de

la propagation d'une fissure axiale dans le rotor.

23. Appareil de détection de fissures axiales dans l'ensemble rotor d'une machine tournante, tandis que le rotor est en cours de rotation, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend: au moins un détecteur de vibration (38, 40) disposé de façon à surveiller les vibrations mécaniques du rotor à au moins un emplacement de celui-ci et de façon à fournir un signal de vibration de rotor en réponse aux vibrations mécaniques; des moyens pour fournir au moins un signal de vibration de fond qui représente la réponse vibrationnelle, en fonction de la vitesse de rotation, du rotor qui peut être utilisée comme signal de ligne de référence; des moyens pour traiter le signal de vibration de rotor et le signal de fond de façon à fournir la différence entre les deux en fonction de la vitesse de rotation; des moyens pour déterminer le premier harmonique de la différence entre le signal de vibration de fond et le signal de vibration de surveillance; et des moyens pour déterminer la relation entre l'amplitude du signal de premier harmonique dépendant de la vitesse et la vitesse de rotation du rotor, pour des vitesses de rotation distinctes de la vitesse à laquelle prend place la résonnance vibrationnelle dans le rotor, la relation selon laquelle le signal de différence est proportionnel à la quatrième puissance de la vitesse de rotation étant indicative de la présence d'une fissure

axiale dans le rotor.

24. Appareil selon la revendication 23, caractérisé en ce que les moyens pour fournir le signal de vibration de fond comprennent: des moyens pour traiter le signal de vibration de rotor de façon à déterminer l'amplitude et la phase du déséquilibre

résiduel de l'ensemble rotor à des vitesses de rotation infé-

vitesse de rotation.

25. Appareil selon la revendication 23, caractérisé en ce que les moyens pour fournir le signal de fond, les moyens pour fournir le signal de surveillance, les moyens pour soustraire le signal de fond du signal de surveillance et les moyens pour déterminer la relation entre le signal de différence et la vitesse de rotation du rotor comprennent un analyseur de signal (44)

comportant un microprocesseur à programme mémorisé.

26. Appareil selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour traiter le signal de différence dépendant de la vitesse pour des vitesses de rotation

proches de la vitesse à laquelle prend place la résonnance vibra-

vitesses de rotation distinctes de la résonnance de façon à con-

firmer la présence d'une fissure axiale dans le rotor.

27. Appareil selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: des moyens pour recueillir un nombre entier de segments temporels du signal de vibration de fond et du signal de vibration de surveillance, respectivement, pour chaque vitesse de rotation concernée; des moyens pour sommer de façon synchrone tous les segments temporels recueillis du signal de vibration de fond et du signal de vibration de surveillance, respectivement, pour chaque vitesse de rotation concernée, en les superposant les uns aux autres de façon a produire un signal de vibration de fond renforcé

et un signal de vibration de surveillance renforcé, respective-

ment; et des moyens pour mémoriser le signal de vibration de fond renforcé.