FR2871568A1 - Installation de controle non destructif d'un rotor - Google Patents

Abstract

Installation de contrôle d'une pièce comportant des cavités annulaires coaxiales adjacentes axialement et un espace commun s'étendant axialement entre les cavités.L'installation comporte un plateau (35) sur lequel on dispose la pièce (13), une colonne (41) évoluant dans ledit espace commun, une chaîne à maillons bloquants (47) montée coulissante le long de ladite colonne et un boîtier de renvoi (49) porté par la colonne d'où la chaîne ressort horizontalement sous forme de tronçon rigide.

Description

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L'invention se rapporte à une installation de contrôle non destructif d'un rotor de forme complexe comportant notamment des cavités annulaires coaxiales et adjacentes axialement. Elle concerne plus particulièrement le mécanisme permettant d'introduire un ou plusieurs capteurs dans de telles cavités annulaires pour scruter la surface des disques séparant lesdites cavités et détecter d'éventuels défauts dans de tels disques.

Une pièce telle qu'un rotor de compresseur haute pression d'un turboréacteur, qui porte les aubes, est soumise à des contraintes mécaniques et thermiques sévères. C'est pourquoi il est souhaitable d'effectuer un contrôle rigoureux d'une telle pièce avant sa mise en service ou dans le cadre d'une révision.

On sait qu'un rotor du genre indiqué ci-dessus comporte des disques en alliage de titane soudés les uns aux autres et définissant entre eux des cavités annulaires réputées difficilement accessibles. Différents défauts ou dégradations peuvent affecter cette pièce et notamment les disques intérieurs. Notamment, on sait que l'alliage de titane dans lequel ils sont formés peut renfermer des inclusions. Ces hétérogénéités créent des zones de faiblesse dans le métal; elles peuvent généralement être détectées par un examen par ultrasons. Des fissures ou criques peuvent aussi exister ou apparaître après un certain temps d'exploitation. De tels défauts peuvent généralement être perçus par un examen mettant en oeuvre des courants de Foucault induits dans la structure métallique.

Jusqu'à présent, il n'avait pas été envisagé de contrôler les disques intérieurs d'une telle pièce.

Plus précisément, l'invention concerne une installation de contrôle non destructif d'une pièce telle qu'un rotor, comportant des cavités annulaires coaxiales et adjacentes axialement et un espace commun s'étendant axialement entre lesdites cavités annulaires, caractérisée en ce qu'elle comporte un plateau horizontal sur lequel ladite pièce peut être disposée pour le contrôle, une colonne verticale mobile au-dessus dudit plateau et agencée pour s'engager dans ledit espace commun de ladite pièce à contrôler, une chaîne à maillons bloquants montée coulissante le long de ladite colonne et un boîtier de renvoi porté par ladite colonne et comportant un conduit de guidage coudé pour ladite chaîne, présentant une sortie latérale par où ladite chaîne ressort 2871568 2 sensiblement horizontalement sous forme de tronçon rigide avec ses maillons mutuellement bloqués, l'extrémité dudit tronçon rigide étant liée à au moins un capteur de mesure pour le déplacer en regard d'une surface à contrôler de ladite pièce.

Lorsque la chaîne est complètement rétractée, c'est-à-dire lorsque la longueur du tronçon rigide de celle-ci est nul ou pratiquement nul, l'encombrement des éléments fixés à l'extrémité inférieure de la colonne est tel que le boîtier de guidage et le ou les capteurs ramenés près de la sortie latérale de celui-ci peuvent évoluer librement dans ledit espace commun, la colonne se déplaçant verticalement selon son propre axe. De cette façon, le capteur ou l'ensemble de capteurs peut être déplacé verticalement pour être amené en regard de telle ou telle cavité. Ensuite, l'actionnement de la chaîne et par conséquent l'élongation dudit tronçon rigide de celle-ci permet d'introduire le ou les capteurs dans la cavité pour permettre une scrutation de la surface d'un disque.

De préférence, le plateau sur lequel la pièce est posé est un plateau rotatif d'axe de rotation vertical. La mise en rotation du plateau permet la scrutation de la surface d'un disque en limitant les mouvements du ou des capteurs à un déplacement radial. Cependant, on peut parfaitement imaginer de réaliser la scrutation par des rotations successives de la colonne séparées par des déplacements radiaux du ou des capteurs montés à l'extrémité du tronçon rigide de la chaîne.

Avantageusement, le plateau est agencé au fond d'une cuve conformée et dimensionnée pour recevoir la pièce et la cuve est remplie d'un liquide de couplage nécessaire ou souhaitable pour le bon fonctionnement de l'un au moins des capteurs précités. Dans l'exemple, au moins l'un des capteurs est en effet un capteur à ultrasons et il est préférable de le faire évoluer dans un liquide de couplage qui en l'occurrence peut être de l'eau.

Selon une autre caractéristique avantageuse, au moins l'un des capteurs est un capteur à courants de Foucault.

Selon un mode de réalisation possible, le boîtier de renvoi abrite un pignon qui est en prise avec ladite chaîne, ce pignon contrôlant le déplacement de la chaîne et notamment la longueur de celle-ci faisant saillie horizontalement de ladite sortie latérale sous forme de tronçon rigide.

2871568 3 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celleci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'une installation de contrôle non destructif conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexées dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique de l'installation de contrôle non destructif d'un rotor de compresseur; - la figure 2 est une vue de détail à plus grande échelle de l'installation, illustrant la mise en oeuvre de la scrutation de la surface de l'un des disques dudit rotor; - la figure 3 est une vue de dessus de la figure 2; la figure 4 est une vue de détail du support de capteurs; - la figure 5 est une vue selon la flèche V de la figure 4; et la figure 6 est une vue de dessus de la figure 4.

L'installation de contrôle non destructif telle que décrite et représentée est plus spécifiquement adaptée au contrôle d'une pièce 13 formant un rotor de compresseur, du genre équipant un turboréacteur d'avion, cette pièce particulière étant encore appelée spool . Dans le réacteur, ce rotor porte des aubes et tourne à grande vitesse. Elle est entièrement en alliage de titane et réalisée à partir de disques 15 soudés les uns aux autres. Une fois achevée, la pièce, de grande dimension (jusqu'à 50 cm de diamètre environ) est de forme complexe comprenant plusieurs cavités annulaires 17 coaxiales et adjacentes axialement, séparées par les disques 15 annulaires, présentant chacun un renflement 19 près de son bord intérieur. Un espace commun à toutes les cavités, s'étendant lui-même axialement, se trouve ainsi défini au centre de la pièce.

On désire notamment contrôler tous les disques 15 et plus particulièrement détecter dans ceux-ci d'éventuelles inclusions ou encore 30 des fissures (encore appelées criques).

Dans l'exemple, on prévoit de détecter les inclusions principalement par une analyse par ultrasons et de détecter les fissures principalement par une analyse par courants de Foucault.

Des capteurs à ultrasons et à courants de Foucault, formant 35 émetteurdétecteur, sont disponibles sur le marché.

2871568 4 Plus généralement, l'invention vise à réaliser une analyse d'une pièce à partir de plusieurs capteurs mettant en oeuvre des phénomènes physiques différents, afin de relever des groupes de données spécifiques de ces capteurs et correspondant respectivement (pour chaque groupe) à des zones de la surface de chaque disque. Les groupes de données sont relevés en scrutant ladite surface zone après zone. Ainsi, toutes les données nécessaires sont acquises en une seule scrutation.

Dans l'exemple, tous les capteurs sont portés par un même support de capteurs 25 apte à se déplacer en regard de chaque surface à contrôler de chaque disque 15. Le support de capteurs est équipé d'un capteur à courants de Foucault 27 et d'au moins un capteur à ultrasons. Dans l'exemple représenté, le support est équipé de deux capteurs à ultrasons 29a, 29b disposés de part et d'autre du capteur à courants de Foucault 27. Ce dernier est installé sur le support pour être en regard de la zone élémentaire 31 de la surface du disque (perpendiculairement à celle-ci) qui fait l'objet du contrôle à un instant donné, tandis que les deux capteurs à ultrasons 29a, 29b sont orientés de façon que leurs axes d'action convergent sensiblement vers ladite zone élémentaire. Plus précisément ici, les axes d'action des capteurs à ultrasons font un angle d'environ 25 par rapport à un axe du capteur à courants de Foucault, luimême sensiblement perpendiculaire à la surface à contrôler. Les axes d'action des capteurs à ultrasons 29a, 29b sont sensiblement dans le même plan (voir figure 6). Les directions de ces axes sont prévues pour que les faisceaux frappent sensiblement la même zone élémentaire, soumise à l'analyse par courants de Foucault. En outre, pour éviter que les capteurs à ultrasons ne se perturbent mutuellement en cours d'utilisation, ils sont mis en oeuvre alternativement. Par exemple, on peut procéder par tirs d'ultrasons décalés de 300 à 400 micro-secondes, les faisceaux acoustiques ultrasoniques ayant une fréquence voisine de 5 mégahertz.

On peut aussi décaler les capteurs pour qu'ils "visent" des zones voisines mais différentes; l'essentiel est que l'ensemble des données soit acquis en une seule scrutation.

Comme cela est visible sur les dessins, le support de capteurs 25 a la forme d'un petit chariot muni de galets de roulement 32 par lesquels il est en contact avec la surface à contrôler pendant la scrutation de l'un des disques. Par ce moyen simple, on est assuré que les 2871568 5 capteurs se trouvent toujours placés à la distance voulue de la zone à contrôler. En effet, le disque étant disposé horizontalement pendant l'analyse, le chariot repose sur la surface du disque et roule sur celle- ci au fur et à mesure de l'acquisition des données. Les galets de roulement 32 sont disposés pour que leurs axes de rotation soient approximativement orientés radialement par rapport au disque, pour favoriser un déplacement circulaire. En effet, ladite scrutation s'effectue par tours successifs permettant d'analyser une bande annulaire étroite, zone après zone. Entre deux tours, un déplacement radial élémentaire du chariot est commandé pour poursuivre la scrutation d'une bande annulaire adjacente. Les galets de roulement pourraient d'ailleurs être remplacés par des sphères retenues captives dans des logements correspondants du support, facilitant les déplacements élémentaires dans le sens radial.

Pendant l'analyse, la pièce 13 est entraînée en rotation autour de son propre axe de révolution et le support est posé sur l'un des disques à une distance radiale réglable. Pour ce faire, l'installation comporte aussi un plateau horizontal tournant 35, motorisé. La pièce à analyser est posée sur ce plateau de façon que son axe de révolution coïncide avec l'axe de rotation dudit plateau. Ce dernier est commandé pour tourner à vitesse constante. La vitesse est néanmoins adaptée au rayon de la zone scrutée pour que le contrôle s'effectue toujours à une même vitesse choisie, par exemple de l'ordre de 300 millimètres par seconde.

Le contrôle s'effectue tour après tour avec une progression radiale pas à pas de 6 dixièmes de millimètre, environ. On peut ainsi acquérir simultanément en une seule scrutation trois images différentes de la structure de l'alliage, ce qui permet de détecter avec une quasi certitude tous les défauts mentionnés ci-dessus.

De plus, le support est assujetti à se déplacer dans un liquide de couplage favorable à l'analyse par ultrasons. En l'occurrence, ce liquide est simplement de l'eau. A cet effet, le plateau 35 est agencé au fond d'une cuve 37 remplie d'eau 38 en sorte que la pièce 13 à analyser se trouve totalement immergée dans l'eau pendant le contrôle. Ce contrôle, disque par disque, s'effectue entièrement dans l'eau.

On commence par scruter et analyser les surfaces placées horizontalement en passant de l'une à l'autre comme il sera indiqué plus loin. Puis, on peut retourner la pièce 13 pour contrôler les mêmes disques à nouveau mais en scrutant les autres surfaces de ceux-ci. On peut ainsi détecter de façon fiable des défauts se situant à des profondeurs différentes dans l'épaisseur du métal. Il est à noter que le fait de procéder au contrôle de la surface horizontale inférieure dans chaque cavité 17 permet d'éviter que les mesures soient perturbées par des bulles d'air, celles-ci ayant tendance à s'accumuler contre la surface horizontale supérieure, au-dessus du support 25, d'où l'intérêt de retourner la pièce pour scruter l'ensemble des surfaces.

Pour réaliser ladite scrutation d'une surface annulaire de disque, par le support de capteurs, il faut combiner un déplacement circulaire et un déplacement radial du support et/ou de la pièce. Dans l'exemple décrit, on a choisi de faire tourner la pièce 13 autour de son axe de révolution et de déplacer le chariot radialement, pas par pas. Une autre solution, facile à mettre en oeuvre, consiste à ne pas faire tourner la pièce mais à déplacer le support 25 en une succession de rotations et de déplacements dans le sens radial. Dans l'exemple, ledit support 25 est rattaché de façon articulée à l'extrémité d'un moyen de déplacement 41 qui peut lui faire faire aussi bien une rotation qu'un déplacement radial mais qui (compte tenu du fait que la pièce elle-même est montée sur un plateau tournant) est ici agencé pour déplacer ledit chariot radialement par rapport à l'axe de rotation du plateau.

On va maintenant décrire le moyen de déplacement 41 auquel est rattaché le support. Il comprend une colonne verticale 45 mobile, à positionnement réglable, installée au-dessus du plateau et agencée pour s'engager dans ledit espace 21 commun auxdites cavités annulaires, défini axialement au centre de l'ensemble des disques 15 et une chaîne à maillons bloquants 47 montée coulissante le long de ladite colonne. Cette dernière est mobile longitudinalement suivant son propre axe, c'est-à-dire verticalement. Elle porte à son extrémité inférieure un boîtier de renvoi 49 comportant une sorte de conduit de guidage 51 coudé dans lequel circule ladite chaîne. Ce conduit présente une sortie latérale 53 par où la chaîne ressort sensiblement horizontalement sous forme de tronçon rigide 55 avec ses maillons mutuellement bloqués. L'extrémité de la chaîne, c'est-à-dire l'extrémité du tronçon rigide est liée à au moins un capteur de mesure, c'est-à-dire, selon l'exemple, au support 25 portant l'ensemble des capteurs, décrit ci-dessus. Ainsi, en faisant varier la longueur du tronçon rigide 55, le capteur ou le support 25 peut se déplacer en regard de la surface de l'un des disques 15, pour effectuer le contrôle et la détection des défauts. Dans l'exemple, le déplacement est essentiellement radial puisque la pièce à contrôler est placée sur un plateau tournant.

Selon un mode de réalisation décrit et donné uniquement à titre d'exemple, l'autre extrémité de la chaîne est fixée à un coulisseau 59 engagé dans une sorte de glissière verticale installée le long de la colonne. Le boîtier abrite un pignon 61 en prise avec la chaîne. Ce pignon est entraîné par un moteur électrique commandé 63, via un système d'engrenages. Le moteur peut être monté à l'extrémité inférieure de la colonne. La chaîne à maillons bloquants 47 est d'un type connu. On peut utiliser une chaîne dite pas 25 commercialisée sous la marque SERAPID . Une telle chaîne est remarquable en ce que ses maillons sont pourvus de talons 65 qui se bloquent les uns aux autres lorsqu'ils sont alignés et sollicités en rotation dans un sens donné, ici sous l'action de la pesanteur. La rotation du pignon 61 permet de régler la longueur du tronçon horizontal rigide 55 de la chaîne.

Le déplacement commandé de la colonne permet de passer d'un disque donné à un disque voisin, inférieur ou supérieur.

Le support est rattaché, de façon articulée, à l'extrémité dudit tronçon rigide de la chaîne, par l'intermédiaire d'un levier pivotant 67 à deux bras. Il est sollicité vers la surface à scruter par un ressort 69, pour que le support formant chariot soit bien en contact, en toutes circonstances, avec la surface à contrôler.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Installation de contrôle non destructif d'une pièce formant rotor comportant des cavités annulaires coaxiales et adjacentes axialement et un espace commun (21) s'étendant axialement entre lesdites cavités annulaires (17), caractérisée en ce qu'elle comporte un plateau horizontal (35) sur lequel ladite pièce (13) peut être disposée pour le contrôle, une colonne (41) verticale mobile au-dessus dudit plateau et agencée pour s'engager dans ledit espace commun de ladite pièce à contrôler, une chaîne à maillons bloquants (47) montée coulissante le long de ladite colonne et un boîtier de renvoi porté par ladite colonne et comportant un conduit de guidage coudé pour ladite chaîne, prépentant une sortie latérale par où ladite chaîne ressort sensiblement horizontalement sous forme de tronçon rigide (55) avec ses maillons mutuellement bloqués, l'extrémité dudit tronçon rigide étant liée à au moins un capteur de mesure pour le déplacer en regard d'une surface à contrôler de ladite pièce.

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit boîtier abrite un pignon (61) en prise avec ladite chaîne.

3. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit boîtier de renvoi (49) est connecté à l'extrémité inférieure de ladite colonne et en ce que celle-ci est mobile verticalement pour permettre le positionnement dudit boîtier de renvoi à une hauteur telle que ledit capteur puisse scruter une surface annulaire donnée de ladite pièce.

4. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit plateau (35) est un plateau rotatif d'axe de rotation vertical.

5. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit plateau est agencé au fond d'une cuve (37) conformée et dimensionnée pour recevoir ladite pièce et en ce que ladite cuve est remplie d'un liquide de couplage (38) nécessaire au bon fonctionnement d'au moins l'un des capteurs précités.

6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'un au moins des capteurs est un capteur à ultrasons (29a, 29b).

7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit liquide de couplage (38) est de l'eau.

8. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'un au moins des capteurs (27) est un capteur à courants de Foucault.

9. Installation selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que ladite extrémité du tronçon rigide de la chaîne est connectée à un support de capteurs (25) comprenant plusieurs capteurs dont au moins un capteur à ultrasons et un capteur à courants de Foucault pour relever des groupes de données spécifiques de ces capteurs, correspondant respectivement à des zones de ladite surface à contrôler.

10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit support est équipé de deux capteurs à ultrasons (29a, 29b) installés de part et d'autre d'un capteur à courants de Foucault.

11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que ledit support de capteurs comporte des galets de roulement (32) par lesquels il est en contact avec ladite surface à contrôler pendant ladite scrutation et en ce qu'il est rattaché de façon articulée à l'extrémité dudit tronçon rigide de ladite chaîne.

12. Installation selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisée en ce que ledit capteur à courants de Foucault (27) est agencé sur ledit support pour être en regard d'une zone élémentaire en cours de contrôle et en ce que les deux capteurs à ultrasons (29a, 29b) sont orientés pour que leurs axes d'action convergent sensiblement vers ladite zone élémentaire.