FR2926166A1

FR2926166A1 - Kit de capteurs de temperature, notamment pour turbine a combustion.

Info

Publication number: FR2926166A1
Application number: FR0850093A
Authority: FR
Inventors: Pascal Janin
Original assignee: GE Energy Products France SNC
Current assignee: GE Energy Products France SNC
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2009-07-10
Anticipated expiration: 2028-01-08
Also published as: FR2926166B1

Abstract

Le système de mesure de température comprend au moins un capteur de température et au moins un câble de liaison 34 électrique relié au capteur de température et comportant des fils 40 enveloppés par une gaine 42, et au moins un câble d'extension 36 électrique destiné à être relié à une boîte de jonction électrique et comprenant des fils 44 enveloppés par une gaine 46.L'extrémité de chaque fil 44 du câble d'extension est individuellement connectée électriquement à l'extrémité du fil 40 correspondant du câble de liaison. Le système comprend en outre une matière d'enrobage 50 à l'intérieur de laquelle sont noyées les extrémités connectées de chacun des fils 40, 44 du câble d'extension et du câble de liaison et les parties d'extrémité adjacentes des gaines 42, 46 associées.

Description

DEMANDE DE BREVET B07-4121FR - JT/PG Société en nom collectif dite : GE Energy Products France SNC

Kit de capteurs de température, notamment pour turbine à combustion. Invention de : Pascal JANIN

2 Kit de capteurs de température, notamment pour turbine à combustion.

La présente invention concerne le domaine général des ensembles ou kits de capteurs de température utilisés pour mesurer la température d'une installation industrielle. Une application particulièrement intéressante de l'invention concerne la mesure de température pour des machines tournantes telles que des alternateurs ou des turbines à combustion.

D'autres applications peuvent bien entendu être prévues pour de tels ensembles ou kits de capteurs de température. Classiquement, dans une machine tournante industrielle, une partie fixe est en contact avec une partie tournante par l'intermédiaire de paliers du type à coussinet ou à patin. Les paliers sont généralement lubrifiés et refroidis par de l'huile sous pression. L'élévation de la température de l'huile induit des transferts thermiques vers les différents éléments constituant la machine, et notamment vers la partie fixe. Afin de procéder au contrôle de fonctionnement de la machine tournante, on mesure notamment la température de la matière de la partie fixe. A cet égard, il est généralement prévu des capteurs de température comprenant des sondes à thermocouple ou des sondes à résistance. Ces capteurs de température doivent permettre d'obtenir des mesures fiables et ne pas être susceptibles de favoriser l'apparition de phénomènes pouvant générer des risques pour les équipements et le personnel environnant. Les difficultés rencontrées lors de l'utilisation de tels capteurs sont principalement liées à leur résistance aux conditions environnantes.

3 Sur la figure 1, on a représenté l'implantation d'un tel capteur 10 de température au niveau de la machine tournante. Le capteur 10 de température est monté à l'intérieur d'un support 12, appelé doigt de gant, en contact avec la partie fixe 14 de la machine tournante dont la température est à surveiller. Pour permettre le raccordement électrique du capteur 10 de température, un câble de liaison 16 est prévu et traverse des zones hétérogènes en ce qui concerne la pression d'huile, la température, le caractère explosif de l'atmosphère, etc. Des moyens d'étanchéité 18 sont montés sur l'enveloppe 20 du mécanisme de la machine tournante. Un conduit 22 est prévu pour protéger le câble de liaison 16 à l'extérieur de la machine tournante jusqu'une boîte de connexion 24 électrique intermédiaire. Une absence d'étanchéité peut induire des erreurs de mesure, voire des dysfonctionnements des moyens utilisés pour la détection de la température. Par exemple, dans le cas d'une détérioration de la gaine isolante de protection du câble de liaison électrique lors de son montage à l'intérieur de l'enveloppe 20 du mécanisme, l'huile sous pression peut s'écouler à l'intérieur de cette gaine isolante de protection jusqu'au niveau de la boîte de connexion électrique intermédiaire. Ceci est particulièrement dangereux et peut favoriser des débuts d'incendie. Ces fuites sont susceptibles de mettre en cause la sécurité du personnel et l'intégrité de l'installation. Dans ces conditions, il n'est pas possible de satisfaire aux exigences particulières définies dans la directive européenne 94/9/CE du Parlement Européen et du Conseil du 23 mars 1994. Afin de réduire le risque de fuites d'huile, le brevet US-B2-6, 354, 735 préconise de prévoir un fil en silicone fondu à

4 l'intérieur de la gaine isolante de protection entre les fils électriques du câble de liaison. Ainsi, lors d'une détérioration de la gaine isolante de protection, l'huile sous pression ne peut se diffuser au-delà des zones étanches ainsi créées.

Toutefois, cette solution ne permet pas de limiter d'autres types de fuites pouvant par exemple se produire entre les fils électriques et leur enveloppe protectrice individuelle. La présente invention vise notamment à remédier à ces inconvénients.

Plus particulièrement, la présente invention vise un prévoir un système de mesure de température particulièrement efficace, économique et permettant de maîtriser des fuites de liquide. L'invention a donc pour objet un système de mesure de températures, notamment pour turbine à combustion, comprenant au moins un capteur de température de température et au moins un câble de liaison électrique relié au capteur de température et comportant des fils enveloppés par une gaine. Le système comprend en outre au moins un câble d'extension électrique destiné à être relié à une boîte de jonction électrique et comprenant des fils enveloppés par une ou plusieurs gaines. L'extrémité de chaque fil du câble d'extension est individuellement connectée électriquement à l'extrémité du fil correspondant du câble de liaison. Le système comprend également une matière d'enrobage à l'intérieur de laquelle sont noyées les extrémités connectées de chacun des fils du câble d'extension et du câble de liaison et les parties d'extrémité adjacentes des gaines associées. La prévision d'une connexion électrique individuelle et indépendante des autres connexions entre chaque fil du câble d'extension et le fil du câble de liaison correspondant, combinée à l'utilisation d'un matériau d'enrobage pour l'encapsulation de ces différentes connexions électriques permet d'obtenir une bonne étanchéité au niveau de la zone de raccordement entre les câbles de 5 liaison et d'extension. En effet, au niveau de chaque connexion électrique entre un fil du câble d'extension et le fil du câble de liaison correspondant, on assure la présence de matière d'enrobage, ce qui évite une éventuelle propagation d'huile vers la boîte de jonction électrique le long des fils. Avantageusement, chaque connexion électrique entre les fils du câble de liaison et du câble d'extension s'effectue avec un point de soudure. Pour chaque point de connexion entre les fils des câbles de liaison et des câbles d'extension, la surface recouverte par le matériau d'enrobage est donc accrue. Dans un mode de réalisation, le système comprend en outre un manchon remplit au moins partiellement par la matière d'enrobage. Le manchon peut ainsi former un moule pour la coulée de la matière d'enrobage.

De préférence, le système comprend des moyens de raccordement pour le montage sur un élément extérieur. Les moyens de raccordement peuvent comporter un corps à l'intérieur duquel est montée une pièce de serrage, et une bague de compression apte à comprimer radialement le manchon lors rapprochement relatif du corps et de la pièce de serrage. Dans un mode de réalisation, le manchon comporte à chaque extrémité des moyens de scellage et d'étanchéité. De préférence, le capteur de température comprend un support destiné à être monté en appui contre la zone dont la température est à

6 mesurer, un élément de mesure monté à l'intérieur du support, et au moins une matière d'encapsulation prévue entre le support et le câble de liaison électrique. On limite ainsi le risque d'infiltration d'huile entre le support et le câble de liaison électrique, et d'écoulement en direction du manchon et de la matière d'enrobage. Avantageusement, le système comprend des moyens de maintien en position du support contre la zone dont la température est à mesurer.

Dans un mode de réalisation, ces moyens de maintien comportent un organe d'appui rapporté sur le câble de liaison et un ressort monté entre le support et ledit organe d'appui. L'organe de fixation peut comprendre une rondelle ou un écrou. Alternativement, les moyens de maintien en position comprennent une douille fendue en appui contre le support. Le système peut comporter une pluralité de capteurs de température du type thermocouple ou du type à résistance. L'invention concerne également un dispositif de connexion électrique au travers d'une paroi, le dispositif comprenant au moins un câble de liaison électrique destiné à être relié à un premier moyen disposé d'un côté de la paroi, et au moins un câble d'extension électrique destiné à être relié à un second moyen disposé d'un côté opposé de la paroi, lesdits câbles comportant des fils enveloppés respectivement par une gaine. L'extrémité de chaque fil du câble d'extension est individuellement connectée électriquement à l'extrémité du fil correspondant du câble de liaison. Le dispositif comprend en outre une matière d'enrobage à l'intérieur de laquelle sont noyées les extrémités connectées de chacun des fils du câble

7 d'extension et du câble de liaison et les parties d'extrémité adjacentes des gaines associées. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement l'implantation d'un système de mesure du type à thermocouple dans une machine tournante, - la figure 2 est une vue schématique d'un système de mesure de température selon l'invention, - la figure 3 est une vue de détail en coupe de la figure 2, et - les figures 4 à 7 sont des vues en coupe de moyens de maintien en position d'un capteur de mesure du système de la figure 2 selon des premier, second, troisième et quatrième modes de réalisation de l'invention. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement un système de mesure de température, désigné par la référence numérique générale 30, et destiné à être utilisé dans une machine tournante telle qu'une turbine à combustion. Toutefois, on conçoit aisément qu'il pourrait également être possible d'utiliser ce système sur d'autres installations. Le système 30 comprend principalement des capteurs 32 de température destinés à être montés entre une zone à surveiller de la machine tournante, par exemple des paliers, des câbles de liaison 34 électriques raccordés aux capteurs 32, et des câbles d'extension 36 électriques prolongeant les câbles de liaison. Les câbles d'extension 36 sont destinés à être situés à l'extérieur des paliers de la machine tournante à surveiller et sont raccordés à une boîte de jonction ou de connexion électrique intermédiaire (non représentée) prévue notamment pour le

8 raccordement électrique et la transmission des signaux des mesures effectuées par les capteurs 32. Les câbles d'extension 36 sont par exemple multibrins torsadés afin de permettre une bonne tenue aux vibrations et limiter les effets capacitifs du système 30. Les câbles d'extension 36 peuvent être munis d'un blindage non relié apte à servir de protection mécanique afin d'améliorer la résistance aux chocs et autres contraintes mécaniques extérieures, en particulier au cisaillement. Le système 30 comprend également un manchon 38 destiné à être situé au niveau d'une paroi de l'enveloppe délimitant l'intérieur et l'extérieur des paliers à surveiller de la machine tournante, et à l'intérieur duquel sont connectés électriquement les câbles de liaison 34 et d'extension 36. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 2, le système 30 comporte deux capteurs 32 de température et deux câbles de liaison 34 et d'extension 36 associés. Toutefois, on conçoit aisément qu'il est également possible de prévoir un nombre inférieur ou supérieur de capteurs et de câbles en fonction du nombre de zones à surveiller.

Comme illustré visiblement sur la figure 3 et comme indiqué précédemment, le raccordement électrique entre les câbles de liaison 34 et d'extension 36 s'effectue à l'intérieur du manchon 38 d'axe longitudinal X-X'. Le manchon 38 de raccordement peut être réalisé dans une matière métallique, par exemple en inox.

Les câbles de liaison 34 comportent une pluralité de fils 40 de connexion électrique enveloppés en partie par une gaine 42 de recouvrement et raccordés à des fils 44 de connexion électrique des câbles d'extension 36 enveloppés également par une gaine 46 de recouvrement. Chaque fil 40, 44 comporte une enveloppe protectrice

9 individuelle (non représentée) logée à l'intérieur de la gaine 42, 46 associée. Les fils 40, 44 sont dénudés à leur extrémité libre située à l'intérieur du manchon 38 de manière à permettre leur connexion. Chaque fil 40 des câbles de liaison 34 est relié électriquement au fil 44 correspondant du câble d'extension associé, et ce, indépendamment des autres fils 40, 44 existants. En d'autres termes, un fil 40 est connecté individuellement au fil 44 correspondant, et un espace, ici radial, est ménagé entre cette zone de connexion et la zone de connexion immédiatement adjacente reliant deux fils 40, 44 voisins.

La connexion électrique entre les fils 40 et 44 des câbles de liaison 34 et d'extension 36 est réalisée par soudage. On obtient ainsi pour chaque connexion entre un fil 40 et 44, un point de soudure 48 de diamètre accru par rapport au diamètre des fils. Pour des raisons de clarté, seuls certains fils 40, 44 ont été référencés sur la figure 3.

Le manchon 38 de raccordement est rempli par une matière d'enrobage 50 de manière à noyer les extrémités des fils 40, 44 dénudés et reliés électriquement et les parties d'extrémités adjacentes des gaines 42, 46 situées à l'intérieur dudit manchon. Ainsi, chaque connexion électrique entre deux fils 40 et 44 est enrobée par la matière d'enrobage 50. La matière d'enrobage 50 est constituée par une résine durcissant à la température ambiante ou sous l'effet de la chaleur. Avantageusement, elle est choisie de façon à adhérer au manchon 38, aux gaines 42, 46 et aux fils 40, 44 de façon à assurer une parfaite étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur du manchon 38 et obtenir des connexions électriques étanches. La matière d'enrobage 50 peut être une résine époxy. Des moyens de scellage 52, 54 sont prévus à chaque extrémité axiale du manchon 38 de manière à fermer hermétiquement ledit manchon. Ces moyens 52, 54 sont adaptés pour résister à des

10 températures relativement élevées. Ces moyens de scellage et d'étanchéité 52, 54 sont réalisés sous forme de disques percés en fonction du nombre de câbles utilisés et peuvent être réalisés dans une matière métallique, par exemple en inox. Ainsi, le manchon 38 forme un bloc d'encapsulation parfaitement étanche De manière à permettre le passage des câbles de liaison 34 et d'extension 36 au niveau des moyens 52 et 54, des trous traversants (non référencés) sont prévus pour permettre un engagement, de préférence sans jeu, avec les gaines 42, 46 correspondantes desdits câbles. Pour procéder au montage du manchon 38 sur la paroi de l'enveloppe délimitant l'intérieur et l'extérieur des paliers à surveiller de la machine tournante, le système 30 comporte des moyens 56 comportant un corps 58 équipé d'un filetage destiné à être vissé sur la paroi de l'enveloppe, une pièce de serrage 60 montée en partie à l'intérieur du corps 58, et une bague de compression 62 montée axialement entre ces deux éléments. Le corps 58, de forme générale annulaire, comporte un alésage étagé muni d'une première partie 58a de petit diamètre et d'une seconde partie 58b de grand diamètre filetée reliée par l'intermédiaire d'une portion de raccordement 58c tronconique. La seconde partie 58b filetée est prévue pour coopérer avec un filetage 60a correspondant de la pièce de serrage 60 annulaire pour permettre des déformations axiale et radiale de la bague de compression 62.

La bague de compression 62, de forme générale annulaire, est montée autour du manchon 38 en contact avec la surface extérieure de celui-ci. Elle peut être réalisée en acier. La bague de compression 62 comporte une surface en concordance de forme avec la portion de raccordement 58c du corps 58 de manière qu'un rapprochement axial

11 relatif de la pièce de serrage 60 et dudit corps 58 provoque un déplacement radial de la bague de compression 62 vers le manchon 38 de manière à obtenir le blocage par sertissage dudit manchon. Ainsi, on obtient de manière particulièrement aisée par simple vissage, le montage du système 30 sur la paroi délimitant l'intérieur et l'extérieur des paliers à surveiller de la machine tournante. Comme cela est illustré à la figure 4, afin de permettre le maintien des capteurs de mesure 32 à l'intérieur d'un logement 66 des zones du palier à surveiller, des moyens de maintien en position sont associés à chaque capteur de mesure 32. Ces moyens de maintien en position comportent un ressort 68 et une rondelle 70 montée autour de la gaine 42 du câble de liaison 34 et venant en contact contre le logement 66. Le ressort 68 est monté d'un côté en appui contre le capteur de mesure 32 et du côté opposé contre la rondelle 70. Plus précisément, le ressort 68 vient en appui contre un support 72 du capteur de mesure 32, généralement appelé doigt de gant, dans lequel est intégré un élément de mesure. Le support 72 comporte une embase 72a en appui contre le fond du logement 66 par l'intermédiaire du ressort 68 qui est prolongée par une partie tubulaire 72b à l'intérieur de laquelle est logée l'extrémité libre du câble de liaison 34 opposée à celle connectée électriquement au câble d'extension 36 (figure 3). Les parties dénudées des fils 40 de connexion sont connectées deux à deux à l'intérieur du support 72 par des points de soudure 75. De manière à rendre étanche les connexions entre les fils 40 à l'intérieur du support 72, une première matière d'encapsulation 76 est prévue entre les parties dénudées des fils 40, l'extrémité adjacente de la gaine 42 du câble de liaison 34, et l'embase 72a. Une seconde matière d'encapsulation 78 est ici prévue pour remplir l'espace restant entre le support 72 et entre ladite gaine 42 et la première matière

12 d'encapsulation 76. Les matières d'encapsulation 76, 78 peuvent par exemple être des résines époxy. Bien entendu, en variante, il pourrait être possible de prévoir une unique matière d'encapsulation remplissant entièrement le support 72.

Dans la variante de réalisation de la figure 5 sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, il est en outre prévu un bloc de fixation 80 moulé autour du câble de liaison 34 à l'intérieur du logement 66, et contre lequel la rondelle 70 vient en appui. Alternativement, en remplacement de la rondelle 70 et du bloc de fixation 80, il est possible de prévoir un écrou 82 venant se visser dans une portion filetée du logement 66 et formant un appui pour une extrémité du ressort 68, comme cela est illustré à la figure 6. En variante, comme représenté à la figure 7 sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, il est encore possible de prévoir une douille 84 fendue venant se visser à l'intérieur du logement 66 et apte à maintenir directement l'embase 72a du support 72 contre la surface à surveiller. Dans ce mode de réalisation, le câble de liaison 34 est courbé de manière à permettre son passage par la fente de la douille 84.

Bien que dans les modes de réalisation précédemment décrits, le système soit prévu pour effectuer des mesures de température, on conçoit qu'il est également possible, sans sortir du cadre de l'invention, d'utiliser les moyens pour réaliser la connexion électrique entre les câbles de liaison et d'extension dans d'autres applications en vue d'un autre type de raccordement électrique.

Claims

REVENDICATIONS

1-Système de mesure de température, notamment pour turbine à combustion, le système comprenant au moins un capteur (32) de température et au moins un câble de liaison (34) électrique relié au capteur (32) de température et comportant des fils (40) enveloppés par une gaine (42), caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un câble d'extension (36) électrique destiné à être relié à une boîte de jonction électrique et comprenant des fils (44) enveloppés par une gaine (46), l'extrémité de chaque fil (44) du câble d'extension étant individuellement connectée électriquement à l'extrémité du fil (40) correspondant du câble de liaison, et en ce qu'il comprend en outre une matière d'enrobage (50) à l'intérieur de laquelle sont noyées les extrémités connectées de chacun des fils (40, 44) du câble d'extension et du câble de liaison et les parties d'extrémité adjacentes des gaines (42, 46) associées.

2-Système selon la revendication 1, dans lequel chaque connexion électrique entre les fils (40, 44) du câble de liaison et du câble d'extension s'effectue avec un point de soudure (48).

3-Système selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre un manchon (38) remplit au moins partiellement par la matière d'enrobage (50).

4-Système selon la revendication 3, comprenant des moyens de raccordement (56) du système sur un élément extérieur munis d'un corps (58) à l'intérieur duquel est montée une pièce de serrage (60), et une bague de compression (62) apte à comprimer radialement le manchon (38) lors du rapprochement relatif du corps et de la pièce de serrage. 14

5-Système selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le manchon (38) comporte à chaque extrémité des moyens de scellage (52, 54).

6-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur (32) de température comprend un support (72) destiné à être monté en appui contre la zone dont la température est à mesurer, un élément de mesure monté à l'intérieur du support, et au moins une matière d'encapsulation (76, 78) prévue entre le support et le câble de liaison (34) électrique.

7-Système selon la revendication 6, comprenant des moyens de maintien en position (68, 70 ; 68, 70, 80 ; 68, 82 ; 84) du support contre la zone dont la température est à mesurer.

8-Système selon la revendication 7, dans lequel les moyens de maintien en position comprennent un organe d'appui (70, 80 ; 82) monté sur le câble de liaison et un ressort (68) monté entre le support (72) et ledit organe d'appui.

9-Système selon la revendication 8, dans lequel l'organe d'appui comprend une rondelle ou un écrou.

10-Système selon la revendication 7, dans lequel les moyens de maintien en position comprennent une douille fendue (84) en appui contre le support (72).

11-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pluralité de capteurs (32) de température du type thermocouple.

12-Dispositif de connexion électrique au travers d'une paroi, le dispositif comprenant au moins un câble de liaison (34) électrique destiné à être relié à un premier moyen disposé d'un côté de la paroi, et au moins un câble d'extension (36) électrique destiné à être relié à un second moyen disposé d'un côté opposé de la paroi, lesdits câbles comportant des fils (40, 44) enveloppés respectivement par une gaine 15 (42, 46), caractérisé en ce que l'extrémité de chaque fil (44) du câble d'extension est individuellement connectée électriquement à l'extrémité du fil (40) correspondant du câble de liaison, et en ce qu'il comprend en outre une matière d'enrobage (50) à l'intérieur de laquelle sont noyées les extrémités connectées de chacun des fils (40, 44) du câble d'extension et du câble de liaison et les parties d'extrémité adjacentes des gaines (42, 46) associées.