FR2950658A1

FR2950658A1 - Procede et dispositif de controle d'une partie tournante du corps haute pression d'un moteur d'avion

Info

Publication number: FR2950658A1
Application number: FR1053216A
Authority: FR
Inventors: Baptiste Benoit Colotte; Jean Pierre Elie Galivel; Bruno Robert Gaully
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2011-04-01
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: FR2950658B1; FR2950657A1

Abstract

Contrôle d'une partie tournante du corps haute pression d'un moteur d'action dans lequel un alternateur spécifique (13) est entraîné via le corps haute pression et consistant à transformer momentanément (30) l'alternateur (13) en moteur pour faire tourner lentement le corps haute pression pour les besoins du contrôle.

Description

L'invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de contrôle d'une partie tournante du corps haute pression d'un turboréacteur. Elle concerne plus particulièrement un perfectionnement permettant de mieux mettre à profit les équipements associés au boîtier d'engrenages, dit "relais d'accessoires", couplé à l'arbre d'un tel corps haute pression. On rappelle que dans un turboréacteur d'avion, le corps haute pression comprend le compresseur haute pression fournissant l'air sous pression à la chambre de combustion et la turbine haute pression entraînant un arbre lui-même couplé au compresseur haute pression, pour son entraînement. Pendant les opérations de maintenance, il est nécessaire de contrôler, dans un premier temps visuellement, l'état des parties tournantes, notamment les aubes rotoriques. Une pratique courante est l'endoscopie. On introduit dans le carter l'extrémité d'un endoscope et on fait tourner le rotor lentement afin de repérer les défauts apparents. Pour ce faire, on dispose traditionnellement d'une manivelle qu'on enclenche sur une prise de mouvement mécanique dédiée, du boîtier d'engrenages du moteur. Ce boîtier d'engrenages est mécaniquement couplé à l'arbre du corps haute pression, puisqu'il est normalement entraîné par lui. Comme cette prise de mouvement doit permettre une rotation du corps haute pression "à la main" et lentement, une ligne d'arbre présentant une démultiplication importante est nécessaire pour ramener le couple à fournir à une valeur compatible avec l'effort que l'on peut raisonnablement demander à un opérateur. On a proposé un système motorisé venant se connecter à la prise de mouvement. Dans tous ces cas, le volume et le poids du boîtier d'engrenage sont augmentés, toutes choses égales par ailleurs, par la présence d'engrenages de démultiplication dont la seule justification est de permettre le contrôle endoscopique, c'est-à-dire la rotation à basse vitesse du corps haute pression. La simplification du boîtier d'engrenages par suppression de ces engrenages de démultiplication, permettrait de réduire la masse suspendue à maintenir en cas de forte charge (perte d'aube). Il en résulterait aussi un allègement des suspensions du boîtier d'engrenages, une réduction du maître couple de la nacelle et par conséquent une diminution de la consommation spécifique du moteur. Les contraintes pour l'habillage du moteur dans la zone considérée seraient également moindres. On a proposé par ailleurs de faire tourner lentement le corps haute pression pendant l'endoscopie par l'intermédiaire du starter du moteur. Cependant, cet élément n'est pas toujours associé au boîtier d'engrenages couplé au corps haute pression, en sorte que ce type d'accès au corps haute pression n'est pas toujours possible. L'invention a pour but de supprimer ou de simplifier l'outillage spécifique (manivelle ou moteur externe) destiné à faire tourner le corps haute pression pendant un contrôle, notamment par endoscopie, tout en permettant de simplifier le boîtier d'engrenages lié au corps haute pression afin d'obtenir les avantages énoncés ci-dessus. L'idée de base de l'invention consiste à utiliser, en tant qu'entrée de la chaîne cinématique couplée au corps haute pression, un composant qui se trouve obligatoirement associé au boîtier d'engrenages, à savoir un alternateur spécifique en principe exclusivement dédié à l'alimentation électrique d'un calculateur associé au moteur (connu notamment sous l'appellation FADEC). Cet alternateur est le plus souvent composé d'un stator bobiné et d'un rotor à aimant permanent (il est connu sous l'abréviation PMA). Pour ce faire, on transforme momentanément cet alternateur spécifique en moteur. Plus particulièrement l'invention concerne un procédé de contrôle d'une partie tournante du corps haute pression d'un moteur d'avion, comportant par ailleurs un alternateur spécifique entraîné par ledit corps haute pression via le boîtier d'engrenages, caractérisé en ce qu'il consiste à transformer momentanément ledit générateur électrique spécifique en moteur pour faire tourner lentement ledit corps haute pression, pour les besoins du contrôle. Comme mentionné ci-dessus, le contrôle en question peut être un contrôle par endoscopie, connu en soi. Ledit alternateur peut être, avantageusement, celui qui est normalement dédié à l'alimentation du calculateur indiqué ci-dessus (FADEC), cet alternateur étant directement monté sur le boîtier d'engrenages précité.

Selon une autre caractéristique avantageuse, dans le cas où l'alternateur spécifique est du type à stator bobiné relié par connecteur à un calculateur, la transformation consiste à déconnecter ledit alternateur de son cordon de raccordement audit calculateur pour avoir accès aux bornes dudit stator bobiné et à connecter à ces bornes un générateur de courant alternatif. Ce dernier peut comporter un onduleur adapté pour être connecté audit stator bobiné. L'onduleur précité peut être alimenté à partir du réseau de distribution de courant continu de l'avion. On peut aussi alimenter l'onduleur par un accumulateur autonome, ledit accumulateur et ledit onduleur faisant partie d'une unité de maintenance mobile. Cette dernière peut aussi comporter un convertisseur alternatif-continu alimentant ledit onduleur. Dans le même esprit, d'autres équipements du boîtier d'engrenage peuvent être mis à profit pour faciliter et améliorer le contrôle d'endoscopie. C'est ainsi que le boîtier d'engrenages abrite toujours un capteur rotatif de vitesse (une roue dentée associée à un détecteur à effet Hall) délivrant un signal représentatif de la vitesse de rotation du corps haute pression. Le même capteur délivre des impulsions de repérage de tour, une dent de hauteur supérieure aux autres sur la roue dentée permet d'obtenir une impulsion différente à chaque tour.

Ainsi, le procédé peut être complété et caractérisé en ce qu'il consiste à réutiliser des informations de vitesse dudit corps haute pression pour contrôler le régime dudit onduleur fonctionnant en mode moteur. Selon une autre caractéristique avantageuse, ce procédé est caractérisé en ce qu'il consiste à réutiliser des informations de repérage de tour dudit corps haute pression pour repérer une observation faite par endoscopie dans ladite partie tournante. L'invention concerne également une installation de contrôle d'une partie tournante du corps haute pression d'un moteur d'avion où ladite partie tournante est mécaniquement liée à un alternateur spécifique, caractérisée en ce qu'elle comporte un générateur de courant alternatif et des moyens de connexion pour connecter ledit générateur de courant alternatif au stator dudit alternateur spécifique pour le transformer momentanément en moteur apte à faire tourner lentement ledit corps haute pression pour les besoins dudit contrôle.

Les moyens de contrôle précités peuvent être avantageusement des moyens de contrôle par endoscopie, connus en soi.

Avantageusement, l'installation décrite ci-dessus est caractérisée en outre en ce que ledit alternateur spécifique étant relié par un connecteur d'alimentation à un calculateur de l'avion, ledit générateur de courant alternatif est électriquement relié, via un toron de câbles électriques à un connecteur semblable audit connecteur d'alimentation, apte à prendre la place de celui-ci et agencé pour relier ledit générateur de courant alternatif à un stator bobiné dudit alternateur spécifique. Le générateur de courant alternatif peut être un onduleur. Enfin, l'installation peut être avantageusement caractérisée en ce qu'elle comporte un toron de transfert de signaux, susceptible d'être relié à une prise existante où sont disponibles des informations (électriques ou optiques par exemple) représentatives de la vitesse du corps haute pression et/ou d'un repérage de tour. Par exemple, un toron de fils électriques permet d'amener à l'installation de contrôle des signaux électriques permettant de contrôler la rotation effective du corps haute pression et facilitant la localisation des défauts relevés par endoscopie. Comme indiqué ci-dessus, ce toron peut être connecté, pendant les opérations de contrôle au capteur à effet Hall intégré au boîtier d'engrenages.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle- ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'une installation de contrôle conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemples et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un boîtier d'engrenages ou relais d'accessoires connu, associé à un turboréacteur d'avion ; - la figure 2 illustre une simplification possible de ce boîtier d'engrenages, résultant de la mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 3 illustre schématiquement une installation de contrôle de maintenance et plus particulièrement les moyens permettant de faire tourner lentement le corps haute pression du turboréacteur, pendant des opérations de contrôle ; et - la figure 4 est un schéma analogue à celui de la figure 3, illustrant une variante intégrée au calculateur.

La figure 1 représente un boîtier d'engrenages classique 11 ou "relais d'accessoires", mécaniquement couplé par des arbres et pignons de renvoi d'angle à l'arbre 12 du corps haute pression (12A) d'un turboréacteur d'avion. Ce boîtier d'engrenages permet de prélever de l'énergie sur l'arbre du corps haute pression, pour les besoins de divers équipements et accessoires nécessaires au bon fonctionnement du moteur et de l'avion. Notamment, il est classique d'installer sur le boîtier d'engrenages un alternateur 13 spécifique (connu sous l'abréviation PMA) destiné exclusivement à l'alimentation électrique d'un calculateur 17. L'alimentation se fait par l'intermédiaire d'un toron de fils électriques 14 établissant la liaison électrique entre l'alternateur et le calculateur. Du côté de l'alternateur, les fils électriques sont branchés à un connecteur 15 (une prise multibroche) enfichée sur un socle de raccordement 16 prévu sur l'alternateur. Par conséquent, les bobinages du stator de l'alternateur sont électriquement "accessibles" via ce socle de raccordement. Par ailleurs, essentiellement pour les besoins des contrôles de maintenance par endoscopie, le boîtier d'engrenages comporte une "prise de mouvement" 19 mécanique avec une extrémité à section carrée 20 (ou hexagonale), à laquelle il est possible d'adapter une manivelle pour faire tourner lentement le corps haute pression 12A pendant un contrôle par endoscopie d'une partie tournante de celui-ci. Sur la figure 1, l'élément destiné à recevoir la manivelle est protégé par un capuchon 22 vissé, qui obture l'accès, en dehors d'une opération de maintenance. A l'intérieur du boîtier d'engrenages, une ligne d'arbre spécifique, avec des pignons démultiplicateurs, est donc implantée pour limiter le couple que doit fournir l'opérateur et pour permettre de faire tourner le corps haute pression à une vitesse faible adaptée au contrôle par endoscopie. Ces éléments n'ont donc aucune utilité pendant le vol. En revanche, ils alourdissent le boîtier d'engrenages et augmentent son encombrement. Il est donc souhaitable de pouvoir les supprimer, ce qui aboutirait à simplifier et alléger le boîtier d'engrenages 11a comme illustré sur la figure 2. L'alternateur 13 (voir figure 3) est ici du type à stator 25 bobiné (triphasé, à trois enroulements en triangle). Le rotor 27 est à aimant permanent 28. Or, le fonctionnement normal de cet alternateur exige aussi une démultiplication élevée. Selon l'invention, on transforme donc cet alternateur 13 en moteur capable de fournir un couple relativement faible mais suffisant pour entraîner le corps haute pression en rotation à faible vitesse, compatible avec les besoins de maintenance (contrôle endoscopique) c'est-à-dire de l'ordre de 1 à 2 tr/min. Pour ce faire, on utilise une installation de maintenance 30 avantageusement montée sur un support roulant et comprenant notamment un générateur de courant alternatif 32, ici un onduleur triphasé à transistors de commutation, d'un type classique qui ne sera pas décrit en détail. L'installation est complétée par une unité logique de commande 34, pilotant l'onduleur et éventuellement par une batterie et/ou un convertisseur alternatif/continu 36 pour alimenter l'onduleur. Les transistors de l'onduleur sont pilotés par ladite unité logique de commande organisant les commutations de façon à engendrer une tension alternative triphasée, appliquée au stator 25 de l'alternateur 13. En alimentant de la sorte le stator bobiné de cet alternateur, on engendre un champ tournant qui entraîne en rotation l'arbre du rotor à aimant permanent. On arrive ainsi à faire tourner le corps haute pression en rotation lente. Pour transformer l'alternateur 13 en moteur, il suffit de regrouper les fils de sortie de l'onduleur 32 en un toron de raccordement 38 terminé par un connecteur 15a comparable à celui de l'alternateur mais présentant des branchements aptes à relier la sortie triphasée de l'onduleur au bobinage du stator comme illustré sur la figure 3, en se raccordant au socle 16. L'installation de maintenance comporte, comme indiqué ci-dessus, une batterie et/ou un convertisseur alternatif-continu connecté pour alimenter l'onduleur. Cependant, ce sous-ensemble peut être supprimé si on utilise le réseau d'alimentation électrique de l'avion pour alimenter l'onduleur. L'installation peut aussi inclure les moyens de contrôle endoscopique 40 connus en soi, ce qui est avantageux si elle est agencée sous forme d'unité mobile.

Il est à noter que l'installation comporte aussi avantageusement un autre toron de transfert de signaux 42 dont les fils électriques sont reliés à l'unité logique de commande 34 pour lui fournir des informations représentatives de la vitesse du corps haute pression et/ou d'un repérage de tour, pendant les opérations de contrôle. Comme indiqué ci-dessus, le toron peut être connecté à une autre prise existante du boîtier d'engrenage où sont disponibles les signaux de sortie d'un capteur de vitesse à effet Hall normalement destiné à fournir des informations au calculateur. Si on déconnecte la liaison entre ce capteur et le calculateur, on peut récupérer les informations de vitesse et de repérage de tour pour le bon fonctionnement de l'installation de contrôle. L'information de vitesse peut ainsi être utilisée pour contrôler le régime de l'alternateur transformé en moteur. L'information de repérage de tour peut, quant à elle, être exploitée pour repérer une position de référence du corps haute pression. L'unité de contrôle peut ensuite effectuer un post-traitement du signal pour définir précisément la position angulaire où une observation a été faite par le contrôle endoscopique. On peut ainsi mémoriser tous les emplacements où on a détecté des défauts, ce qui simplifie et rationalise les opérations de réparation ultérieures. Les informations de vitesse transmises par le toron de transfert de signaux 42 peuvent aussi être utilisées pour obtenir une protection active pendant la maintenance par endoscopie. En effet, le contrôle de la vitesse du corps haute pression permet d'arrêter l'alimentation dudit alternateur spécifique en mode moteur, si une vitesse de rotation anormalement basse, voire nulle, est détectée, alors que la consigne de régime n'est pas nulle.

Cette sécurité permet d'arrêter le corps haute pression si un corps étranger (outillage, chiffon...) est engagé dans le corps haute pression ou même si l'opérateur lui-même est "pincé" par une pale du corps haute pression. Dans ce cas la détection de la chute de vitesse permet d'élaborer un signal de commande d'arrêt de l'onduleur 32, par exemple. Le fait de devoir déconnecter le calculateur pour être en mesure de transformer l'alternateur en moteur protège le calculateur de tout court-circuit éventuel pendant les opérations de maintenance. Bien entendu, l'invention peut s'appliquer à tout moteur d'avion même équipé d'un boîtier d'engrenages selon l'art antérieur, conforme à la figure 1, la commande de rotation du corps haute pression via l'alternateur transformé en moteur étant en soi plus avantageuse que la commande manuelle par manivelle. La figure 4 illustre un autre mode de réalisation, intégré à l'avion, en sorte que le contrôle endoscopique devient possible n'importe où, même en dehors d'un atelier de maintenance équipé. Par exemple, les moyens de contrôle endoscopique 40 peuvent être logés dans l'avion, à demeure. Ils peuvent aussi comme dans le mode de réalisation précédent, faire partie d'une unité mobile, simplifiée. En revanche, les autres éléments sont regroupés autour du calculateur de bord 50 (FADEC) normalement spécifiquement alimenté par l'alternateur 13 lorsque l'avion est en service (moteurs en marche). Ces éléments peuvent même être intégrés au calculateur de bord 50. Par exemple, sur la figure 4, le calculateur de bord 50, est associé, pour son alimentation au sol à un accumulateur 52 de l'avion, susceptible de délivrer, au sol, le courant électrique nécessaire, typiquement sous une tension de 28 volt, à la ligne d'alimentation 54 du calculateur. En variante, l'accumulateur 52 peut être remplacé par un groupe électrogène externe (non représenté), indifféremment raccordé à l'avion lorsque celui-ci est au sol ou embarqué de façon permanente à bord de celui-ci comme les sources de puissance de type APU (Auxiliary Power unit). On rappelle qu'en vol le calculateur 50 est alimenté par l'alternateur 13 via un circuit d'alimentation électrique comprenant un 20 redresseur 60 et ladite ligne d'alimentation 54. Selon le mode de réalisation de la figure 4, il n'est plus nécessaire de déconnecter le toron de câbles électriques 38 pour transformer l'alternateur 13 en moteur électrique lors d'un contrôle endoscopique. En effet, le toron est connecté à un commutateur inverseur 25 58 permettant de le raccorder soit à un redresseur 60 connecté pour alimenter la ligne d'alimentation 54 soit à l'onduleur 32 ; tous ces ensembles étant regroupés près du calculateur ou intégrés à celui-ci. L'onduleur 32 est ici alimenté en électricité par la ligne 54. L'unité logique de commande 34 et le toron de transfert de signaux 42 sont également 30 définis dans le nouveau calculateur 50, complété. En fait, la vitesse du corps haute pression et le repérage de tour sont des informations déjà classiquement acheminées au calculateur pour l'accomplissement d'autres fonctions ; il suffit donc de les réutiliser, au sol, pendant une phase de contrôle endoscopique.

35 Enfin, il est à noter que le calculateur 50 comporte aussi classiquement une entrée de contrôle 63 pour le raccordement d'un ordinateur portable constituant une unité de dialogue en maintenance 68, programmée pour les contrôles au sol. Il est donc possible d'établir dans le calculateur, une fonctionnalité supplémentaire (liaison 62) pour piloter ledit commutateur inverseur 58 en sorte que ce dernier établisse la liaison entre ledit alternateur spécifique 13 et ledit générateur de courant alternatif (l'onduleur 32) via le raccordement de ladite unité de dialogue 68 au calculateur 50. Autrement dit, le commutateur-inverseur 58 peut être sécurisé (pour éviter tout court-circuit ou disfonctionnement) en sorte que la liaison entre l'onduleur 32 et l'alternateur 23 ne puisse être établie que lorsque l'unité de dialogue 68 a effectivement été connectée au calculateur par un opérateur de maintenance.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'une partie tournante du corps haute pression d'un moteur d'avion, comportant par ailleurs un alternateur spécifique (13) entraîné via ledit corps haute pression, caractérisé en ce qu'il consiste à transformer momentanément ledit alternateur spécifique (13) en moteur pour faire tourner lentement ledit corps haute pression, pour les besoins du contrôle.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit contrôle est un contrôle par endoscopie (40), connu en soi.
3. Procédé de contrôle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit alternateur spécifique (13) étant du type à stator bobiné (25) relié à un calculateur de bord, la transformation consiste à déconnecter ledit alternateur (13) de son cordon de raccordement audit calculateur pour avoir accès aux bornes dudit stator bobiné et à connecter à ces bornes un générateur de courant alternatif (32).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit générateur de courant alternatif (32) comporte un onduleur.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on alimente ledit onduleur à partir d'un réseau de distribution de courant continu de l'avion.
6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on alimente ledit onduleur par un accumulateur autonome et/ou un convertisseur alternatif-continu (36).
7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à réutiliser des informations de vitesse (42) dudit corps haute pression pour contrôler le régime dudit onduleur fonctionnant en moteur.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à réutiliser des informations de repérage de tour (42) dudit corps haute pression pour repérer une observation faite par endoscopie dans ladite partie tournante.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à réutiliser des informations de vitesse (42) dudit corps haute pression pour obtenir une protection active en cessant d'alimenter ledit alternateur transformé en moteur lorsque la vitesse derotation atteint un seuil bas, alors que la consigne de régime n'est pas nulle.
10. Installation de contrôle d'une partie tournante du corps haute pression d'un moteur d'avion où ladite partie tournante est mécaniquement liée à un alternateur spécifique (13), caractérisée en ce qu'elle comporte un générateur de courant alternatif (32) et des moyens de connexion (15a, 38) pour connecter ledit générateur de courant alternatif (32) au stator (25) dudit alternateur spécifique (13) pour le transformer momentanément en moteur apte à faire tourner lentement ledit corps haute pression pour les besoins dudit contrôle.
11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de contrôle par endoscopie (40), connus en soi.
12. Installation selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que ledit alternateur spécifique (13) étant relié par un connecteur d'alimentation à un calculateur de l'avion, ledit générateur de courant alternatif (32) est électriquement relié, via un toron de câbles électriques (38) à un connecteur (15a) semblable audit connecteur d'alimentation, apte à prendre la place de celui-ci et agencé pour relier ledit générateur de courant alternatif (32) à un stator bobiné (25) dudit alternateur spécifique.
13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que ledit générateur de courant alternatif est un onduleur (32).
14. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce 25 qu'elle comporte un accumulateur autonome et/ou un convertisseur alternatif-continu (36) pour alimenter ledit onduleur (32).
15. Installation selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce qu'elle est intégrée dans l'avion, en ce que, de façon connue en soi, ledit alternateur spécifique est relié à un circuit d'alimentation électrique (54, 60) 30 d'un calculateur de l'avion, en ce que ledit générateur de courant alternatif (32) est installé au voisinage dudit calculateur (50) ou intégré à celui-ci, en ce qu'un commutateur-inverseur (58) est agencé entre ledit alternateur spécifique (13) d'une part et ledit générateur de courant alternatif (32) et un redresseur (60) appartenant audit circuit d'alimentation électrique, d'autre 35 part ;
16. Installation selon la revendication 15 caractérisé en ce que ledit commutateur-inverseur (58) est piloté pour relier ledit alternateur spécifique audit générateur de courant alternatif via le raccordement audit calculateur, d'une unité de dialogue en maintenance (68).
17. Installation selon la revendication 15 ou 16, caractérisée en ce que ledit générateur de courant alternatif (32) est un onduleur.