FR2966922A1 - Systeme et procede pour controler en temps reel un intervalle entre des parties d'une machine - Google Patents
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Abstract
Système de contrôle (100) servant à contrôler, en temps réel, un intervalle entre une partie rotative et une partie fixe d'une machine. Le système de contrôle comprend un dispositif d'imagerie (102) servant à former une image de référence de l'intervalle et une ou plusieurs images ultérieures de l'intervalle, le dispositif d'imagerie comprenant une partie disposée à l'intérieur de la machine et une partie à l'extérieur de la machine. Le système comprend également un processeur (110) d'images couplé au dispositif d'imagerie, conçu pour vérifier si l'intervalle augmente ou diminue en comparant l'image de référence avec la/les images ultérieures.
Description
B 11-4226FR 1 Système et procédé pour contrôler en temps réel un intervalle entre des parties d'une machine
La présente invention concerne le contrôle des distances ou intervalles axiaux entre des pièces rotatives et fixes, notamment dans une turbine. Les turbines servent à produire de l'électricité ou à entraîner des compresseurs ou autres équipements rotatifs. Les turbines sont coûteuses et doivent être disponibles et fiables pour un fonctionnement continu. Ordinairement, ces turbines comprennent un rotor qui tourne dans une enveloppe extérieure. Le rotor comprend des ailettes ayant une embase et une pale. Des tuyères dans l'enveloppe sont réparties entre les pales et servent à diriger la vapeur chauffée (vapeur d'eau) ou un gaz vers les pales.
La vapeur fait tourner les pales et par conséquent, fait tourner le rotor. Certaines turbines comportent un ou plusieurs étages d'ailettes. Les étages d'ailettes sont placés et retenus axialement par des dispositifs du type circlips. Ces dispositifs sont ordinairement maintenus dans la position radiale appropriée par des goupilles verrouillées dans les crochets des queues d'aronde des roues de turbine. Si une goupille est mal verrouillée ou si le circlips s'est cassé, la turbine risque d'être endommagée, ce qui entraîne par conséquent un arrêt forcé. Par exemple, une ailette ou une partie d'une ailette pourrait commencer à bouger parce qu'elle n'est plus immobilisée axialement, provoquant un endommagement de pièces en aval.
Les procédés d'examen d'ailettes les plus fiables utilisent un endoscope qui pénètre dans la turbine à travers l'enveloppe. Cependant, un tel examen nécessite un arrêt de la turbine. Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé un système de contrôle pour contrôler, en temps réel, un intervalle entre une pièce rotative et une pièce fixe d'une machine. Le système de contrôle comprend un dispositif d'imagerie pour former une image de référence de l'intervalle et une ou plusieurs images ultérieures de l'intervalle, le dispositif d'imagerie comprenant une partie disposée dans la machine et une partie à l'extérieur de la machine. Le système comprend également un processeur d'images couplé au dispositif d'imagerie, conçu pour vérifier si l'intervalle augmente ou diminue en comparant l'image de référence à l'image ou aux images ultérieures.
Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de contrôle d'un l'intervalle entre une pièce rotative et une pièce fixe d'une machine. Le procédé comprend la réception, dans un processeur d'images, d'une image de l'intervalle pendant que la machine est en marche ; une comparaison de l'image avec une image de référence ; et le déclenchement d'une alerte dans le cas où l'image est différente de l'image de référence. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe d'un système de contrôle selon une forme de réalisation ; - la figure 2 est un schéma de principe d'un système de contrôle selon une forme de réalisation dans un exemple d'environnement de fonctionnement ; - la figure 3 est une vue d'un exemple d'environnement de fonctionnement différent de celui de la figure 2 ; et - la figure 4 est un organigramme présentant un procédé selon une forme de réalisation.
La figure 1 représente un exemple de système de contrôle 100 selon une forme de réalisation. Le système de contrôle 100 sert, ici, à contrôler des ailettes de turbine pour vérifier qu'elles ne bougent pas axialement. Le système de contrôle 100 selon cet exemple comprend un dispositif d'imagerie 102. Le dispositif d'imagerie 102 comprend un dispositif d'enregistrement 104 pour imagerie et un moyen de transmission 106 d'image. Comme illustré sur la figure 1, le dispositif d'enregistrement 104 pour imagerie est une caméra, mais cela n'est pas limitatif. Dans une autre forme de réalisation, le moyen de transmission 106 d'image peut être un endoscope ou autre système d'imagerie à fibres approprié. Le moyen de transmission 106 d'image communique une image à la caméra 104 depuis un endroit inaccessible pour la caméra 104. Par exemple, le moyen de transmission 106 d'image communique une image à la caméra 104 depuis l'intérieur d'une turbine en marche. Le dispositif d'imagerie 102 comprend éventuellement un système d'éclairage 108. Le système d'éclairage 108 éclaire une extrémité du moyen de transmission 106 d'image pour éclairer une zone concernée. Dans une forme de réalisation, le système d'éclairage 108 comprend un ou plusieurs câbles à fibres optiques pour transmettre de la lumière vers la zone concernée. Dans une forme de réalisation, la caméra 104 a un temps d'intégration égal ou inférieur à 1 microseconde. Un tel temps d'intégration permet une utilisation du système de contrôle dans des environnements, tels qu'une turbine, où des éléments se meuvent à des vitesses très élevées. Par exemple, une turbine peut tourner à une vitesse de 3000 à 3600 tpm. Le système de contrôle 100 comprend également un processeur 110 d'images. Le processeur 110 d'images est, dans une forme de réalisation, un dispositif informatique. Le processeur 110 d'images reçoit des images de la caméra 104. Dans une forme de réalisation, le processeur 110 d'images compare des images instantanées à une image de référence pour déterminer si des conditions dans une zone concernée ont changé. Le processeur 110 d'images peut employer diverses techniques de traitement et de comparaison d'images. Par exemple, le processeur 110 d'images peut utiliser des techniques de comparaison de pixels ou la reconnaissance de formes à l'aide de réseaux neuronaux afin de comparer les images instantanées avec l'image de référence.
Comme évoqué plus haut, il peut être avantageux de contrôler l'état d'ailettes ou d'autres éléments d'une turbine pendant que la turbine est en fonctionnement. De la sorte, dans une forme de réalisation, le système de contrôle 100 est employé dans une turbine en marche. Dans une telle forme de réalisation, le moyen de transmission 106 d'image et le système d'éclairage 108 sont déplacés à l'intérieur d'une turbine et le moyen de transmission 106 communique des images à la caméra 104 depuis l'intérieur de la turbine pendant que la turbine est en marche. Dans une telle forme de réalisation, le moyen de transmission 106 d'image et le système d'éclairage 108 peuvent être isolés de manière appropriée de la chaleur. La figure 2 illustre un environnement de fonctionnement 200 pour le système de contrôle 100 représenté sur la figure 1. L'environnement de fonctionnement 100 est représenté globalement sous la forme d'une partie d'une turbine. La turbine comprend une enveloppe extérieure 201. L'enveloppe extérieure 201 comporte ordinairement des trous d'accès ménagés dans celle-ci pour un endoscope. Ces trous d'accès pour endoscope servent à examiner la turbine lorsque celle-ci est à l'arrêt. Selon une forme de réalisation, des parties du système de contrôle 100 sont déplacées à l'intérieur de l'enveloppe extérieure 201 grâce à l'un de ces trous d'accès pour endoscope. Le système de contrôle 100 selon la présente forme de réalisation comprend le dispositif d'imagerie 102, la caméra 104, le moyen de transmission 106, le système d'éclairage 108 et le processeur 110 d'images décrits en référence à la figure 1. Dans une forme de réalisation, le moyen de transmission 106 et au moins une partie du système d'éclairage 108 sont couplés au dispositif d'imagerie 102.
Dans la forme de réalisation illustrée, des parties du moyen de transmission 106 et du système d'éclairage 108 sont disposées dans l'enveloppe extérieure 201. Dans une forme de réalisation, un capot de protection 202 protège les parties du moyen de transmission 106 et système d'éclairage 108 disposées dans l'enveloppe extérieure 201. Dans une forme de réalisation, le capot de protection 202 est transparent et est réalisé en matière apte à supporter la chaleur régnant dans une turbine. Une équerre 204 ou autre moyen de retenue maintient le capot de protection 202, et, de ce fait, les parties du moyen de transmission 106 et du système d'éclairage 108 disposées dans l'enveloppe extérieure 201, dans des positions immuables par rapport à l'enveloppe extérieure 201. Comme, ordinairement, l'enveloppe extérieure 201 ne bouge pas, la disposition immuable du capot de protection 202 par rapport à l'enveloppe extérieure 201 assure que le champ de vision du moyen de transmission 106 (et donc de la caméra 104) reste constant ou quasi constant. Dans la forme de réalisation illustrée, le champ de vision se trouve entre une pale 206 et une tuyère 208 d'une turbine. En particulier, le champ de vision est orienté vers une zone vide 207 entre la pale 206 et la tuyère 208. Dans une forme de réalisation, la pale 206 est une pale d'un premier étage et la tuyère 208 est une tuyère d'un deuxième étage. Evidemment, les pales 206 et la tuyère 208 pourraient se trouver dans n'importe quel étage d'une turbine.
En fonctionnement, la caméra 104 sert à contrôler un champ de vision dans la zone vide 207. La zone vide 207 peut également être appelée intervalle axial; le système d'éclairage 108 éclaire la zone vide 207 et le moyen de transmission 106 renvoie une image à la caméra 104. Dans une forme de réalisation, le moyen de transmission 106 est supporté par l'équerre 204 perpendiculairement à un axe de rotation d'une turbine pour prendre, en entrée, une image d'un intervalle axial entre la pale 206 et la tuyère 208. Dans une forme de réalisation, la zone vide 207 se trouve à un emplacement soumis à de hautes températures. De la sorte, la caméra 104 est située à l'extérieur de l'enveloppe 201 et le moyen de transmission 106 transmet des images depuis l'emplacement à hautes températures depuis la caméra 104 qui se trouve à un emplacement plus frais à l'extérieur de l'enveloppe 201. En fonctionnement, une image de la zone vide 207 (par exemple, un intervalle axial entre la pale 206 et la tuyère 208) est prise et constitue une image de référence. Evidemment, des techniques de traitement d'image peuvent être appliquées à l'image. Par exemple, des techniques de traitement d'image connues, pour supprimer les informations ou le bruit de fond et pour préparer l'image avant un nouveau traitement pourraient être employées. De plus, l'image peut être améliorée en renforçant sa netteté, en supprimant des flous, etc. Dans une forme de réalisation, une deuxième image est formée ultérieurement. La deuxième image est comparée avec l'image de référence. Des techniques de comparaison d'images dont, mais de manière nullement limitative, des techniques de comparaison de pixels, la reconnaissance de formes au moyen de réseaux neuronaux ou la comparaison d'images par plongements métriques peuvent être employées pour comparer les images et déceler d'éventuels changements entre elles. La figure 3 illustre une mise en oeuvre particulière du système de contrôle 100 selon la présente invention. Selon cette illustration, le capot de protection 202 qui couvre des parties du moyen de transmission 106 et du système d'éclairage 108 est disposé à travers un trou d'accès 302 pour un endoscope dans une enveloppe extérieure 201 d'une turbine. L'enveloppe extérieure 201 est montée sur une tuyère 208. La tuyère 208 comporte une partie inférieure 306 qui, dans une forme de réalisation, est un diaphragme. La partie inférieure 306 entoure un arbre 308 de rotor.
L'arbre 308 de rotor est accouplé avec une ou plusieurs embases 304 d'ailettes. Les embases 304 d'ailettes supportent chacune une pale 206. L'embase 304 d'ailettes (l'ailette) est séparée de la partie inférieure 306 par un intervalle axial 305. L'arbre 308 de rotor tourne à grande vitesse. Dans certains cas, il peut tourner à une vitesse d'environ 3000 à 3600 tpm. De la sorte, la caméra 104 (figure 1) a une cadence de prise de vue avec un temps d'intégration de 1 microseconde ou moins. Cela permet de prendre des images au passage de chaque ailette 304 en rotation devant l'intervalle axial 305.
La figure 4 est un schéma de principe d'un procédé selon une forme de réalisation. A un bloc 402 est formée une image de référence d'une partie interne d'une machine. Dans une forme de réalisation, la machine est une turbine. Bien que, dans une forme de réalisation, la partie de la machine soit un intervalle axial entre des étages de la turbine, elle peut être constituée par n'importe quelle partie interne de la machine. L'image de référence est formée par un système d'imagerie qui, dans une forme de réalisation, se présente sous la forme du système d'imagerie décrit plus haut. Evidemment, on peut utiliser d'autres systèmes d'imagerie. A un bloc 404, une image ultérieure est formée pour le même emplacement dans la machine. Dans une forme de réalisation, une image est prise à chaque fois qu'une ailette passe devant un emplacement spécifique dans la machine. Evidemment, l'image ultérieure peut être formée à tout moment, dans la mesure où cela a lieu après la formation de l'image de référence. A un bloc 406, l'image ultérieure est comparée avec l'image de référence. Des techniques de comparaison d'images dont, mais de manière nullement limitative, des techniques de comparaison de pixels, la reconnaissance de formes à l'aide de réseaux neuronaux ou la comparaison d'images par plongements métriques, peuvent être utilisées pour comparer les images et déceler d'éventuels changements entre les deux images. A un bloc 408, il est déterminé s'il y a d'éventuelles différences entre l'image de référence et l'image ultérieure. Dans une forme de réalisation, la différence peut porter sur les dimensions d'un intervalle axial entre deux parties d'une turbine. En l'absence de différence, le traitement revient au bloc 404. En cas de différence, le traitement peut passer directement au bloc 410 où une alerte est déclenchée. Cependant, dans une forme de réalisation, le procédé comprend également des blocs optionnels 412 et 414. On passe au bloc 412 dans le cas où il y a une différence entre l'image ultérieure et l'image de référence, et un compteur est incrémenté. Au bloc optionnel 414, il est déterminé si le compteur a dépassé un seuil. Dans l'affirmative, l'alerte est déclenchée au bloc 410. Sinon, le traitement revient au bloc 404. En bref, les blocs optionnels 412 et 414 permettent un échantillonnage étendu d'images ayant des différences par rapport à l'image de référence pour réduire d'éventuelles aberrations présentes sur une seule image, aboutissant à des alertes infondées. I1 doit être entendu qu'une nouvelle image de référence peut être formée à tout moment. De la sorte, dans certains cas, après le bloc 408 ou 414, le traitement peut revenir au bloc 402 plutôt qu'au bloc 404, comme illustré sur la figure 4. A l'appui des explications fournies ici, divers organes d'analyse peuvent être utilisés, dont un système numérique et/ou un système analogique. Le système peut avoir des composants tels qu'un processeur, un support de stockage, une mémoire, une entrée, une sortie, une liaison de communications (câblée, radioélectrique, à mode pulsé, optique ou autre), des interfaces utilisateur, des logiciels, des processeurs de signaux (numériques ou analogiques) et autres composants (tels que des résistances, des condensateurs, des bobines d'induction et autres) pour permettre le fonctionnement et les analyses des dispositifs et procédés décrits ici, de n'importe laquelle de plusieurs manières bien connues dans la technique. On considère que ces principes peuvent, mais pas obligatoirement, être mis en oeuvre en conjonction avec une série d'instructions exécutables par ordinateur stockées sur un support lisible par ordinateur, dont une mémoire (mémoires mortes, mémoires vives), un support optique (CD-ROM) ou magnétique (disques, lecteurs de disques durs), un disque dur électronique (SSD) ou n'importe quel autre type qui, lorsqu'il est exécuté, amène un ordinateur à exécuter un procédé selon la présente invention. Ces instructions peuvent permettre le fonctionnement d'équipements, la commande, la collecte de données et l'analyse et d'autres fonctions jugées appropriées par un concepteur, un propriétaire, un utilisateur ou autre du système, en plus des fonctions décrites dans la présente description. De la sorte, une forme de réalisation de la présente invention peut comprendre un système de contrôle mis en oeuvre dans un dispositif informatique qui détermine si les dimensions d'un intervalle axial dans une turbine varient, d'après des comparaisons avec une image de référence.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Système de contrôle (100) servant à contrôler, en temps réel, un intervalle entre une pièce rotative et une pièce fixe d'une machine, le système de contrôle (100) comprenant : un dispositif d'imagerie (102) servant à former une image de référence de l'intervalle et une ou plusieurs images ultérieures de l'intervalle, le dispositif d'imagerie comprenant une partie disposée dans la machine et une partie à l'extérieur de la machine ; et un processeur (110) d'images couplé au dispositif d'imagerie (102), conçu pour vérifier si l'intervalle augmente ou diminue en comparant l'image de référence avec la/les images ultérieures.
- 2. Système de contrôle (100) selon la revendication 1, dans lequel la machine est une turbine.
- 3. Système de contrôle (100) selon la revendication 2, dans lequel l'emplacement interne est un intervalle axial (305) entre une ailette (304) et une tuyère (208).
- 4. Système de contrôle (100) selon la revendication 3, dans lequel l'ailette (304) est une ailette d'un premier étage et la tuyère (208) est une tuyère d'un deuxième étage.
- 5. Système de contrôle (100) selon la revendication 1, dans lequel la partie disposée dans la machine est constituée par un ou plusieurs endoscopes.
- 6. Système de contrôle (100) selon la revendication 1, dans lequel la partie disposée à l'intérieur de la machine est constituée par un câble à fibres optiques.
- 7. Système de contrôle (100) selon la revendication 1, dans lequel la partie à l'extérieur de la machine est une caméra (104).
- 8. Procédé de contrôle, en temps réel, d'un intervalle entre une partie rotative et une partie fixe d'une machine, le procédé comprenant : la réception, dans un processeur (110) d'images, d'une image de l'intervalle pendant que la machine est en marche ; la comparaison de l'image avec une image de référence ; et le déclenchement d'une alerte dans le cas où l'image est différente de l'image de référence.
- 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'intervalle est un intervalle axial (305) entre une ailette (304) et une tuyère (208) dans une turbine.
- 10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'image est reçue d'un dispositif d'imagerie (102) qui comprend une partie disposée à l'intérieur de la machine et une partie à l'extérieur de la machine.
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