B 12-1 146FR 1 Appareil pour contrôler un jeu dans une machine et système de contrôle La présente invention concerne des machines et, plus particulièrement, un système pour contrôler des jeux mécaniques dans des machines, en particulier des turbines. Certains systèmes de centrales électriques, par exemple certains systèmes de centrales électriques nucléaires, à cycle simple et à cycle combiné, emploient des turbines dans leur conception et leur fonctionnement. Ces turbines comportent des rotors qui servent à convertir l'énergie thermique en mouvement de rotation pour une utilisation et une conversion par les systèmes et les alternateurs des centrales électriques. Ces rotors se trouvent dans un carter et sont entraînés par le gaz (à savoir de la vapeur) circulant dans le carter. Afin d'accroître le rendement de la turbine, les jeux entre éléments de turbines sont réduits le plus possible et des éléments de garniture servent à fermer hermétiquement et interrompre des conduits où le gaz peut circuler sans entraîner les rotors. Les écarts thermiques et l'utilisation prolongée des turbines ont un effet sur ces jeux, amenant le carter à se bomber et la turbine et les éléments de garniture à subir des modifications physiques. La dilatation, la contraction, l'endommagement et l'usure des éléments de turbine et de garniture qui résultent du fonctionnement d'une turbine sont susceptibles de provoquer des écarts par rapports aux jeux de fonctionnement d'origine conçus pour ces éléments. Par ailleurs, le bombement du carter risque de provoquer des variations de jeux, une hausse des coûts liés aux interruptions de service et une exploitation non rentable. Le temps et les coûts de remise en état associés à ces variations de jeux augmentent d'autant plus si elles passent plus longtemps inaperçues. Par conséquent, il est souhaitable de mesurer de manière rapide, précise et fiable les jeux dans une turbine, ce qui permet une détection et une correction précoces de leurs variations. Avec certains systèmes de centrales électriques, on mesure manuellement les jeux à l'aide d'une jauge d'épaisseur en forme de coin, nécessitant un technicien pour glisser un instrument conique dans les jeux entre les éléments de turbine et de garniture, puis pour lire et enregistrer la mesure. Cependant, ces systèmes sont imprécis, prennent du temps et se prêtent aux erreurs humaines et, en outre, ils ne permettent pas de réaliser un enregistrement précis des jeux pouvant être réexaminé. La présente invention propose des systèmes pour contrôler des jeux dans une machine. Dans une forme de réalisation, un dispositif pour contrôler un jeu dans une machine comporte : un support de base conçu pour être disposé sur au moins une portée d'un rotor à l'intérieur de la machine ; un dispositif optique disposé sur le support de base, le dispositif optique servant à prendre une image d'au moins une partie de la machine, l'image étant représentative d'au moins un jeu dans la machine ; et un dispositif informatique communiquant avec le dispositif optique, le dispositif informatique servant à obtenir et traiter l'image d'au moins une partie de la machine fournie par le dispositif optique et à déterminer au moins une valeur de jeu à partir de l'image. Un premier aspect de l'invention propose un appareil pour contrôler un jeu dans une machine, comportant : un support de base conçu pour être disposé sur au moins une portée d'un rotor à l'intérieur de la machine ; un dispositif optique disposé sur le support de base, le dispositif optique servant à prendre une image d'au moins une partie de la machine, l'image étant représentative d'au moins un jeu dans la machine ; et un dispositif informatique communiquant avec le dispositif optique, le dispositif informatique servant à obtenir et traiter l'image d'au moins une partie de la machine fournie par le dispositif optique et à déterminer au moins une valeur de jeu à partir de l'image. Un deuxième aspect propose un système de contrôle comportant : un support de base conçu pour être disposé sur au moins une portée d'un rotor à l'intérieur d'une machine ; un dispositif optique disposé sur le support de base, le dispositif optique servant à prendre une image d'au moins une partie de la machine ; et au moins un dispositif informatique communiquant avec le dispositif optique, le/les dispositifs informatiques servant à contrôler la machine en effectuant des actions comprenant : l'obtention d'une image de la machine fournie par le dispositif optique ; la conversion de pixels de l'image en des dimensions mesurables connues ; et la détermination de valeurs de jeux de la machine à partir de l'image. Un troisième aspect propose un dispositif d'imagerie de turbine comportant : un dispositif informatique conçu pour traiter une image d'une turbine afin de déterminer au moins une valeur de jeu ; un dispositif optique communiquant avec le dispositif informatique, le dispositif optique étant conçu pour prendre une image de la turbine et transmettre l'image au dispositif informatique ; et un support de base en communication fluidique avec le dispositif optique, le système de support de base comprend : un premier élément de base conçu pour être disposé sur une première portée de rotor à l'intérieur de la turbine ; un second élément de base coopérant avec le premier élément de base et conçu pour être disposé sur une seconde portée de rotor à l'intérieur de la turbine ; et un support de montage de dispositif optique disposé sur le premier élément de base et/ou le second élément de base. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente, de manière schématique, une vue de dessus d'un mode de réalisation d'un appareil pour contrôler un jeu dans une machine, selon un aspect de l'invention ; - la figure 2 représente, de manière schématique, une vue de dessus d'un mode de réalisation d'un système de support de base selon un aspect de l'invention ; - la figure 3 représente, de manière schématique, une vue de dessus d'un autre mode de réalisation d'un système de support de base selon un aspect de l'invention ; - la figure 4 représente, de manière schématique, une vue de dessus d'un autre mode de réalisation d'un système de support de base selon un aspect de l'invention ; - la figure 5 représente, de manière schématique, une vue de dessus d'un autre mode de réalisation d'un appareil pour contrôler un jeu dans une machine, selon un aspect de l'invention ; - la figure 6 représente, de manière schématique, une vue latérale d'un mode de réalisation d'un appareil pour contrôler un jeu dans une machine, selon un aspect de l'invention ; - la figure 7 représente, de manière schématique, une vue de dessus de quelques-uns des jeux de fonctionnement dans un système de turbine selon un aspect de l'invention ; - la figure 8 représente, de manière schématique, une vue de dessus d'un autre mode de réalisation d'un appareil pour contrôler un jeu dans une machine, selon un aspect de l'invention ; - la figure 9 représente, de manière schématique, une vue d'une forme de réalisation de parties d'une centrale électrique à cycle combiné à plusieurs arbres, selon un aspect de l'invention ; et - la figure 10 représente, de manière schématique, une vue d'une forme de réalisation d'une centrale électrique à cycle combiné à un seul arbre, selon un aspect de l'invention. Comme indiqué plus haut, la présente invention concerne des systèmes conçus pour contrôler des jeux dans une machine (par exemple une machine motrice, une turbine à gaz, une turbine à vapeur, un compresseur, un alternateur, etc.) à l'aide d'un dispositif optique. Le dispositif optique (à savoir une caméra numérique, un endoscope, etc.) est placé sur un support de base à une distance horizontale et verticale donnée et suivant une orientation donnée par rapport à au moins une partie de la machine, les distances horizontale et verticale données et l'orientation donnée étant connues par un dispositif informatique communiquant avec le dispositif optique. Le dispositif optique sert à prendre une image d'au moins une partie de la machine en créant de la sorte un enregistrement précis de n'importe quels jeux et positions représentés sur l'image. L'image est transmise au dispositif informatique qui est ensuite capable de convertir, d'après la résolution, les dimensions et l'orientation connues, les pixels de l'image en dimensions mesurables et de déterminer n'importe quelles valeurs de jeux sur l'image à partir des pixels convertis.
Dans la technique des systèmes de production d'électricité (dont les réacteurs nucléaires, les turbines à vapeur, les turbines à gaz, etc.), des machines à faibles jeux de fonctionnement sont souvent employées. Par exemple, des turbines à rotor dans un carter sont souvent utilisées pour entraîner un alternateur électrique dans le but de produire de l'électricité. Ordinairement, les éléments à l'intérieur de la turbine, dont le rotor et le carter, fonctionnent avec de faibles jeux de fonctionnement pour porter le rendement à son maximum, même en incluant des éléments de garniture dans la conception et la construction pour fermer et réduire, dans la turbine, des jeux et des conduits où le gaz peut éviter d'entraîner les rotors. En réduisant les jeux entre les divers éléments de la turbine, davantage de gaz est amené à traverser, puis à entraîner les rotors au lieu de s'échapper par ces jeux. Cependant, pendant le fonctionnement de la turbine, les dimensions des jeux entre éléments commencent à varier, augmentant ou diminuant au fur et à mesure du temps de fonctionnement, ce qui provoque une usure ou un endommagement de la turbine, une mauvaise qualité des interruptions de service, un bombement du carter, un fluage du carter, un mauvais rendement, des interruptions de service plus longues, des coûts de remise en état plus élevés, etc. Ces variations de jeux sont difficiles à détecter et à enregistrer avec précision et leurs effets négatifs sont amplifiés avec le temps, p.ex. plus ils passent longtemps inaperçus par les opérateurs, plus les coûts augmentent pour le système.
Sur les figures sont représentés différents modes de réalisation d'un système de contrôle de jeux pour une machine telle qu'une turbine, le système de contrôle de jeux pouvant permettre un meilleur rendement et une plus longue durée de vie du carter, des rotors, de la turbine et de l'ensemble du système de production d'électricité en détectant rapidement et avec précision des jeux entre éléments de turbine qui varient par rapport à des valeurs de jeux de fonctionnement données. Chacun des organes sur les figures peut être relié à l'aide de moyens classiques, par exemple par une communication radioélectrique, une communication câblée, un conduit commun ou d'autres moyens connus, comme indiqué sur les figures 1 à 10. En particulier, sur la figure 1 est représentée une vue schématique de dessus d'un système de contrôle 100 de jeux selon un aspect de l'invention. Le système de contrôle 100 de jeux peut comporter un premier élément de base 110 coopérant avec un second élément de base 120, un dispositif optique 190 disposé sur le premier élément de base 110 et/ou le second élément de base 120 et un dispositif informatique 192 communiquant avec le dispositif optique 190. Le système de contrôle 100 de jeux peut être disposé sur une partie d'une turbine 102, le premier élément de base 110 et le second élément de base 120 pouvant être au contact de la turbine 102 en plaçant le dispositif optique 190 suivant une orientation et à une distance horizontale et verticale données par rapport à au moins cette partie de la turbine 102, l'orientation, les distances horizontale et verticale données étant connues du dispositif informatique 192.
Le dispositif optique 190 peut prendre une image d'au moins une partie de la turbine 102, en créant de la sorte une image réexaminable qui peut être traitée par le dispositif informatique 192. Le dispositif informatique 192 peut convertir des pixels de l'image en dimensions mesurables en tenant compte de la résolution du dispositif optique 190 et de l'orientation et des distances horizontale et verticale connues du dispositif optique 190 par rapport à la turbine 102. Le dispositif informatique 192 peut calculer des valeurs de jeux pour des éléments de la turbine 102 en considérant les pixels convertis de l'image qui représentent les jeux.
Dans une autre forme de réalisation, le dispositif informatique 192 peut comprendre une mémoire 194 pour stocker l'image. Dans une autre forme de réalisation, la mémoire 194 peut stocker l'image en vue de son traitement local ou à distance. La fixation sur la turbine 102 et le traitement d'image par le dispositif informatique 192 peuvent s'effectuer suivant n'importe quel nombre de manières connues dans la technique ou expliquées plus loin. Dans une forme de réalisation de la présente invention, le dispositif optique 190 peut être placé en un centre du système de contrôle 100 de jeux, entre le premier élément de base 110 et le second élément de base 120. Dans une forme de réalisation, des pixels de l'image prise par le dispositif optique 190 peuvent être préalablement converties en longueurs mesurables connues stockées dans la mémoire 194 du dispositif informatique 192. Le dispositif optique 190 peut comprendre une caméra, un endoscope, etc. Le dispositif informatique 192 peut comprendre une pluralité de dispositifs informatiques. Considérant la figure 2, il y est représenté une vue schématique de dessus d'un système de support de base 200 selon des formes de réalisation de l'invention. Dans les formes de réalisation représentées et décrites en référence aux figures 2 à 10, des repères identiques peuvent désigner des éléments identiques et, pour plus de clarté, on s'est abstenu d'en fournir des explications redondantes. Enfin, les pièces des figures 1 à 10 et les descriptions qui les accompagnent peuvent s'appliquer à toute forme de réalisation décrite ici. Revenant à la figure 2, dans la présente forme de réalisation, le système de support de base 200 peut comprendre un support de montage 230 de dispositif optique qui peut être disposé sur le premier élément de base 110 et/ou le second élément de base 120. Dans la présente forme de réalisation, le premier élément de base 110 et le second élément de base 120 sont conçus pour être disposés sur le rotor 240. Dans une forme de réalisation, le premier élément de base 110 et le second élément de base 120 peuvent être conçus pour être disposés sur des portées 242 du rotor, en plaçant le support de montage 230 de dispositif optique à une distance et suivant une orientation connues par rapport au rotor 240 et/ou aux portées 242 du rotor. Dans une forme de réalisation, le premier élément de base 110 et le second élément de base 120 peuvent être conçus pour placer le support de montage 230 de dispositif optique à une distance et suivant une orientation connues par rapport à de grandes dents 252 de garnitures et/ou de petites dents 254 de garnitures. Dans une autre forme de réalisation, une largeur du système de support de base 200 peut être réglable. Considérant la figure 3, il y est représenté une vue schématique de dessus d'un système de support de base 300 selon des formes de réalisation. Dans cette forme de réalisation, le système de support de base 300 comprend le système de réglage 322 pour régler la position du premier élément de base 110 et du second élément de base 120 l'un par rapport à l'autre. Dans cette forme de réalisation, le système de réglage 322 peut servir à régler la largeur du système de support de base 300 par rapport à des portées 242 du rotor. Dans une forme de réalisation, le premier élément de base 110 et le second élément de base 120 peuvent être réglés de manière égale par rapport à un point central 327 du système de support de base 300. Dans une forme de réalisation, le système de réglage 322 peut comprendre un appareil à engrenages 324 entre le premier élément de base 110 et le second élément de base 120, l'appareil à engrenage 324 étant conçu pour régler de manière égale le premier élément de base 110 et le second élément de base 120 autour d'un point central 327. Dans une autre forme de réalisation, le premier élément de base 110 et le second élément de base 120 peuvent être réglables l'un par rapport à l'autre de façon que le système de support de base 300 puisse être disposé sur n'importe laquelle d'un certain nombre de portées 242 de rotor. Dans une forme de réalisation, le premier élément de base 110 et le second élément de base 120 peuvent coulisser en se rapprochant ou s'éloignant l'un de l'autre afin de régler la largeur du système de support de base 300. Dans une autre forme de réalisation, le premier élément de base 110 et le second élément de base 120 peuvent être disposés sur le rotor 240 de façon que le système de support de base 300 repose sur un nombre pair de portées 242 du rotor. Dans une autre forme de réalisation, le système de support 300 peut être disposé sur le rotor 240 de façon que le point central 327 soit situé sur un axe géométrique central (représenté en traits discontinus) entre les portées 242 du rotor. Dans une autre forme de réalisation, le système de réglage 322 peut permettre au système de support de base 300 d'être interchangeable entre différents types de turbines. Considérant la figure 4, il y est représenté une vue schématique de dessus d'une forme de réalisation d'un système de support de base 400 selon des formes de réalisation de l'invention, ayant un indicateur directionnel 445 disposé sur le première élément de base 110. L'indicateur directionnel 445 peut être conçu pour indiquer une orientation du rotor 140 par rapport au système de support de base 400. Dans une forme de réalisation, l'indicateur directionnel 445 peut être disposé sur le premier élément de base 110 et/ou le second élément de base 120. Dans une autre forme de réalisation, l'indicateur directionnel 445 peut se présenter sous la forme d'une flèche. Dans une autre forme de réalisation, l'indicateur directionnel 445 peut être réglable. Dans une autre forme de réalisation, l'indicateur directionnel 445 peut être un afficheur numérique. Dans une autre forme de réalisation, l'indicateur directionnel 445 peut être fixé sur le rotor 240. Considérant la figure 5, il y est représenté une vue schématique de dessus d'un système de contrôle 500 de jeux selon un autre mode de réalisation de l'invention, ayant un endoscope 550 disposé dans une support de montage 554 de dispositif optique. Dans une forme de réalisation, le support de montage 554 de dispositif optique place l'endoscope 550 en un centre du système de support de base 200. Dans une autre forme de réalisation, le support de montage 554 de dispositif optique peut comprendre un boîtier de dispositif optique. Dans une autre forme de réalisation, le support de montage 554 de dispositif optique peut assujettir l'endoscope 550 dans une position fixe. Dans une autre forme de réalisation, le support de montage 554 de dispositif optique peut configurer l'endoscope 550 de telle sorte qu'un foyer 582 de l'endoscope 550 se trouve à peu près à mi-distance entre une série de portées 242 du rotor 240. Dans une autre forme de réalisation, le support de montage 554 de dispositif optique peut avoir la possibilité de tourner autour du foyer 582. Dans une autre forme de réalisation, une distance supplémentaire connue M entre les portées 242 de garnitures de rotor peut être obtenue d'après les matières de conception de la turbine et saisie dans le dispositif informatique 192 pour faciliter la conversion de pixels en dimensions mesurables. Considérant la figure 6, il y est représenté une vue schématique latérale d'une forme de réalisation d'un système de contrôle 600 selon un autre mode de réalisation de l'invention. Cette vue illustre le positionnement de l'endoscope 550 à des distances C et D et suivant un angle a connus par rapport à une partie de la turbine 102. Le système de support de base 200 peut être disposé sur des parties de la turbine 102 de façon que le support de montage 554 de dispositif optique configure constamment l'endoscope 550 suivant un angle a, une hauteur verticale D et une distance horizontale C connus par rapport à des parties de la turbine 102. Dans une forme de réalisation de l'invention, l'endoscope 550 peut prendre une image d'au moins une partie de la turbine 102 qui peut être traitée par le dispositif informatique 192. Dans une forme de réalisation, le dispositif informatique 192 peut convertir des pixels de l'image en dimensions mesurages connues en tenant compte de la résolution de l'endoscope 550, des distances C et D et de l'angle a.
Dans une autre forme de réalisation, le dispositif informatique 192 peut amener la résolution de l'endoscope 550, les distances données C et D et l'angle a donné à être stockés dans la mémoire 194 de façon que des pixels de l'image prise par l'endoscope 550 puissent être préalablement convertis en distances mesurables connues stockées dans la mémoire 194. Considérant la figure 7, il y est représenté une vue schématique de dessus illustrant certains exemples de valeurs de jeux axiaux A et B selon des formes de réalisation de l'invention. Les valeurs A et B peuvent représenter des distances entre des portées 242 du rotor 240 et des dents 252 de garnitures. Dans une forme de réalisation, le dispositif optique 190 peut être conçu avec un foyer 582 en un centre des portées 242 de rotor de façon que A et B puissent être calculées par le dispositif informatique 192. Considérant la figure 8, il y est représenté une vue schématique de dessus d'un système de contrôle 800 de jeux selon un autre mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, le système de contrôle 800 de jeux est représenté comme ayant un boîtier 880 de dispositif optique rotatif et un indicateur directionnel rotatif 882 disposés sur le système de support de base 200. Le dispositif optique rotatif 880 peut être conçu de façon que le dispositif optique 190 soit disposé sur le système de support de base 200. Dans une forme de réalisation, le système de contrôle 800 de jeux peut comporter un indicateur directionnel rotatif 882 disposé sur le boîtier 880 de dispositif optique rotatif, l'indicateur directionnel rotatif 882 étant conçu de manière à être visible dans le dispositif optique 190 et à indiquer une orientation d'images prises par le dispositif optique 190. Dans une forme de réalisation, le boîtier 880 de dispositif optique rotatif peut être conçu pour faire tourner le dispositif optique 190 tout en maintenant une position constante du foyer 582 par rapport au rotor 140. Dans une autre forme de réalisation, l'indicateur directionnel rotatif 882 peut tourner avec le dispositif optique 190 et le boîtier 880 de dispositif optique rotatif. Considérant la figure 9, il y est représenté une vue schématique de parties d'une centrale électrique 900 à cycle combiné à plusieurs arbres. La centrale électrique 900 à cycle combiné peut comporter, par exemple, une turbine à gaz 942 coopérant avec un alternateur 944. L'alternateur 944 et la turbine à gaz 942 peuvent être accouplés mécaniquement par un arbre 911, lequel peut transférer de l'énergie entre un arbre d'entraînement (non représenté) de la turbine à gaz 942 et l'alternateur 944. La turbine à gaz 942 peut coopérer avec le système de contrôle 100 de jeux de la figure 1 ou d'autres formes de réalisation décrites ici. Sur la figure 9 est également représenté un échangeur de chaleur 946 coopérant avec la turbine à gaz 942 et une turbine à vapeur 948. L'échangeur de chaleur 946 peut être en communication fluidique avec la turbine à gaz 942 ainsi qu'avec la turbine à vapeur 948 par l'intermédiaire de conduits classiques (non désignés par des repères). L'échangeur de chaleur 946 peut être un générateur de vapeur à récupération de vapeur (GVRC) classique, tel que ceux utilisés dans les systèmes de production d'électricité à cycle combiné classiques. Comme on le sait dans la technique de production d'électricité, le générateur de vapeur à récupération de vapeur 946 peut utiliser des produits d'échappement chauds de la turbine à gaz 942, combinés à un apport d'eau, pour créer de la vapeur qui est acheminée jusqu'à la turbine à vapeur 948. La turbine à vapeur 948 peut éventuellement être couplée à un second système d'alternateur 944 (par l'intermédiaire d'un second arbre 911). Les alternateurs 944 et les arbres 911 peuvent être de n'importe quelles dimensions ou de n'importe quel type connu(es) dans la technique et peuvent différer en fonction de leur application ou du système auquel ils sont (ac-)couplés. Le partage des mêmes repères par les alternateurs et les arbres ne vise qu'une meilleure clarté et laisse par forcément entendre que ces alternateurs et arbres sont identiques. Le système d'alternateur 944 et le second arbre 911 peuvent fonctionner sensiblement comme le système d'alternateur 944 et l'arbre 911 décrits plus haut. La turbine à vapeur 948 peut être en communication fluidique avec le système de contrôle 100 de jeux de la figure 1 ou d'autres formes de réalisation décrites ici.
Dans une forme de réalisation de la présente invention (représentée par transparence), le système de contrôle 100 de jeux peut servir à contrôler des jeux dans la turbine à vapeur 948 et/ou la turbine à gaz 942 pendant une interruption de service. Dans une autre forme de réalisation, deux systèmes de contrôle 100 de jeux peuvent coopérer avec la centrale électrique 900 à cycle combiné, un système de contrôle 100 de jeux pour chacune des turbine à gaz 942 et turbine à vapeur 946. Dans une autre forme de réalisation, représentée sur la figure 10, une centrale électrique 990 à cycle combiné peut comporter un unique alternateur 944 couplé à la fois à la turbine à gaz 942 et à la turbine à vapeur 946 par l'intermédiaire d'un unique arbre 911. La turbine à gaz 942 et la turbine à vapeur 946 peuvent être en communication fluidique avec le système de contrôle 100 de jeu de la figure 1 ou d'autres formes de réalisation 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 ou 900 décrites ici.
Le système de contrôle de jeux selon la présente invention ne se limite pas à une machine, une machine menée, une turbine, une soufflante, une soufflerie, un compresseur, un système de production d'électricité ou un autre système particulier, et peut servir avec d'autres systèmes de production d'électricité et/ou systèmes (par exemple à cycle combiné, à cycle simple, un réacteur nucléaire, etc.). De plus, le système de contrôle de jeux selon la présente invention peut servir avec d'autres systèmes non décrits ici susceptibles de bénéficier des capacités de détection, contrôle, prise d'images, enregistrement et mesure précoces du système de contrôle de jeux de turbine décrit ici.