FR3064749B1 - Dispositif et procede de caracterisation des dommages du pied d'une pale d'une roue mobile d'une turbomachine. - Google Patents
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Abstract
Un dispositif (1) de caractérisation des dommages du pied (20) d'une pale (2) d'une roue mobile d'une turbomachine, le dispositif (1) comprenant un capteur (5) de courants de Foucault à bobinage différentiel à fonction séparée, un premier moyen de déplacement relatif (6) apte à modifier la position relative du capteur (5) par rapport à la pale (2) à caractériser dans une première direction (DL) de la pale (2), et un second moyen de déplacement (7) apte à déplacer le capteur (5) par rapport à la pale (2) à caractériser dans une seconde direction (DT) de la pale (2) orthogonale à la première direction (DL). Le second moyen de déplacement (7) comprend un moteur (70) apte à générer un déplacement régulier du capteur (5) en va-et-vient le long de la seconde direction (DT) de la pale (2).
Description
Arrière-plan de l'invention L'invention concerne la caractérisation des dommages sur le pied d'une pale d'une roue mobile d'une turbomachine.
Les pièces tournantes des turbomachines d'hélicoptères ou d'avions sont fortement sollicitées, aussi bien mécaniquement que thermiquement, lors du vol d'un aéronef et représentent donc des articles à forte valeur ajoutée dont l'intégrité est primordiale pour un fonctionnement en sécurité de l'aéronef. A la suite du fonctionnement d'une turbomachine, certains pieds de pales de la turbomachine, notamment des pieds de pales de disque de compresseur du premier ou du deuxième étage de compression, peuvent présenter des altérations de surface dues à une utilisation normale, dans la zone de portée des pales sur le disque.
La position de la zone d'endommagement étant répétable entre différents articles, l'identification et la localisation suite à un contrôle par ressuage est aisée. Les anomalies recherchées se trouvent alignées avec la plus grande dimension du pied de pale.
La caractérisation de ces endommagements, notamment en ce qui concerne la profondeur sur laquelle s'étend l'endommagement, est impérative afin de pouvoir envisager une réparation par exemple de type usinage puis rechargement métallique.
La caractérisation vise à connaître précisément la profondeur de l’endommagement afin de ré-usiner la pale selon le besoin avant de réaliser un rechargement métallique de la pale pour lui redonner sa forme d'origine.
Il est donc important de pouvoir déceler tout défaut de structure métallurgique ou physique et de pouvoir le caractériser. Il existe plusieurs techniques connues pour réaliser une détection et/ou une caractérisation des dommages d'une pale.
Le ressuage fluorescent haute sensibilité permet de localiser et d'identifier les dommages, mais ne permet pas de réaliser une caractérisation du dommage car il n'y a pas de corrélation possible entre l'intensité sous UV et la profondeur du réservoir. Si bien qu'il n'y a pas de moyen d'évaluer la profondeur du dommage. L'utilisation des ultrasons en ondes de surface ou de volume conduit à un dimensionnement délicat du dommage, lors de l'application à ces géométries réduites et complexes. En effet, la corrélation entre l'amplitude de l'onde ultrasonore réfléchie et la profondeur du dommage est très délicate à réaliser de par un positionnement difficile de la source d'ultrasons par rapport au dommage (géométrie complexe, faibles rayons, ...). De plus, l'orientation des anomalies recherchées parallèle à la longueur du pied ne permet pas non plus de faciliter la caractérisation. Si bien que la quantification de la profondeur du dommage n'est pas réalisable industriellement.
La radiologie micro-foyer présente un flou géométrique. En outre, l'obligation d'orienter le dispositif selon une certaine direction rend le dimensionnement du dommage délicat. En effet, les fortes épaisseurs du métal à traverser, le problème de rapport entre la sensibilité et la résolution, et les difficultés dans l'orientation de la direction de tir en fonction de l'orientation des endommagements ne permet pas d'offrir une technique de caractérisation simple et systématique. L'empreinte par moulage avec une analyse à la loupe binoculaire n'est utilisée que pour des expertises précises car elle demande beaucoup de temps de préparation et d'analyse. En effet, sa mise en œuvre délicate ne permet pas de mettre en œuvre une industrialisation de la technique de caractérisation. En outre, le démoulage n'est généralement pas possible pour les dommages des pieds de pale de par la faible ouverture et la profondeur importante des dommages.
Enfin, il est connu d'utiliser des sondes à courants de Foucault déplacées manuellement le long de la pale. Cette technique présente un dimensionnement du dommage dont la précision reste trop faible. L'aspect manuel de la technique employée ne permet pas d'assurer une répétabilité du positionnement, et les déplacements (direction, vitesse) ne sont pas compatibles avec une performance de caractérisation suffisante. Cette performance se limite à des dommages présentant une profondeur d'au moins 300 pm en contrôle manuel sur une géométrie plane. Dans une configuration complexe comme pour le pied d'une aube, la performance de caractérisation est encore moins bonne que 300 pm donc non compatible avec le besoin fonctionnel de 50 à 200 pm de profondeur. L'emploi des courants de Foucault générés et acquis par une sonde déplacée à la surface de l'aube permet de déterminer l'existence et l'emplacement des défauts.
Plus particulièrement, il est connu dans l'état de la technique, et notamment dans le document FR 2 492 527, un dispositif de contrôle in situ des aubes de turbomachine par courants de Foucault réalisé manuellement. Le contrôle se faisant alors que l'aube est encore montée sur la turbomachine, le dispositif décrit dans ce document n'est prévu que pour le contrôle de la partie plane de l'aube, et non du pied. Le dispositif comprend un capteur de courants de Foucault à bobinage différentiel de type E1R2 séparé, c'est-à-dire une bobine d'émission et deux bobines de réception, fonctionnant à 4 MHz et présentant un diamètre de 1 mm pour le bobinage émetteur. L'amplitude du courant obtenue pour les anomalies est relevée et portée sur une courbe de référence afin d'extraire une mesure de la profondeur locale de l'endommagement.
Il est également connu d'utiliser des déplacements mécanisés tel que des déplacements manuels contrôlés (vis sans fin) du capteur le long de Taxe du pied de l'aube (équivalent proche de l'axe moteur) de façon à se positionner au droit des indications identifiées après ressuage, et une comparaison des amplitudes obtenues avec les abaques déterminées sur pièces de référence (50pm, 75pm, lOOpm, 200pm et 400pm) et complétées sur défauts réels.
Objet et résumé de l’invention L'invention vise à proposer un dispositif et un procédé pour caractériser la profondeur des endommagements du pied d'une pale d'une turbomachine avant réparation, dans une gamme de 50 pm à 200 pm de profondeur. La zone à reprendre en usinage et donc à réparer par rechargement dépendra donc des profondeurs relevées lors de cette caractérisation.
Un objet de l'invention propose un dispositif de caractérisation des dommages du pied d'une pale d'une roue mobile d'une turbomachine, le dispositif comprenant un capteur de courants de Foucault à bobinage différentiel à fonction séparée, un premier moyen de déplacement relatif apte à modifier la position relative du capteur par rapport à la pale à caractériser dans une première direction de la pale, dite longitudinale, et un second moyen de déplacement apte à déplacer le capteur par rapport à la pale à caractériser dans une seconde direction de la pale, dite transversale, orthogonale à la première direction.
Selon une caractéristique générale de l'objet, le second moyen de déplacement comprend un moteur apte à générer un déplacement régulier du capteur en va-et-vient le long de la seconde direction de la pale. L'asservissement mécanique du capteur de courants de Foucault à l'aide d'un moteur générant un déplacement de type va-et-vient sur une faible amplitude, c'est-à-dire une amplitude inférieure à 2 mm, et à une fréquence de l'ordre d'une ou plusieurs dizaine(s) de Hertz, comme par exemple 25 Hz, offre au dispositif l'avantage d'avoir une reproductibilité des conditions de déplacement du capteur avec notamment un déplacement plus régulier et plus rapide que dans le cas manuel, et ainsi d'améliorer la résolution de la caractérisation des dommages.
Avec une fréquence de balayage de l'ordre de 25 Hz pour le capteur on a une vitesse de balayage transversale, c'est-à-dire selon la seconde direction, de l'ordre de 60 mm/s.
En outre, l'entrefer entre la sonde du capteur de courants de Foucault, c'est-à-dire la partie active du capteur en regard de la pale à caractériser, et le pied de pale à caractériser est maîtrisé grâce au déplacement mécanique contrôlé par moteur notamment. Ceci permet de maximiser le rapport signal sur bruit tout en préservant l'intégrité de la sonde par un contact faible, afin de prévenir l'usure des bobines.
Selon un premier aspect du dispositif de caractérisation, le dispositif peut comprendre en outre un support de réception de pale configuré pour positionner une zone plane du pied de la pale à caractériser dans le plan défini par la première et la seconde directions.
Le support permet de positionner la pale à caractériser de manière adaptée au balayage transversal du capteur. La zone plane à inspecter est ainsi inclinée dans un support adapté à la géométrie du pied afin de la placer dans le plan de balayage de la sonde.
Selon un deuxième aspect du dispositif de caractérisation, le second moyen de déplacement présente une fréquence constante de balayage du capteur le long de la seconde direction de la pale.
La maîtrise dynamique du balayage transversal, c'est-à-dire la régularité et la rapidité du déplacement selon la seconde direction, permet d'optimiser la qualité du signal à analyser, notamment son intégration, son analyse fréquentielle, et son filtrage.
Selon un troisième aspect du dispositif de caractérisation, le premier moyen de déplacement relatif comprend un moteur distinct du moteur du second moyen de déplacement et apte à générer un déplacement du capteur le long de la première direction et un module de commande apte à commander le moteur dudit premier moyen de déplacement relatif. L'asservissement mécanique selon la première direction du capteur de courants de Foucault par rapport à la pale à l'aide d'un moteur générant un déplacement longitudinal améliore la précision du déplacement longitudinal et la reproduction des conditions de mesure et de balayage transversal pour chaque position longitudinal, et ainsi d'avoir les mêmes conditions pour chaque pas de mesure, et de faire des pas longitudinaux, c'est-à-dire des déplacements longitudinaux, éventuellement plus petits. Cela permet d'améliorer d'autant plus la résolution de la caractérisation des dommages.
Dans une variante du troisième aspect du dispositif de caractérisation, le dispositif peut comprendre des moyens de commande configurés pour commander le moteur du second moyen de déplacement et le moteur du premier moyen de déplacement relatif, le premier moyen de déplacement étant commandé en fonction de la fréquence de balayage du second moyen de déplacement et du nombre de balayages souhaités pour chaque point de mesure, c'est-à-dire chaque position, dans la première direction.
Dans un quatrième aspect du dispositif de caractérisation, le dispositif peut comprendre en outre des moyens de traitement des courants délivrés par ledit capteur configurés pour déterminer une valeur de la profondeur du dommage sur le segment balayé dans la seconde direction pour chaque position de mesure dans la première direction à partir des caractéristiques des courants mesurés et d'au moins une courbe de référence.
Les moyens de traitement permettent ainsi de caractériser la profondeur des endommagements par la corrélation entre les résultats issus de l'analyse du signal (amplitude, déphasage, ...) et la profondeur des singularités de surface correspondantes, sur des pièces de référence.
Un autre objet de l'invention propose un procédé de caractérisation des dommages du pied d'une pale d'une roue mobile d'une turbomachine à l'aide d'un capteur de courants de Foucault à bobinage différentiel à fonction séparée, le procédé comprenant un premier déplacement de la position relative du capteur par rapport à la pale à caractériser dans une première direction (longitudinale) de la pale, un second déplacement du capteur par rapport à la pale à caractériser dans une seconde direction (transversale) de la pale orthogonale à la première direction, et un sondage par courant de Foucault à chaque position selon la première direction.
Selon une caractéristique générale de cet objet, le procédé comprend une commande électronique du second déplacement pour générer un déplacement régulier du capteur en va-et-vient le long de la seconde direction de la pale, le second déplacement étant motorisé.
Selon un premier aspect du procédé de caractérisation, le procédé peut comprendre en outre une étape initiale de positionnement de la pale à caractériser dans un support de réception de pale configuré pour positionner une zone plane du pied de la pale à caractériser dans le plan défini par les première et seconde directions de déplacement.
Selon un second aspect du procédé de caractérisation, le procédé peut comprendre une commande électronique du premier déplacement relatif pour générer un déplacement relatif motorisé régulier du capteur par rapport à la pale le long de la première direction, le premier déplacement étant commandé en fonction de la fréquence de balayage du second déplacement et du nombre de balayages souhaités pour chaque point de mesure dans la première direction.
Brève description des dessins. L'invention sera mieux comprise à la lecture faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de caractérisation des dommages du pied d'une pale d'une roue mobile selon un mode de réalisation l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective éclatée du support du dispositif de la figure 1 et de la pale à caractériser ; - la figure 3 présente un organigramme d'un procédé de caractérisation des dommages du pied d'une pale d'une roue mobile selon un mode de mise en œuvre de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation
Sur la figure 1 est illustrée schématiquement une vue en perspective d'un dispositif 1 de caractérisation des dommages du pied d'une pale 2 d'un compresseur d'une turbomachine selon un mode de réalisation de l'invention.
La pale 2 comprend un pied 20 depuis lequel s'étend une aube 21. Le pied 20 comprend une base 22 plane s'étendant dans un plan orthogonal au plan dans lequel s'étend l'aube 21 et deux portions planes 23 obliques s'étendant entre la base 22 et l'aube 21, chaque portion plane 23 étant couplée à la base 22 via une portion convexe 24 et couplée à l'aube 21 via une portion concave 25.
Le dispositif 1 comprend un support 3 dans lequel est formé un logement 4 destiné à recevoir le pied 20 de la pale 2. Le logement 4 du support 3 est orienté pour que la partie plane 23 à caractériser soit disposée dans un plan horizontal lorsque le support 3 est posé en appui sur une surface horizontale tel que le plateau d'une table ou d'un établi.
Sur la figure 2 est présentée une vue en perspective éclatée du support du dispositif 1 de la figure 1 et de la pale 2 à caractériser.
Plus particulièrement, le support 3 forme un bloc globalement parallélépipédique présentant une première face 31 destinée à être posée sur une surface horizontale d'appui et une deuxième face 32 parallèle à la première face 31, la première et la deuxième faces 31 et 32 étant adjacentes à une troisième face 33 s'étendant orthogonalement entre les première et deuxième faces 31 et 32. Le logement 4 présente un fond 41 plan oblique par rapport aux première et deuxième faces 31 et 32, et deux rebords concaves 42 pour accueillir les deux portions convexes 24 du pied 20 de la pale 2.
Le dispositif 1 comprend en outre un capteur de courants de Foucault 5 à bobinage différentiel à fonction séparée avec une bobine pour l'émission et deux bobines pour la réception, chacune présentant un bobinage de cuivre de diamètre 1 mm hors tout.
Le capteur de courant de Foucault 5 comporte une sonde 50 couplée à des moyens de traitement 51 des courants mesurés via un câble de transmission 52, la sonde 50 se déplaçant le long de la portion plane 23 du pied 20 de la pale 2 à caractériser. Pour déplacer la sonde 50 le long de la surface de la portion plane 23, le dispositif 1 comprend un premier moyen de déplacement 6 doté d'un premier moteur 60 et un second moyen de déplacement 7 doté d'un second moteur 70.
Le second moyen de déplacement 7 est configuré pour générer un déplacement régulier de la sonde 50 en va-et-vient le long de la direction transverse de la pale 2, la direction transverse s'étendant entre la portion convexe 24 et la portion concave 25 couplées à la portion plane 23 à caractériser, c'est-à-dire entre l'aube 21 et la base 22. Le second moyen de déplacement 7 comprend une tige 71 portant la sonde 50 à une première extrémité et mécaniquement raccordée à un bloc de balayage 72, le bloc de balayage 72 étant raccordé au second moteur 70 via un arbre de transmission 73.
Le premier moyen de déplacement 6 est configuré pour générer un déplacement de la sonde 50 dans une direction longitudinale de la pale 2, la direction longitudinale étant orthogonale à la direction transverse et dans un plan parallèle au plan dans lequel s'étend la portion plane 23 à caractériser, c'est-à-dire parallèle à la deuxième face 32 du support 3. Le premier moyen de déplacement 6 comprend des rails 61 montés sur un plateau 8 sur lequel sont montés les premier et second moyens de déplacement 6 et 7, les rails 61 s'étendant selon la direction longitudinale de la pale 2. Le premier moyen de déplacement 6 comprend en outre une vis sans fin 62 couplée entre le premier moteur 60 et un bloc de translation longitudinale 63 et configurée pour transformer le mouvement rotationnel du moteur en une translation longitudinale le long des rails 61.
Le dispositif 1 de caractérisation comprend en outre un bloc de commande 9 couplé électriquement au premier moteur 60 et au second moteur 70. Le bloc de commande 9 est configuré pour actionner le second moteur 70 pour qu'il génère un balayage de la sonde 50 dans la direction transversale de la pale 2 à une fréquence donnée, par exemple 25 Hz, pendant un temps donné, par exemple deux secondes, pour mesurer un nombre de fois donné les courants de Foucault le long de la zone balayée dans des conditions identiques à chaque balayage. Le bloc de commande 9 est également configuré pour actionner le premier moteur 60 après chaque balayage de la sonde 50 sur une position longitudinale de la pale 2. Autrement dit, la sonde 50 est déplacée longitudinalement d'une position, ou d'un cran, à chaque fois que la sonde a balayé transversalement la portion plane 23 à caractériser pendant ledit temps donné à une même position longitudinale. Le déplacement généré par le premier moyen de déplacement 6 est donc un déplacement de type pas à pas, ou discret.
Sur la figure 3 est représenté un organigramme d'un procédé de caractérisation des dommages du pied 20 d'une pale 2 d'un compresseur de turbomachine selon un mode de mise en œuvre de l'invention.
Le procédé de caractérisation est mis en œuvre par le dispositif 1 de caractérisation. Le procédé comprend une étape initiale 200, consistant à retirer une pale 2 du compresseur et positionner son pied 20 dans le support 3 du dispositif 1 pour avoir une portion plane 23 du pied 20 à caractériser parallèle au plan horizontal dans lequel s'étend la deuxième face 32 du support 3.
Dans une étape suivante 210, le capteur 5 est positionné pour avoir la sonde 20 en regard d'une première extrémité longitudinale du pied 20 de la pale 2.
Le second moteur 70 du second moyen de déplacement 7 du dispositif 1 est ensuite actionné dans une étape suivante 220 pour générer un balayage transversale de la sonde 50 à une première position longitudinale sur une distance transversale d'environ 1 à 2 mm de la direction transversale Dr. A la fin d'un temps donné permettant un nombre de balayages adéquat pour obtenir une mesure moyenne suffisamment précise, dans une étape suivante 230, le premier moteur 60 du premier moyen de déplacement 6 est actionné pour déplacer la sonde 50 d'une position longitudinale le long de la direction longitudinale DL de la pale 2.
Ces deux étapes sont répétées tant que le test, effectué dans une étape suivante 240, relatif à l'arrivée du capteur 5 à la seconde extrémité longitudinale du pied de pale 2 est négatif.
Au cours du procédé, les mesures de courants relevées par la sonde 50 sont transmises au moyen de traitement 51 via le câble de transmission 52. Le moyen de traitement 51 répertorie les caractéristiques des mesures de courant, telles que l'amplitude et le déphasage, sur des courbes qui sont ensuite comparées à des abaques pour déterminer la profondeur des dommages sur le pied 20 de la pale en cours de caractérisation. L'invention permet ainsi de caractériser la profondeur des endommagements du pied d'une pale d'une turbomachine avant réparation, dans une gamme de 50 pm à 200 pm de profondeur.
Claims (5)
- REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de caractérisation des dommages du pied (20) d'une pale (2) d'une roue mobile d'une turbomachine, le dispositif (1) comprenant un capteur (5) de courants de Foucault à bobinage différentiel à fonction séparée, un premier moyen de déplacement relatif (6) apte à modifier la position relative du capteur (5) par rapport à la pale (2) à caractériser dans une première direction (DL) de la pale (2), et un second moyen de déplacement (7) apte à déplacer le capteur (5) par rapport à la pale (2) à caractériser dans une seconde direction (Dr) de la pale (2) orthogonale à la première direction (DL), caractérisé ce que le second moyen de déplacement (7) comprend un moteur (70) apte à générer un déplacement régulier du capteur (5) en va-et-vient le long de la seconde direction (Dr) de la pale (2).
- 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, comprenant en outre un support (3) de réception de pale (2) configuré pour positionner une zone plane (23) de la pale (2) à caractériser dans le plan défini par la première et la seconde directions (Dr, DL). 3. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le second moyen de déplacement (7) présente une fréquence constante de balayage du capteur (5) le long de la seconde direction de la pale (Dr). 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le premier moyen de déplacement relatif (6) comprend un moteur (60) distinct du moteur (70) du second moyen de déplacement (7) et apte à générer un déplacement du capteur (5) le long de la première direction (Dl) et un module de commande (9) apte à commander le moteur (60) dudit premier moyen de déplacement relatif (6). 5. Dispositif (1) selon la revendication 4, comprenant en outre des moyens de commande (9) configurés pour commander le moteur (70) du second moyen de déplacement (7) et le moteur (60) du premier moyen de déplacement relatif (6), le premier moyen de déplacement (6) étant commandé en fonction de la fréquence de balayage du second moyen de déplacement (7) et du nombre de balayages souhaités pour chaque point de mesure dans la première direction (DL).
- 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant en outre des moyens (51) de traitement des courants délivrés par ledit capteur (5) configurés pour déterminer une valeur de la profondeur du dommage sur le segment balayé dans la seconde direction (DT) pour chaque position de mesure dans la première direction (DL) à partir des caractéristiques des courants mesurés et d'au moins une courbe de référence. 7. Procédé de caractérisation des dommages du pied (20) d'une pale (2) d'une roue mobile d'une turbomachine à l'aide d'un capteur (5) de courants de Foucault à bobinage différentiel à fonction séparée, le procédé comprenant un premier déplacement de la position relative du capteur (5) par rapport à la pale (2) à caractériser dans une première direction (DL) de la pale (2), un second déplacement du capteur (5) par rapport à la pale (2) à caractériser dans une seconde direction (DT) de la pale (2) orthogonale à la première direction (DL), et un sondage par courant de Foucault à chaque position selon la première direction (DL), caractérisé ce qu'il comprend une commande électronique du second déplacement (220) pour générer un déplacement motorisé régulier du capteur (5) en va-et-vient le long de la seconde direction (Dy) de la pale (2), le second déplacement étant motorisé.
- 8. Procédé selon la revendication 7, comprenant en outre une étape initiale (200) de positionnement de la pale (2) à caractériser dans un support (3) de réception de pale configuré pour positionner une zone plane (23) du pied (20) de la pale (2) à caractériser dans le plan défini par les première et seconde directions de déplacement (DL, Dr). 9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, comprenant une commande électronique du premier déplacement relatif (230) pour générer un déplacement relatif motorisé régulier du capteur (5) par rapport à la pale (2) le long de la première direction (DL), le premier déplacement étant commandé en fonction de la fréquence de balayage du second déplacement et du nombre de balayages souhaités pour chaque point de mesure dans la première direction (DL).
- 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, comprenant en outre un traitement des courants délivrés par ledit capteur (5), le traitement comportant une détermination d'une valeur de la profondeur du dommage sur le segment balayé dans la seconde direction (DT) pour chaque position de mesure dans la première direction (DL) à partir des caractéristiques des courants mesurés et d'au moins une courbe de référence.
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