FR3069632A1 - Dispositif de mesure de l'expansion axiale ou radiale d'un organe tubulaire de turbomachine - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif (50) de mesure de l'expansion axiale (AX) ou diamétrale d'au moins un organe (26, 28, 48) tubulaire de turbomachine (10) entre un état de repos et un état dilaté le long d'un axe (A) d'allongement ou transversalement à cet axe (A), ledit dispositif (50) comportant au moins un élément (52) extensible parallèlement ou transversalement à l'axe d'allongement (A) qui est configuré pour être fixé à des première et seconde extrémités dudit organe (26, 28, 48) et qui est configuré pour accompagner ledit organe (26, 28, 48) dans son allongement entre ses états de repos et dilaté pour s'allonger d'une expansion d'une longueur de repos (L1) à une deuxième longueur d'élongation (L2) et à conserver ladite deuxième longueur (L2) après rétractation dudit organe (26, 28, 48), pour déduire l'expansion axiale (AX) ou diamétrale dudit organe (26, 28, 48) à partir de la différence (AL) entre les deuxième (L2) et première (L1) longueurs dudit élément extensible (52).
Description
L'invention se rapporte à un dispositif pour la mesure de l'expansion axiale et/ou diamétrale d'organes tubulaires d'un moteur à turbine à gaz, notamment d'organes tels que des carters, tronçons de carters du compresseur ou de turbine, ou encore des arbres tubulaires, selon une direction correspondante axiale ou radiale d'allongement, et à un procédé de détermination de l'expansion axiale et/ou diamétrale d'au moins un tel organe mettant en œuvre le dispositif considéré.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Un moteur à turbine à gaz, par exemple à double corps, comprend un premier ensemble rotatif, dit corps basse-pression, BP, formé d’un arbre reliant un rotor de compresseur BP à l’amont et un rotor de turbine BP à l’aval. L'amont et l’aval sont définis dans la suite de la présente description par rapport à la direction d'écoulement de l’air G dans la turbomachine,
Chacun des éléments de compresseur et de turbine du corps BP peut être composé d’un ou plusieurs étages. Les deux éléments du corps BP sont espacés axialement l’un de l’autre et ménagent un emplacement pour un second ensemble rotatif, dit corps haute-pression, HP, formé d’un compresseur HP, disposé en aval du compresseur BP, et d’une turbine HP, disposée en amont de la turbine BP. Le rotor du compresseur HP et le rotor de la turbine HP sont reliés mécaniquement l’un à l’autre par un arbre haute-pression HP, qui entoure l'arbre basse-pression BP. Une chambre de combustion du moteur, fixe par rapport aux deux corps HP et BP, et généralement annulaire, est logée circonférentiellement autour de l'arbre haute-pression en amont de la turbine HP. La chambre de combustion reçoit l’air comprimé successivement par les étages des compresseurs BP et HP, et délivre des gaz de combustion à haute énergie aux étages des turbines HP et BP successivement. Le moteur peut également comprendre, en amont des compresseurs BP et HP, un rotor de soufflante qui est entraîné par l’arbre du corps BP, par exemple par l'intermédiaire d'un réducteur, ou des hélices contrarotatives accouplées à l'arbre du corps BP par l'intermédiaire d'un train épicycloïdal.
Un tel moteur comporte des éléments de carter structuraux internes supportant notamment les ensembles rotatifs par des paliers. Les étages de compresseurs et de turbines sont portés par des viroles qui sont montées tournantes dans des carters annulaires externes qui entourent les aubes des étages de compresseur ou de turbine, ces carters annulaires définissant avec ces viroles une veine d'écoulement des gaz de la turbomachine.
Les carters annulaires sont généralement constitués d'assemblages axiaux de tronçons annulaires de carter, qui sont assemblés les uns aux autres par leurs brides d'extrémité, par exemple par boulonnage.
Plusieurs phénomènes peuvent être à l’origine de déformations axiales ou diamétrales occasionnées aux tronçons annulaires de carter, notamment les efforts mécaniques causés par les différentes pressions régnant au sein de ces carters et produites par la turbomachine lors de son fonctionnement, ou ceux causés par la dilatation de ces carters ou tronçons de carters lors de leur échauffement au cours du fonctionnement de la turbomachine. Il en de même pour les déformations, essentiellement axiales, occasionnées aux arbres BP et HP de la turbomachine.
L'échauffement des différents carters ou des arbres BP et HP de la turbomachine est un phénomène dû à l'échauffement de l'ensemble de la turbomachine. Cet échauffement est causé, notamment, par la combustion du mélange carburé dans la chambre de combustion. La dilatation des carters peut avoir plusieurs conséquences, et notamment celle de jouer sur le jeu radial entre les carters ou tronçons de carters annulaires et les sommets d'aubes de compresseur et/ou de turbine, la dilatation diamétrale des carters entraînant généralement une augmentation de ce jeu radial avec pour conséquence une perte d'efficacité du compresseur ou de la turbine, voire, en ce qui concerne le compresseur, une augmentation des phénomènes de pompage dans le compresseur.
Les carters étant fixés les uns aux autres par l'intermédiaire de leurs brides d'extrémité, qui sont généralement fixées les unes aux autres par boulonnage, l'expansion diamétrale des carters causée par leur dilatation peut également soumettre les liaisons boulonnées à des contraintes qui ont pour conséquence de les fragiliser.
C'est la raison pour laquelle, par exemple, il a été proposé des dispositifs comme le dispositif HPTACC, acronyme anglo-saxon de High Pressure Turbine Active Clearance Control, qui permet de contrôler de manière dynamique la dilatation radiale du carter de turbine d'une turbomachine en le refroidissant à l'aide d'air prélevé sur le compresseur de la turbomachine.
L'expansion du carter externe n'intervient pas uniquement selon la dimension radiale, mais elle se traduit également par un allongement axial de celui-ci. Or, la connaissance du comportement d'un carter en termes d'expansion axiale ou diamétrale suite aux phénomènes de dilatation est une composante essentielle du dimensionnement d'une turbomachine, car cette expansion axiale peut avoir des conséquences diverses sur le fonctionnement de celle-ci.
Par exemple, de manière non exhaustive, il est connu de disposer dans une turbomachine de différents étages de redresseurs intercalés entre les étages de compresseur ou de turbine. Les aubes des redresseurs sont portées par des tronçons du carter externe entourant le compresseur ou la turbine. La dilatation des tronçons de carter externe portant ces redresseurs peut amener à faire varier le jeu axial existant entre les aubes fixes des redresseurs et les aubes mobiles des étages de compresseur ou de turbine, avec des risques d'interférences entre ces aubes et de pertes de performance liée à un mauvais positionnement relatif des différents modules.
Il en est de même en ce qui concerne l'expansion axiale des arbres BP et HP, dont la connaissance du comportement est également une composante essentielle du dimensionnement d'une turbomachine. Ainsi, il est souhaitable de connaître précisément l'expansion axiale qui est susceptible d'affecter les arbres BP ou HP lors de leur échauffement, que ce soit de manière absolue ou de manière relative en comparaison avec les différentes expansions axiales des arbres ou carters coaxiaux à ces arbres.
Il importe donc de pouvoir caractériser de manière précise le comportement d'un organe d'une turbomachine en termes d'expansion axiale ou diamétrale lorsque celui-ci est soumis à des phénomènes de dilatation, notamment lorsque celui-ci est par ailleurs soumis et à des efforts mécaniques.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a donc pour but de proposer un dispositif de mesure de l'expansion d'au moins un organe tubulaire de turbomachine entre un état de repos et un état dilaté, c’est-à-dire l’expansion axiale le long d'un axe d'allongement et/ou l’expansion diamétrale dans un plan transversal audit axe.
Plus particulièrement, l'invention propose un dispositif de mesure de l'expansion d'au moins un organe tubulaire de turbomachine entre un état de repos et un état dilaté, ledit dispositif comportant au moins un élément extensible qui s’étend à proximité d'une paroi dudit organe tubulaire, ledit dispositif étant configuré pour être fixé respectivement à des premier et second points dudit organe et pour accompagner ledit organe dans son expansion entre ses états de repos et dilaté pour s'allonger d'une première longueur de repos à une deuxième longueur d'élongation et pour conserver ladite deuxième longueur après rétractation dudit organe, pour permettre de déduire l'expansion dudit organe à partir de la différence entre les deuxième et première longueurs dudit élément extensible.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, prises isolément ou en combinaison les unes des autres :
- le dispositif comporte :
. un fil comportant une première extrémité configurée pour être fixée de manière rigide au premier point de l'organe tubulaire, une deuxième extrémité libre, et une partie intermédiaire s'étendant entre ses première et deuxième extrémités, . un moyen de guidage, porté par l'organe tubulaire, apte à recevoir la partie intermédiaire du fil en coulissement et à maintenir sous tension une portion du fil qui s'étend entre sa première extrémité et ledit moyen de guidage, ladite portion de fil formant ledit élément axialement extensible, . au moins un moyen de sollicitation, porté par l'organe tubulaire, qui est configuré pour solliciter ladite portion de fil lors de l'expansion de l'organe tubulaire, pour provoquer l'allongement de ladite portion de fil,
- le moyen de guidage est porté par le premier point de l'organe tubulaire et ledit au moins un moyen de sollicitation comporte au moins une poulie de sollicitation de la portion de fil,
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, le dispositif est configuré pour mesurer l'expansion axiale d'un tronçon axial tubulaire de carter de turbomachine, et :
• la première extrémité du fil est configurée pour être fixée de manière rigide à une première extrémité du tronçon axial tubulaire de carter, formant le premier point, • le moyen de guidage est porté par ledit tronçon axial tubulaire de carter, • l'au moins un moyen de sollicitation comporte au moins une poulie, qui est portée par une seconde extrémité du tronçon axial tubulaire de carter formant le second point, et qui est configurée pour solliciter ladite portion de fil sensiblement au droit dudit second point lors de l'expansion axiale dudit tronçon axial tubulaire,
Selon une autre caractéristique de ce premier mode de réalisation, le dispositif comporte un nombre déterminé de poulies de sollicitation portées par le second point du tronçon axial tubulaire de carter, lesdites poulies étant au moins au nombre de deux, et un nombre de poulies de renvoi portées par le premier point du tronçon axial tubulaire de carter assurant le maintien de la portion de fil entre les premier et second points du tronçon axial tubulaire de carter, chaque poulie de renvoi étant interposée le long de la portion de fil entre deux poulies de sollicitation agencées consécutivement le long de la portion de fil,
Selon un second mode de réalisation de l’invention, le dispositif est configuré pour mesurer l'expansion axiale d'un tronçon axial d'arbre tubulaire et :
. le fil est agencé coaxialement au tronçon axial d'arbre tubulaire, . la première extrémité du fil est configurée pour être fixée de manière rigide coaxialement à une première extrémité du tronçon axial d'arbre tubulaire, formant le premier point, . le moyen de guidage est reçu coaxialement à une seconde extrémité du tronçon axial d'arbre tubulaire, formant le second point, et comporte un moyen de sollicitation (68) de la portion de fil, . un moyen de centrage du fil est monté coaxialement à une partie intermédiaire du tronçon axial d'arbre tubulaire.
Selon un troisième mode de réalisation de l’invention, le dispositif est configuré pour mesurer l'expansion diamétrale d'un tronçon axial tubulaire de carter de turbomachine, et il comporte :
- un fil comportant une première extrémité configurée pour être fixée de manière rigide à un élément fixé extérieurement au droit d'un premier point d'extrémité d'un secteur angulaire d'une paroi périphérique du tronçon axial tubulaire de carter, ledit fil comportant une deuxième extrémité libre et une partie intermédiaire qui s'étend entre lesdites première et deuxième extrémités autour du tronçon axial tubulaire de carter,
- un moyen de guidage, fixé extérieurement au droit d'un second point d'extrémité du secteur angulaire, apte à recevoir la partie intermédiaire du fil en coulissement et à maintenir sous tension le long du secteur angulaire une portion de ladite partie intermédiaire du fil s'étendant entre sa première extrémité et ledit moyen de guidage, et formant ledit élément axialement extensible,
- un série de poulies de sollicitation, agencées au droit du secteur angulaire et réparties angulairement de manière régulière le long dudit secteur angulaire, qui sont configurées pour solliciter radialement ladite portion de fil lors de l'expansion diamétrale dudit tronçon de carter, pour provoquer l'allongement de ladite portion de fil.
Selon un autre caractéristique de ce troisième mode de réalisation, le secteur angulaire forme un angle multiple de 360°, l'élément est un premier pylône de longueur radiale déterminée qui s'étend radialement vers l'extérieur à partir de la périphérie du tronçon axial tubulaire de carter, la première extrémité du fil et le moyen de guidage étant portés par l'extrémité dudit premier pylône, et la série de poulies de sollicitation de la portion de fil sont portées par les extrémités d'une série de seconds pylônes de même longueur radiale déterminée que le premier pylône et répartis angulairement de manière régulière autour de la périphérie du tronçon axial tubulaire de carter.
Dans tous ces modes de réalisation, le moyen de guidage comporte un guide traversé par le fil et un moyen de pincement qui est accolé audit guide du côté de la deuxième extrémité libre du fil, et qui est configuré pour pincer le fil tout en permettant son glissement au travers dudit guide.
L'invention concerne encore un procédé de détermination de l'expansion axiale et/ou diamétrale d'un organe tubulaire de turbomachine entre un état de repos et un état dilaté.
Ce procédé comporte au moins :
- une première étape de mise en place sur ou dans ledit organe tubulaire dans son état de repos, du dispositif de mesure,
- une deuxième étape de prise en compte de la première longueur de repos de l'élément extensible, notamment par repérage ou mesure,
- une troisième étape de fonctionnement de la turbomachine au cours de laquelle l'organe passe de son état de repos à son état dilaté et au cours de laquelle l'élément extensible passe de sa première longueur de repos à sa deuxième longueur d'élongation,
- une quatrième étape de mesure de la deuxième longueur d'élongation de l'élément axialement extensible,
- une cinquième étape de calcul de l'expansion dudit organe, déduite de la différence entre les deuxième et première longueurs de l'élément axialement extensible.
Selon d'autres caractéristiques du procédé :
- le procédé comprend :
• dans la deuxième étape, le marquage du fil au ras du moyen de guidage, ledit marquage étant associé à la première longueur de repos de la portion de fil, • dans la troisième étape, le fonctionnement de la turbomachine au cours de laquelle l'organe passe de son état de repos à son état dilaté et au cours de laquelle la portion de fil passe de sa première longueur de repos à sa deuxième longueur d'élongation, • dans la quatrième étape, la mesure de la deuxième longueur d'élongation de la portion de fil, et • dans la cinquième étape, le calcul de l'expansion axiale et/ou diamétrale dudit organe, déduit de la différence entre les deuxième et première longueurs de la portion de fil,
- selon une première variante du procédé, au cours de la cinquième étape, pour calculer l'expansion axiale, on calcule une valeur égale à la différence entre les deuxième et première longueurs de la portion de fil à laquelle on ajoute un allongement de ladite portion de fil causé par sa seule dilatation entre une température de la portion de fil lors de la deuxième étape et une température de la portion de fil à la fin de la troisième étape, ledit allongement étant calculé à partir du coefficient de dilatation du fil et de la première longueur de la portion de fil, et on divise la valeur obtenue par le double du nombre de poulies de sollicitation,- selon une deuxième variante du procédé, au cours de la cinquième étape, pour calculer l'expansion axiale, on calcule une valeur égale à la différence entre les deuxième et première longueurs de la portion de fil à laquelle on ajoute un allongement de ladite portion de fil causé par sa seule dilatation entre une température de la portion de fil lors de la deuxième étape et une température de la portion de fil à la fin de la troisième étape, ledit allongement étant calculé à partir du coefficient de dilatation du fil et de la première longueur de la portion de fil,
- selon une troisième variante du procédé, au cours de la cinquième étape, pour calculer l'expansion diamétrale, on calcule :
• une valeur d'expansion de fil, obtenue en calculant une valeur égale à la différence entre les deuxième et première longueurs de la portion de fil à laquelle on ajoute un allongement de ladite portion de fil causé par sa seule dilatation entre une température de la portion de fil lors de la deuxième étape et une température de la portion de fil à la fin de la troisième étape, ledit allongement étant calculé à partir du coefficient de dilatation du fil et de la première longueur de la portion de fil, puis on transforme cette valeur en valeur d'expansion diamétrale équivalente en divisant la valeur d'expansion de fil par le nombre π, • une valeur d'expansion diamétrale des pylônes causée par leur dilatation entre une température de chaque pylône lors de la deuxième étape et une température des pylônes à la fin de la troisième étape, ladite expansion étant calculée à partir du coefficient de dilatation des pylônes et de la première longueur de chaque pylône, et on ajoute la valeur d'expansion diamétrale des pylônes à la valeur d'expansion diamétrale équivalente.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une demi-vue en coupe axiale d'une turbomachine ;
- la figure 2 est une vue schématique d'une turbomachine comportant des dispositifs de mesure selon des premier à troisième modes de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 est une vue schématique de principe du dispositif de mesure selon une première variante des premier et deuxième modes de réalisation de l'invention ;
- la figure 4 est une vue schématique de principe de dessus d'un dispositif de mesure selon une deuxième variante du premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 5 est une vue schématique de principe de dessus d'un dispositif de mesure selon une troisième variante du premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 6 est une demi-vue en coupe axiale de détail d'une turbomachine comportant des dispositifs de mesure selon les premier à troisièmes modes de réalisation de l'invention ;
- la figure 7 est une vue détail en coupe axiale de détail d'une turbomachine illustrant l'implantation de dispositifs de mesure selon le premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 8 est une vue très schématique en coupe transversale d'un tronçon de carter d'une turbomachine comportant le dispositif de mesure selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; et
- la figure 9 est un diagramme-bloc illustrant les étapes d'un procédé de mesure de détermination de l'expansion d'un organe de turbomachine mettant en œuvre un dispositif de mesure selon l'invention.
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
On a représenté à la figure 1, de manière schématique et à titre d'exemple, une turbomachine 10 de type à double corps et à double flux. Une telle turbomachine 10, ici un turboréacteur 10 à double flux, comporte, de manière connue, une soufflante 12, un compresseur basse-pression 14, un compresseur haute-pression 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute-pression 20, une turbine basse-pression 22, et une tuyère d'échappement 24. Le rotor du compresseur haute-pression HP 16 et le rotor de la turbine haute-pression 20 sont reliés par un arbre haute-pression HP 26 et forment avec lui un corps haute-pression. Le rotor du compresseur basse-pression BP 14 et le rotor de la turbine basse-pression BP 22 sont reliés par un arbre basse-pression BP 28 et forment avec lui un corps basse-pression. Chaque compresseur 14, 16 ou turbine 20, 22 peut être constitué(e) de plusieurs étages de compresseur ou turbine en série.
L'arbre HP 26 et l'arbre BP 28 s'étendent suivant un axe A qui est l'axe global du turboréacteur 10 et qui correspond aussi à l'axe de rotation des rotors de compresseurs et de turbine. Dans la suite de la description, les notions de longitudinal ou radial sont relatives à cet axe A.
Chacun des arbres basse-pression BP 28 et haute-pression HP 26 sont montés tournants par l'intermédiaire de paliers 34, 36, notamment des roulements, qui sont portés par un carter interne structurant 30 du turboréacteur, ou agencés entre les arbres HP 26 et BP 28, l'arbre BP 28 étant coaxial et monté intérieurement à l'arbre HP 26.
Les corps haute-pression et basse-pression sont traversés par un flux d'air primaire P et la soufflante 12 produit un flux d'air secondaire S qui circule dans le turboréacteur 10, entre le carter 30 et une enveloppe externe 32 du turboréacteur. En sortie de la turbine BP 22, les gaz issus du flux primaire P sont mélangés au flux secondaire S pour produire une force de propulsion, le flux secondaire S fournissant la majorité de la poussée.
Chaque compresseur 14, 16 ou turbine 20, 22 est constitué d'aubages 14a, 16a, 20a, 22a qui sont portés par des viroles 14b, 16b, 20b, 22b solidaires des arbres HP 26 et BP 28.
Les aubages 14a, 16a, 20a, 22a et les viroles 14b, 16b, 20b, 22b sont montées tournantes dans un carter externe 38 de la turbomachine. Plus particulièrement, le carter externe comporte un carter de compresseur 40, un carter de chambre de combustion 42, un carter de turbine 44, et un carter d'échappement 46.
Chaque carter 40, 42, 44, 46 est par exemple constitué d'une succession axiale de tronçons de carters, assemblés les uns aux autres par boulonnage.
Une telle turbomachine est sujette à des phénomènes de dilatation de certains de ses organes tubulaires tels que notamment son carter externe 38, l'arbre HP 26, ou l'arbre BP 28. Ces phénomènes sont causés en majeure partie par la chaleur dégagée par la chambre de combustion 18, dont la chaleur des gaz de combustion est transmise en aval de la chambre de combustion au carter de turbine 44 et au carter d'échappement 46, et de là, par conduction, au carter de compresseur 40, ou aux aubages de la turbine haute-pression 20 et de la turbine basse-pression 22, et de là, par conduction, à l'arbre HP 26, ou l'arbre BP 28 .
A un moindre niveau, l'émission de chaleur résulte aussi de la compression de l'air dans le compresseur 40, et est donc transmise d'une part au carter de compresseur 40 et d'autre part aux arbres HP 26 et BP 28 par l'intermédiaire des aubages des compresseur basse-pression 14 et compresseur haute-pression 16.
La chaleur transmise aux carter de compresseur 40, carter de chambre de combustion 42, carter de turbine 44, carter d'échappement 46, arbres HP 26 et BP 28 tend à provoquer une dilatation de ces organes dans les directions radiale et longitudinale, et elle se traduit par conséquent en particulier par une expansion axiale et diamétrale des carters 40, 42, 44, 46 suivant la direction axiale A et transversalement par rapport à cette direction, et par une expansion des arbres HP 26 et BP 28 principalement suivant la direction axiale A. Or, il serait souhaitable de pouvoir caractériser l'expansion de ces carters 40, 42, 44, 46, dans leur ensemble ou individuellement, ou des arbres HP 26 et BP 28 de manière à prévoir le comportement d'une turbomachine en termes d'expansion axiale lorsque ladite turbomachine est soumise aux phénomènes de dilatation. La connaissance du comportement d'une turbomachine permet en effet de mieux concevoir le dimensionnement de turbomachines similaires et/ou de préparer de manière optimale son intégration dans un berceau de l'aéronef qui en est équipé.
Dans ce but, comme l'illustre schématiquement la figure 2 et plus précisément la figure 6, l'invention propose un dispositif de mesure de l'expansion d'au moins un organe de la turbomachine 10 entre un état de repos et un état dilaté, cette expansion pouvant être axiale et/ou diamétrale, respectivement le long d'un axe d'allongement A et/ou dans un plan transversal audit axe A.
Ainsi, selon son mode de réalisation, ce dispositif peut être décliné sous la forme de dispositifs 50a, 50b de mesure de l'expansion axiale d'au moins un organe 26, 28 de la turbomachine 10 entre un état de repos et un état dilaté le long d'un axe d'allongement A, ou sous la forme d'un dispositif 50c de mesure de l'expansion diamétrale d'au moins un organe 48 de la turbomachine A dans un plan transversal audit axe A, c'est à dire perpendiculairement au plan des figures 2 et 6. Les dispositifs 50 sont par exemple agencés le long d’un tronçon 4/8 de carter à ses extrémités de liaison boulonnée avec les tronçons de carter voisins.
Comme l’illustre d’un manière générale la figure 3 et dans le détail les figures 4 à 8, chaque dispositif 50a, 50b 50c comporte au moins un élément 52 extensible qui s’étend à proximité d'une paroi de l’organe tubulaire 26, 28 48, ce dispositif 50a, 50b, 50c étant configuré pour être fixé respectivement à des premier et second points 21, 23, 25, 27, 54, 56 de l’organe 26, 28, 48 et pour accompagner ledit organe 26, 28, 48 dans son expansion entre ses états de repos et dilaté, pour s'allonger d'une première longueur de repos L1 à une deuxième longueur d'élongation L2 et pour conserver cette deuxième longueur L2 après rétractation dudit organe 26, 28, 48. De cette manière, la mesure de l’élément 52 permet de déduire l'expansion ΔΧ, AD de l’organe 26, 28, 48 à partir de la différence AL entre les deuxième et première longueurs L2, L1 de cet élément extensible 52.
Les dispositifs de mesure 50a, 50b constituent des premier et deuxièmes modes de réalisation de l'invention qui ont été représentés aux figures 2 à 7, être chacun configurés pour mesurer un allongement axial ΔΧ de l'organe 26, 28 de la turbomachine 10. Le dispositif de mesure 50c, quant à lui, qui a été représenté à la figure 8, constitue un troisième mode de réalisation de l’invention configuré pour mesurer un allongement diamétral de l’organe 48 de la turbomachine.
En ce qui concerne les premier et deuxième modes de réalisation de l’invention, la figure 2 représente de manière schématique une turbomachine 10 équipée d'un dispositif 50a destiné à mesurer l'expansion axiale d'un organe tel qu'un tronçon axial de carter 48, ou de dispositifs 50b destinés à mesurer l'expansion axiale d'organes tels que l'arbre HP 26 et/ou l'arbre BP 28.
Le tronçon axial 48 ne correspond pas nécessairement strictement au carter 38 ou à l'un des carters 40, 42, 44, 46. Le tronçon axial 48 peut correspondre seulement à un tronçon d'un de ces carters 40, 42, 44, 46 ou peut correspondre au contraire à l'intégralité du carter 38. Sur la figure 2, on a représenté de manière schématique un tronçon de carter 48 qui correspond à un tronçon du carter de turbine 44, sans que cette disposition soit limitative de l'invention.
D'une manière générale, comme l'illustrent les figures 2 et 3, le dispositif 50a, 50b, qui est destiné à mesurer l'expansion axiale ΔΧ d'organes tels qu'un tronçon axial de carter 48 et/ou un arbre HP 26 et/ou un arbre BP 28, comporte au moins un élément 52 extensible parallèlement à l'axe d'allongement A. Cet élément extensible 52 est configuré pour être fixé à des première et seconde extrémités longitudinales 54, 56 du tronçon de carter 48, à des première et seconde extrémités longitudinales 21,23 de arbre HP 26 et/ou à des première et seconde extrémités longitudinales 25, de l'arbre BP 28 manière à accompagner ces arbres 26, 28 dans leur expansion axiale entre leurs états de repos et dilaté.
Ainsi, selon le principe général de fonctionnement des premier et deuxièmes modes de réalisation de l'invention qui a été représenté à la figure 3, l'élément extensible 52 de chaque dispositif 50a, 50b, en accompagnant le tronçon de carter 48, l'arbre HP26 ou l'arbre BP 28 dans son expansion axiale, peut s'allonger d'une première longueur de repos L1, qui correspond à la longueur du tronçon 48, de l'arbre HP26 ou l'arbre BP lorsque la turbomachine 10 n'est pas dilatée, à une deuxième longueur d'élongation L2 correspondant à la longueur du tronçon 48, de l'arbre HP26 ou de l'arbre BP 28 lorsque la turbomachine 10 est dilatée. Conformément à l'invention, l'élément extensible 52 est configuré pour conserver la deuxième longueur L2 même après rétractation du tronçon de carter 48. Il est de ce fait possible de déduire l'allongement ΔΧ du tronçon de carter 48, de l'arbre HP26 ou de l'arbre BP 28 à partir d'une différence AL entre les deuxième et première longueurs L2, L1 de l'élément 52.
Dans sa plus simple expression qui a été représentée à la figure 3, l'élément extensible 52 est un élément qui s'étend suivant une seule direction parallèlement à l'axe A, et qui est par exemple déformable plastiquement entre ces longueurs L2 et L1. L’élément 52 pourrait prendre toute forme connue de l’état de la technique apte à permettre la mesure de son élongation.
Toutefois, de préférence, l'élément 52 est ou fait partie d’un fil d'élongation ou de traction qui est fixé à ses deux extrémités aux première et seconde extrémités longitudinales 54, 56 du tronçon de carter 48 qui forment ici les premier et second points du tronçon de carter 48, et/ ou aux première et seconde extrémités longitudinales 21, 23 de l’arbre HP 26, qui forment ici les premier et second points du tronçon de l’arbre HP 26, et/ou aux des première et seconde extrémités longitudinales 25, 27 de l'arbre BP 28 qui forment ici les premier et second points du tronçon de l’arbre BP 28.
Par exemple, dans le cas d'un dispositif 50a destiné à mesurer l'allongement ΔΧ d'un tronçon de carter 48, l'élément 52 peut être fixé par l'intermédiaire de potences 54a, 56a fixées respectivement aux extrémités 54, 56. De même, dans le cas d'un dispositif 50 destiné à mesurer l'allongement ΔΧ d'un arbre HP 26 ou d'un arbre BP 28, l'élément 52 peut être fixé dans ces arbres 26, 28 par l'intermédiaire de bagues d'extrémité 21a, 23a et 25a, 27a, respectivement fixées aux extrémités 21, 23 et 25, 27.
L'élément 52 est maintenu entre les potences 54a, 56a du tronçon de carter 48, ou entre les bagues 21a, 23a de l'arbre HP 26 ou entre les bagues 25a, 27a de l'arbre BP28 et conserve la longueur L2 de l’état dilaté alors que le tronçon de carter 48, l'arbre HP 26 ou l'arbre BP 28 a repris sa longueur L1. Par exemple, lorsque l'élément 52 est conformé sous la forme d'un fil d'élongation, on mesure la longueur du fil entre les potences 54a, 56a ou entre les bagues 21a, 23a ou 25a, 27a pour connaître sa longueur
L2 à l'état dilaté. Cette valeur est alors comparée à la longueur L1 du tronçon de carter 48, de l'arbre HP 26 ou de l'arbre BP 28. Le fil 52 étant un fil déformable plastiquement, il est possible de le détacher avant de le mesurer pour en faciliter la mesure. Il est également possible d'utiliser un fil 52 dont la mesure est directement lisible sur le fil.
On remarquera que l'élément extensible 52 n’est pas limité à un fil ou une portion de fil mais pourrait être rigide, pourvu qu'une de ses extrémités soit montée coulissante dans une des potences 54a ou 56a, ou dans une des bagues 21a, 23a, ou encore dans une des bagues 25a, 27a dans le sens de la rétractation.
On comprendra donc que, dans sa plus simple expression, l'allongement AL de l'élément 52 correspond effectivement à l'allongement ΔΧ du tronçon de carter 48, de l'arbre HP 26 ou de l'arbre BP 28.
Dans ce cas, l'élément 52 n'étant, dans sa plus simple expression, considéré comme théoriquement pas sujet aux phénomènes de dilatation, l'allongement du tronçon de carter est égal à celui de l'élément 52, selon la formule :
AX = AL = (L2 - Ll)
Dans cette configuration, comme l'illustre la figure 9, un procédé de détermination de l'expansion axiale d'au moins un organe tubulaire tel qu'un tronçon axial 48 d'un carter 38 de turbomachine, un arbre HP 26 ou un arbre BP 28 entre son état de repos et son état dilaté comporte au moins une première étape ET1 de mise en place sur ou dans ledit organe 48, 26, 28 dans son état de repos d'un dispositif 50 de mesure du type précédemment décrit, et en particulier de son élément extensible 52.
Puis, au cours d'une deuxième étape ET2, on prend en compte la première longueur de repos L1 de l'élément 52 axialement extensible. Cette prise en compte correspond soit à une connaissance préalable de la longueur initiale L1 de l'élément 52, soit à un repérage de celui-ci, soit encore à une mesure de celui-ci.
Puis, au cours d'une troisième étape ET3 de fonctionnement de la turbomachine, le tronçon de carter 48 passe de son état de repos à son état dilaté. Au cours de cette étape, l'élément axialement extensible 52 passe de sa première longueur de repos L1 à sa deuxième longueur d'élongation L2 parallèlement à l'axe A.
Puis au cours d'une quatrième étape ET4, on mesure la deuxième longueur d'élongation L2 de l'élément 52 axialement extensible. Dès lors, au cours d'une cinquième étape ET5 de calcul de l'allongement ΔΧ e l'organe 48, 26, 28, on calcule cet allongement ΔΧ à partir de la différence AL entre les deuxième et première longueurs L2, L1 de l'élément axialement extensible 52 selon la formule précédemment citée.
Un tel dispositif 50a, 50b, mettant en œuvre un élément 52 déformable plastiquement, n'est pas le mode de réalisation préféré de l'invention.
On va à présent décrire des variantes du premier mode de réalisation de l'invention comportant un dispositif 50a adapté à la mesure de l'expansion axiale ΔΧ du tronçon de carter 48, du deuxième mode de réalisation de l'invention comportant un dispositif 50b adapté à la mesure de l'expansion axiale ΔΧ de l'arbre HP 26 ou de l'arbre BP 28, ou du troisième mode de réalisation de l'invention comportant un dispositif 50c adapté à la mesure de l'expansion diamétrale AD de l'arbre HP 26 ou de l'arbre BP 28.
Les dispositifs 50a, 50b qui ont été décrits de manière schématique à la figure 3 correspondent à des premières variantes, extrêmement simplifiées, des premier et deuxième modes de réalisation de l'invention.
La figure 4 illustre de manière schématique une deuxième variante du premier mode de réalisation du dispositif de mesure 50a selon l'invention particulièrement adaptée à la mesure de l'expansion axiale ΔΧ d'un tronçon de carter 48.
Dans cette deuxième variante de ce premier mode de réalisation, le dispositif 50a comporte un fil 58 comportant une première extrémité 60 configurée pour être fixée de manière rigide à la première extrémité 54 formant le premier point du tronçon de carter 48, une deuxième extrémité libre 62, et une partie intermédiaire 64 s'étendant entre ses première et deuxième extrémités 60, 62. Un exemple d'implantation de plusieurs dispositifs 50a1, 50a2 permettant de mesurer les allongements de différents tronçons de carters 48a1, 48a2 entre leurs potences respectives 54a1, 54a2 et 56a1, 56a2 du carter 38 de la turbomachine 10 a été représenté à la figure 7.
Le dispositif 50a comporte un moyen de guidage 66 qui est porté par le tronçon de carter 48 et qui est apte à recevoir la partie intermédiaire du fil 64 en coulissement et à maintenir sous tension une portion 52 du fil qui forme ainsi l’élément extensible qui s'étend entre la première extrémité du fil 60 et le moyen de guidage 66, et dont on mesure l’élongation pour en déduire l’expansion du tronçon de carter 48.
Le dispositif 50a comporte aussi au moins un moyen de sollicitation 68, qui est porté par la seconde extrémité 46 du tronçon de carter 48 formant le second point du tronçon de carter 48, qui est configuré pour solliciter la portion de fil 52 sensiblement au droit dudit moyen de sollicitation 68 lors de l'allongement du tronçon de carter 48, pour provoquer l'allongement de ladite portion de fil 52.
On comprend donc que c'est donc la portion 52 du fil 58 qui s'étend entre la première extrémité du fil 60 et le moyen de guidage 66, dont la longueur varie en fonction de la sollicitation qu'exerce sur elle le moyen de sollicitation 68, qui forme l'élément axialement extensible 52.
Dans cette deuxième variante du premier mode de réalisation, comme l’illustre la figure 4, le moyen de guidage 66, comme la première extrémité 60 du fil 64, est porté par la première extrémité 54 du carter 48 formant le premier point du tronçon de carter 48 tandis que le moyen de sollicitation 68 comporte une poulie 70 qui est agencée à la seconde extrémité 56 formant le second point du tronçon de carter 48.
Il sera compris que cette disposition n'est pas limitative de l'invention. Dans une plus simple expression (non représentée) d'un dispositif 50 comportant un élément 52 constitué d'une portion de fil de longueur variable, la première extrémité 60 du fil 58 pourrait être seule portée par la première extrémité 54 du tronçon de carter 48, c’est-à-dire le premier point du tronçon de carter 48, tandis que le moyen de guidage 66, formant aussi moyen de sollicitation pourrait être porté par la seconde extrémité 56 du tronçon de carter 48, formant le premier point du tronçon de carter 48. Dans ce cas, le fil 58 ne passerait pas par une quelconque poulie, et l'allongement AL du fil, réduit à un brin, serait rigoureusement égal à l'allongement ΔΧ du tronçon de carter 48, comme dans le premier mode de réalisation de linvention.
Toutefois, dans cette deuxième variante du premier mode de réalisation de l'invention, le moyen de guidage 66 est porté par la première extrémité 54 ou premier point du tronçon de carter 48, et le moyen de sollicitation 68 comporte au moins une poulie 70 de sollicitation de la portion de fil, ladite poulie 70 étant portée par la seconde extrémité 56 ou second point du tronçon de carter 48.
La figure 4 illustre un montage du dispositif 50 comportant une unique poulie de sollicitation 70. Cette configuration n'est pas limitative de l'invention, et le dispositif 50a pourrait, comme l'illustre la figure 5 qui représente une troisième variante du premier mode de réalisation de l'invention, comporter un nombre déterminé n de poulies de sollicitation 70, ces poulies étant portées par la seconde extrémité 56 ou second point du tronçon de carter 48, et étant alors au moins au nombre de deux. Dans ce cas, le dispositif 50a comporterait un nombre n-1 de poulies de renvoi 72 portées par la première extrémité 54 ou premier point du tronçon de carter 48, placées chacune suivant le long du fil 58 entre deux poulies de sollicitation 70 et assurant le maintien et le renvoi de la portion de fil 52 entre les première et seconde extrémités 54, 56 du tronçon de carter 48. Chaque poulie de renvoi 72 est alors interposée le long de la portion de fil 52 entre deux poules de sollicitation 70 agencées consécutivement le long de la portion de fil 52.
Dans le cas particulier de la figure 5, le nombre n de poulies de renvoi est égal à 2 et le dispositif 50a comporte deux poulies de sollicitation 70 et une poulie de renvoi 72.
Le moyen de guidage 66 est destiné à guider le fil 58 et à le maintenir en tension tout en permettant son coulissement au travers du moyen de guidage 66.
A cet effet, le moyen de guidage 66 comporte un guide 74 traversé par le fil 58, et un moyen de pincement 76 du fil, par exemple une pince élastique 76, qui est accolé au guide 74 du côté de la deuxième extrémité libre 62 du fil 58. Ce moyen de pincement 76 est configuré pour pincer le fil 58 tout en permettant son glissement au travers dudit guide 74 uniquement dans le sens de son élongation.
Dans cette configuration, le procédé de mesure est sensiblement analogue au procédé précédemment décrit, tout en présentant certaines spécificités liées au deuxième mode de réalisation de l'invention. Ainsi, la prise en compte de la première longueur de repos L1 de la portion de fil 52 formant l'élément axialement extensible au cours de la deuxième étape ET2 consiste en un marquage du fil 58 au ras du moyen de guidage 66. Ce marquage est associé à la première longueur L1 de repos de la portion de fil 52.
Au cours de la troisième étape ET3, dans ce deuxième mode de réalisation, c'est la portion de fil 52 formant l'élément extensible qui passe de sa première longueur de repos L1 à sa deuxième longueur d'élongation L2.
Au cours de la quatrième étape ET4, on mesure la deuxième longueur d'élongation L2 de la portion de fil 52, et enfin, dans la cinquième étape ET5 on calcule l'allongement ΔΧ du tronçon 48 de carter à partir de la différence AL entre les deuxième et première longueurs L2, L1 de la portion de fil 52. Ce calcul est, comme on va le voir, directement fonction du nombre de poulies de sollicitation 70 que le fil traverse.
Le fil 58 est par ailleurs réalisé en un matériau dont le coefficient de dilatation a est déterminé, ce qui permet de prendre en compte pour ce calcul la dilatation du fil 58 dans son environnement à proximité du tronçon de carter 48 pour intégrer au calcul l'allongement propre de la portion de fil 52.
Bien que cela ne soit pas une condition impérative, on choisira de préférence pour le fil un matériau à faible coefficient de dilatation a tel qu'un alliage de Fer et de Nickel FeNi36, communément appelé invar, le choix de ce matériau étant dicté par le souci d'utiliser un matériau dont l'allongement du fait de sa dilation est non seulement réduit, représentant ainsi typiquement de l'ordre de 5 à 10% de l'allongement total du tronçon de carter 48 à la même température, mais surtout contrôlé et prédictible, car le coefficient de dilatation a de ce matériau est connu.
On calcule l'allongement du tronçon 48 de la manière suivante :
Au cours de la cinquième étape ET5, on calcule d'abord une valeur AL égale à la différence entre les deuxième et première longueurs L2, L1 de la portion 52 de fil à laquelle on ajoute un allongement Al de la portion de fil 52 causé par sa seule dilatation. Pour ce faire, on a relevé préalablement une température T1 de la portion de fil 52 lors de la deuxième étape ET2, et une température T2 de la portion de fil 52 à la fin de la troisième étape ET3 à proximité de la portion de fil 52. On en déduit l'allongement propre Al de la portion de fil 52 à partir d'un coefficient de dilatation connu a du fil et de la première longueur L1 de la portion de fil 52 à froid. On ajoute donc cet allongement propre Al à l'allongement AL total de la portion de fil 52, puis on divise la valeur obtenue par le double du nombre de poulies 70 de sollicitation noté n, ce nombre correspondant au nombre de brins du fil tendus entre les extrémités 54, 56 du tronçon de carter 48. Le calcul est donc effectué selon la formule :
[AL + Al] [(L2 - Ll) + aLl(T2 - Tl)]
JX =--Z---=----------Z----------2n 2n
On en déduit donc aisément l'allongement ΔΧ du tronçon de carter 48.
II convient de noter que ce procédé de mesure pourrait être entièrement automatisé, notamment en pourvoyant le moyen de guidage 66 d'un capteur de déplacement du fil 58 et en équipant la zone proche de la portion de fil 52 de capteurs de température. Ces informations pourraient alors être dirigées vers des moyens informatiques de calcul. Toutefois, la description des moyens informatiques permettant cette automatisation ne seront pas décrit plus explicitement dans la présente description.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention qui a été représenté d'une manière schématique à la figure aux figures 2 et 3 et plus particulièrement à la figure 6, le dispositif 50b est configuré de la même façon que précédemment pour mesurer une expansion axiale ΔΧ, mais il s'agit dans ce mode de deuxième mode de réalisation d'un dispositif 50b destiné à mesurer l'expansion axiale ΔΧ d'un arbre tubulaire de la turbomachine 10, et en particulier de l'arbre BP 28 ou HP 26 qui a été représenté à la figure 1. Le dispositif 50b comporte un fil 58 comportant une première extrémité 60 qui est configurée pour être fixée de manière rigide à la première extrémité 21, 23 formant le premier point de l'arbre tubulaire 26 ou 28, une deuxième extrémité libre 62, et une partie intermédiaire 64 s'étendant entre ses première et deuxième extrémités 60, 62. Le dispositif 50b comporte un moyen de guidage 66, reçu dans ledit arbre tubulaire 26, 28 en une deuxième extrémité 25, 27 formant le second point de l’arbre tubulaire 26, 28et qui est apte à recevoir la partie intermédiaire 64 du fil 58 en coulissement et à maintenir sous tension une portion 52 du fil qui s'étend entre sa première extrémité 60 et ledit moyen de guidage 66. Cette portion 52 de fil, dont la longueur est par conséquent variable entre sa première extrémité 60 et le moyen de guidage 66 qui sollicite le fil 58 lors de l'allongement de l'arbre HP 26 ou BP 28, forme l'élément axialement extensible.
A titre d'exemple, la première extrémité 60 du fil 58 peut être reçue dans une bague emmanchée à la première extrémité 54 de l'arbre 26 ou 28. De la même façon, le moyen de guidage 66 peut être constitué d'une bague interne reçue dans l'arbre 26 ou 28.
De préférence, le fil 58 et le moyen de guidage 66 sont coaxiaux à l'axe A de rotation de l'arbre 26, 28.
Pour garantir une déformation minimale du fil 58 sous l'effet des forces centrifuges, déformation qui pourrait fausser la mesure de l'allongement du fil 58, le dispositif 50b peut comporter un moyen de centrage 78 du fil 58 qui est monté en partie intermédiaire de l'arbre qui le reçoit, et qui est lui aussi coaxial à l'arbre A. Sur la figure 6, ce moyen de centrage a été représenté dans l'arbre BP 28.
Similairement au premier mode de réalisation, le moyen de guidage ou la bague 66 comporte un guide 74, porté par la deuxième extrémité 25, 27 de l’arbre 26, 28 et traversé par le fil 58, et un moyen de pincement 76, par exemple une pince élastique, qui est accolé audit guide 74 du côté de la deuxième extrémité libre 62 du fil 58. Ce moyen de pincement 76 est configuré pour pincer le fil 58 tout en permettant son glissement au travers dudit guide 74.
Similairement au mode de réalisation précédent, le fil 58 est réalisé en un matériau dont le coefficient de dilatation oc est déterminé, notamment un matériau à faible coefficient de dilatation oc tel que l'alliage de Fer et de Nickel FeNi36 ou invar précédemment décrit.
Dans cette configuration, comme l'illustre la figure 9, un procédé de détermination de l'expansion axiale ΔΧ de l'arbre HP 26 ou BP 28 entre un état de repos et un état dilaté à l'aide d'un dispositif de mesure 50b tel que décrit précédemment comporte au moins une première étape ET1 de mise en place dans l'arbre 26, 28 dans son état de repos, du dispositif de mesure 50b. Puis au cours d'une deuxième étape ET2, on prend en compte la première longueur de repos L1 du fil 52, notamment par repérage ou mesure. Par exemple, on marque le fil 58 au ras du moyen de guidage 66, de manière que ce marquage soit associé à la première longueur L1 de repos de la portion de fil 52.
Puis, au cours d'une troisième étape ET3 de fonctionnement de la turbomachine 10, l'arbre HP 26 ou BP 28 passe de son état de repos à son état dilaté. Le fil 52 passe de sa première longueur de repos L1 à sa deuxième longueur d'élongation L2 parallèlement à l'axe d'allongement A. Enfin, au cours d'une quatrième étape ET4, on mesure la deuxième longueur d'élongation L2 du fil 52, et enfin, au cours d'une cinquième étape ET5, on calcule l'expansion axiale ΔΧ de l'arbre 26, 28 déduite de la différence AL entre les deuxième et première L2, L1 du fil 52.
Dans ce procédé associé au deuxième mode de réalisation de l'invention, au cours de la cinquième étape ET5 il est nécessaire de prendre en compte l'allongement propre du fil 52 du fait de sa dilatation. A cet effet, pour calculer l'expansion axiale ΔΧ, on calcule une valeur AL égale à la différence entre les deuxième longueur L2 et première longueur L1 de la portion de fil 52 à laquelle on ajoute un allongement Al de la portion de fil 52 causé par sa seule dilatation, entre une température T1 de la portion de fil 58 lors de la deuxième étape ET2 et une température T2 de la portion de fil 52 à la fin de la troisième étape ET3.
De la même façon que pour le premier mode de réalisation de l'invention, l'allongement Al est calculé à partir du coefficient de dilatation a du fil 58 et de la première longueur de la portion de fil 52.
L'expansion axiale ΔΧ peut donc être calculée selon la formule :
ΔΧ = [AL + Al] = [(L2 - Ll) + aLl(T2 - Tl)]
Avantageusement, il est possible d’éviter de mesurer la température à proximité du tronçon de carter 48 ou au sein des arbres HP 26 ou BP 28 en utilisant deux fils de dilatation ayant des coefficients de dilatation connu et différents utilisés de manière simultanée.
En utilisant la formule générique liant l’expansion axiale du rotor ΔΧ au déroulement du fil, c’est à dire la différence de longueur AL entre son état de repos de longueur L1 et son état dilaté de longueur L2 et y en ajoutant l’allongement du fil lié à sa dilatation propre de coefficient a pendant la variation de température ΔΤ de son environnement entre les températures T2 et T1 :
AX = AL + a. LO. AT
II est possible d”effecteur cette mesure sur deux fils de coefficients α-L et a2 , et on obtient par conséquent :
1ΔΧ = AL-£ + a^LO.AT [AX = AL2 +a2.L0.AT
Soit: ALX + ax. LO. AT = AL2 + a2.L0. AT
On en déduit par conséquent la valeur de la variation de température ΔΤ :
AL, — AL,
AT = («i - a2).L0
On peut donc déduire de la différence de dilatation des deux fils de coefficients ai et a2 une mesure de la température moyenne des fils amenant leur dilatation propre. On peut donc utiliser la valeur de variation de température ΔΧ calculée dans l’une des équations d’expansion axiale pour s’affranchir de la mesure de température.
On peut donc par ce biais, s’affranchir de la mesure de température embarquée pour le calcul d’allongement rotor et de manière annexe obtenir une mesure la température moyenne vue par les fils
Ce moyen de s’affranchir de la mesure de température des fils en utilisant plusieurs fil à dilatation contrôlée, est utilisable pour les mesures des tronçons de carter 48, pour l’arbre BP 28 et pour l’arbre HP 26.
En particulier, l’arbre HP 26 n’est pas à proprement parler un fût comme l’arbre BP 28 mais un assemblage axial d’éléments cylindriques. Il comprend néanmoins une partie en forme de fût appelée fourreau HP dont le but est d’isoler l’arbre BP 28 de la chaleur de la chambre de combustion, c’est donc préférentiellement ce fourreau HP dont on va chercher à mesurer l’élongation. Comme il n’est pas possible, comme c’est le cas pour l’arbre BP 28, de positionner le fil coaxialement à l’arbre ou proche du centre de rotation de la turbomachine, il est souhaitable, pour éviter tout effet de centrifugation entraînant un allongement du fil sous effet mécanique de placer ce fil sur la face intérieure du fourreau HP dans un tuyau faisant office de guide et contenant le ou les fils. Avantageusement, pour éviter tout effet de balourd gênant le fonctionnement de la turbomachine, on cherchera à équilibrer l’arbre HP 26 en rétablissant l’équilibre des masses au sein du fourreau en compensant la masse créée par le guide et le fil par des ajouts ou des retraits de masse.
Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, la figure 2 représente également de manière schématique une turbomachine 10 équipée d'un dispositif 50c destiné à mesurer l'expansion diamétrale d'un organe tel que le tronçon axial de carter 48.
Plus particulièrement, comme l’illustre en particulier la figure 8, le dispositif 50c est configuré pour mesurer l'expansion diamétrale AD d'un tronçon axial 48 de carter annulaire 38 de la turbomachine 10. La position de la surface du tronçon axial 48 a été représentée de manière schématique en traits pointillés sur la figure 8 après expansion diamétrale dudit tronçon axial 48.
Le dispositif 50c comporte un fil 58 comportant une première extrémité 60 configurée pour être fixée de manière rigide à un élément 80 fixé extérieurement au droit d’un premier point d’extrémité 54 d’un secteur angulaire S d’angle Θ de la paroi périphérique du tronçon 48 de carter, une deuxième extrémité libre 62, et une partie intermédiaire 64 s'étendant entre ses première et deuxième extrémités 60, 62 autour du secteur angulaire S du tronçon 48 de carter du 38.
Sur la figure 8, le secteur angulaire S considéré est un secteur d’angle Θ égal à 360° et par conséquent ses points d’extrémités 62, 64 sont confondues. II sera compris que cette configuration n’est pas limitative de l’invention, et que le secteur angulaire pourrait prendre une valeur θ inférieure ou supérieure.
Le dispositif 50c comporte un moyen de guidage 66, fixé extérieurement au droit du second point d’extrémité 64 du secteur angulaire, apte à recevoir la partie intermédiaire 64 du fil 58 en coulissement le long du secteur angulaire S et à maintenir sous tension une portion 52 du fil s'étendant autour du secteur angulaire entre sa première extrémité 60 et ledit moyen de guidage 66, et formant ledit élément axialement extensible 52. Dans ce troisième mode de réalisation, le dispositif 50c comporte une série de moyens de sollicitation 68, portés par la périphérie du tronçon de carter 48 dans le secteur angulaire d’angle θ et répartis angulairement de manière régulière autour le long du secteur angulaire S, qui sont configurés pour solliciter radialement ladite portion de fil 52 lors de l'expansion diamétrale dudit tronçon de carter 48, pour provoquer l'allongement de ladite portion de fil 52 comprise entre sa première extrémité 60 et le moyen de guidage 66.
Comme on l’a vu, le secteur angulaire S d’angle Θ peut prendre différentes valeurs et a été représenté à la figure 8 avec une valeur de 360° Il sera compris que le secteur angulaire Θ prendra de préférence une valeur multiple de 360°.
De préférence, le moyen de sollicitation 80 est un premier pylône de longueur radiale déterminée qui s'étend radialement vers l'extérieur à partir de la périphérie du tronçon 48 de carter 30. La première extrémité 60 du fil du fil 58 est fixée à l'extrémité de ce premier pylône 80, qui porte par ailleurs aussi le moyen de guidage 66. La série de moyens de sollicitation 68 comportent des poulies de sollicitation 70 de la portion de fil 52, qui sont portées par les extrémités d'une série de seconds pylônes 82 de même longueur radiale le premier pylône 80 qui s’étendent le long du secteur angulaire S. Les seconds pylônes 82 sont répartis angulairement de manière régulière le long du secteur angulaire S du tronçon de carter 48.
Similairement aux modes de réalisation précédents, le moyen de guidage 66 comporte un guide 74 traversé par le fil 58 et un moyen de pincement 76, par exemple une pince élastique, qui est accolé audit guide 74 du côté de la deuxième extrémité libre 62 du fil 58. Ce moyen de pincement 76 est configuré pour pincer le fil 58 tout en permettant son glissement au travers dudit guide 74.
Similairement aux modes de réalisation précédents le fil 58 est réalisé en un matériau dont le coefficient de dilatation a est déterminé, notamment un matériau à faible coefficient de dilatation tel que l'alliage de Fer et de Nickel FeNi36 ou invar précédemment décrit.
Dans cette configuration, comme l'illustre la figure 9, un procédé de détermination de l'expansion diamétrale AD du tronçon de carter 48 son état de repos et son état dilaté à l'aide d'un dispositif de mesure 50c tel que décrit précédemment comporte au moins une première étape ET1 de mise en place autour du tronçon de carter 48 et sur les pylônes 80, 82. Une extrémité du fil 60 est fixée au premier pylône 80, puis le fil 58 est enroulé autour du tronçon 48 de carter en reposant sur les poulies, puis son extrémité libre 62 est introduite au travers du moyen de guidage 66.
Au cours d'une deuxième étape ET2, on prend en compte la première longueur de repos L1 du fil 52, notamment par repérage ou mesure. Par exemple, on marque le fil 58 au ras du moyen de guidage 66, de manière que ce marquage soit associé à la première longueur L1 de repos de la portion de fil 52.
Puis, au cours d'une troisième étape ET3 de fonctionnement de la turbomachine 10, le tronçon de carter 48 passe de son état de repos à son à son état dilaté. Du fait de l'expansion diamétrale du tronçon de carter 48 se traduit par une expansion du secteur angulaire S au cours de laquelle le fil 52 passe de sa première longueur de repos L1 à sa deuxième longueur d'élongation L2.
Enfin, au cours d'une quatrième étape ET4, on mesure la deuxième longueur d'élongation L2 du fil 52, et enfin, au cours d'une cinquième étape ET5, on calcule l'expansion diamétrale AD du tronçon de carter déduite de la différence AL entre les deuxième et première L2, L1 du fil 52.
Dans ce procédé associé au troisième mode de réalisation de l'invention, au cours de la cinquième étape ET5 il est nécessaire de tenir compte de l'allongement propre du fil 52 du fait de sa dilatation, et de l'expansion radiale des pylônes 80, 82, également du fait de leur dilatation.
A cet effet, pour calculer l'expansion diamétrale AD, au cours de la cinquième étape ET5, pour calculer l'expansion diamétrale AD, on calcule en premier lieu une valeur ΔΧ d'expansion de fil, obtenue en calculant une valeur égale à la différence AL entre les deuxième et première longueurs L2, L1 de la portion de fil 52, à laquelle on ajoute un allongement Al de ladite portion de fil 52 causé par sa seule dilatation entre la température T1 de la portion de fil 58 lors de la deuxième étape ET2 et la température T2 de la portion de fil 52 à la fin de la troisième étape ET3. Cet allongement Al est calculé à partir du coefficient de dilatation a du fil 58 et de la première longueur de la portion de fil 52. Puis, on transforme la valeur ΔΧ d'expansion de fil cette valeur en valeur d'expansion diamétrale équivalente AD1 compte tenu de l’étendue du secteur angulaire θ exprimée en degrés . A cet effet, on divise la valeur ΔΧ d'expansion de fil par le nombre π. La valeur d'expansion diamétrale équivalente AD1 peut donc être calculée selon la formule :
360 (L2-Ll) + Ll.a. (T2-T1)
ΔΖ)1 = —— *---------------------θ π
Puis, on calcule une valeur AD2 d'expansion diamétrale des pylônes 80, 82 causée par leur dilatation entre une température T3 de chaque pylône lors de la deuxième étape ET2 et une température T4 des pylônes 80, 82 à la fin de la troisième étape ET3. Cette expansion AD2 est calculée à partir du coefficient de dilatation ocP des pylônes 80, 82 et de la première longueur L3 de chaque pylône 80, 82, selon la formule :
Δ52 = 2.£3.αΡ.Δ(Τ4- T3)
On retranche la valeur alors obtenue AD2 d'expansion diamétrale des pylônes de la valeur d'expansion diamétrale équivalente AD1 précédemment obtenue, selon la formule :
360 (L2-Ll) + Ll.a. (T2-T1)
ΔΖ) = Δ51 - Δ52 = — * ----------------------- - 2. L3. aP. (T4 - T3) θ π
On en déduit donc la valeur de l'expansion diamétrale AD totale du tronçon de carter 48, même avec un secteur angulaire couvert d’une valeur angulaire θ inférieure.
On remarquera que, similairement à ce qui a été décrit en référence aux premier et deuxièmes de réalisation de l’invention, il est possible d’éviter de mesurer la température à proximité du tronçon de carter 48 en utilisant deux fils de dilatation ayant des coefficients de dilatation connus et 5 différents utilisés de manière simultanée le long du secteur angulaire S d’angle Θ.
L'invention permet de mesurer de manière simple et efficace l'expansion axiale d'un tronçon axial 48 de carter ou d'un arbre HP 26, ou BP 28 de turbomachine, ou l'expansion diamétrale dudit tronçon axial 48 de 10 carter.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Dispositif (50a, 50b, 50c) de mesure de l'expansion (ΔΧ, AD) d'au moins un organe tubulaire (26, 28, 48) de turbomachine (10) entre un état de repos et un état dilaté, ledit dispositif (50a, 50b, 50c) comportant au moins un élément (52) extensible qui s’étend à proximité d'une paroi dudit organe tubulaire (48), ledit dispositif (50a, 50b, 50c) étant configuré pour être fixé respectivement à des premier et second points (21, 23, 25, 27, 54, 56) dudit organe (26, 28, 48) et pour accompagner ledit organe (26, 28, 48) dans son expansion entre ses états de repos et dilaté pour s'allonger d'une première longueur de repos (L1) à une deuxième longueur d'élongation (L2) et pour conserver ladite deuxième longueur (L2) après rétractation dudit organe (26, 28, 48), pour permettre de déduire l'expansion (ΔΧ, AD) dudit organe (26, 28, 48) à partir de la différence (AL) entre les deuxième (L2) et première (L1 ) longueurs dudit élément extensible (52),
- 2. Dispositif (50a, 50b ,50c) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte :- un fil (58) comportant une première extrémité (60) configurée pour être fixée de manière rigide au premier point (21, 25, 54) de l'organe tubulaire (26, 28, 48), une deuxième extrémité libre (62), et une partie intermédiaire (64) s'étendant entre ses première et deuxième extrémités (60, 62),- un moyen de guidage (66), porté par l'organe tubulaire (26, 28, 48), apte à recevoir la partie intermédiaire (64) du fil (58) en coulissement et à maintenir sous tension une portion (52) du fil qui s'étend entre sa première extrémité (60) et ledit moyen de guidage (66), ladite portion de fil (52) formant ledit élément (52) axialement extensible,- au moins un moyen de sollicitation (68), porté par l'organe tubulaire (26, 28, 48), qui est configuré pour solliciter ladite portion de fil (52) lors de l'expansion de l'organe tubulaire (26, 28, 48), pour provoquer l'allongement de ladite portion de fil (52).
- 3. Dispositif (50a, 50b ,50c) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen de guidage (66) est porté par le premier point (21, 25, 54) de l'organe tubulaire (26, 28, 48), et en ce que ledit au moins un moyen de sollicitation (68) comporte au moins une poulie de sollicitation (70) de la portion de fil (52).
- 4. Dispositif (50a) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif (50a) est configuré pour mesurer l'expansion axiale (ΔΧ) d'un tronçon axial tubulaire de carter (48) de turbomachine (10), et en ce que :- la première extrémité (60) du fil (58) est configurée pour être fixée de manière rigide à une première extrémité du tronçon axial tubulaire de carter (48), formant le premier point (54),- le moyen de guidage (66) est porté par ledit tronçon axial tubulaire de carter (48),- l'au moins un moyen de sollicitation (68) comporte au moins une poulie (70), qui est portée par une seconde extrémité du tronçon axial tubulaire de carter (48) formant le second point (56), et qui est configurée pour solliciter ladite portion de fil (52) sensiblement au droit dudit second point (56) lors de l'expansion axiale dudit tronçon axial tubulaire (48).
- 5. Dispositif (50a) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre (n) déterminé de poulies (70) de sollicitation portées par le second point (56) du tronçon axial tubulaire de carter (48), lesdites poulies (70) étant au moins au nombre de deux, et un nombre (n-1) de poulies de renvoi (72) portées par le premier point (54) du tronçon axial tubulaire de carter (48) assurant le maintien de la portion de fil (52) entre les premier et second points (54, 56) du tronçon axial tubulaire de carter (48), chaque poulie de renvoi (72) étant interposée le long de la portion de fil (52) entre deux poulies de sollicitation (70) agencées consécutivement le long de la portion de fil (52).
- 6. Dispositif (50b) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif (50) est configuré pour mesurer l'expansion axiale (ΔΧ) d'un tronçon axial d'arbre tubulaire (26, 28), et en ce que :- le fil (58) est agencé coaxialement au tronçon axial d'arbre tubulaire (26, 28),- la première extrémité (60) du fil (58) est configurée pour être fixée de manière rigide coaxialement à une première extrémité du tronçon axial d'arbre tubulaire (26, 28), formant le premier point (21,23),- le moyen de guidage (66) est reçu coaxialement à une seconde extrémité du tronçon axial d'arbre (26, 28) tubulaire, formant le second point (25, 27), et comporte un moyen de sollicitation (68) de la portion de fil (52),- un moyen de centrage (78) du fil (58) est monté coaxialement à une partie intermédiaire du tronçon axial d'arbre (26, 28) tubulaire.
- 7. Dispositif (50c) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif (50c) est configuré pour mesurer l'expansion diamétrale (AD) d'un tronçon axial tubulaire de carter (48) de turbomachine (10), et en ce qu'il comporte :- un fil (58) comportant une première extrémité (60) configurée pour être fixée de manière rigide à un élément (80) fixé extérieurement au droit d'un premier point d'extrémité (54) d'un secteur angulaire (S) d'une paroi périphérique du tronçon axial tubulaire de carter (48), ledit fil (58) comportant une deuxième extrémité libre (62) et une partie intermédiaire (64) qui s'étend entre lesdites première et deuxième extrémités (60, 62) autour du tronçon axial tubulaire (48) de carter,- un moyen de guidage (66), fixé extérieurement au droit d'un second point d'extrémité (56) du secteur angulaire (S), apte à recevoir la partie intermédiaire (64) du fil (58) en coulissement et à maintenir sous tension le long du secteur angulaire (S) une portion (52) de ladite partie (64) intermédiaire du fil s'étendant entre sa première extrémité (60) et ledit moyen de guidage (66), et formant ledit élément axialement extensible (52),- un série de poulies de sollicitation (70), agencées au droit du secteur angulaire (S) et réparties angulairement de manière régulière le long dudit secteur angulaire (S), qui sont configurées pour solliciter radialement ladite portion de fil (52) lors de l'expansion diamétrale dudit tronçon de carter (48), pour provoquer l'allongement de ladite portion de fil (52).
- 8. Dispositif (50c) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le secteur angulaire (S) forme un angle multiple de 360°, en ce que l'élément (80) est un premier pylône de longueur radiale déterminée qui s'étend radialement vers l'extérieur à partir de la périphérie du tronçon axial tubulaire de carter (48), la première extrémité (50) du fil et le moyen de guidage (66) étant portés par l'extrémité dudit premier pylône (80), et en ce que la série de poulies de sollicitation (70) de la portion de fil (52) sont portées par les extrémités d'une série de seconds pylônes (82) de même longueur radiale déterminée que le premier pylône (80) et répartis angulairement de manière régulière autour de la périphérie du tronçon axial tubulaire de carter (48).
- 9. Dispositif (50a, 50b, 50c) selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le moyen de guidage (66) comporte un guide (74) traversé par le fil (58) et un moyen de pincement (76) qui est accolé audit guide (74) du côté de la deuxième extrémité libre (62) du fil (58), et qui est configuré pour pincer le fil (58) tout en permettant son glissement au travers dudit guide (74).
- 10. Procédé de détermination de l'expansion (ΔΧ, AD) d'au moins un organe tubulaire (26, 28, 48) de turbomachine (10), entre un état de repos et un état dilaté à l'aide d'un dispositif de mesure (50a, 50b, 50c) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins :- une première étape (ET1) de mise en place sur ou dans ledit organe tubulaire (26, 28, 48) dans son état de repos, du dispositif de mesure (50a, 50b, 50c),- une deuxième étape (ET2) de prise en compte de la première longueur de repos (L1) de l'élément (52) extensible, notamment par repérage ou mesure,- une troisième étape (ET3) de fonctionnement de la turbomachine5 (10) au cours de laquelle l'organe (26, 28, 48) passe de son état de repos à son état dilaté et au cours de laquelle l'élément extensible (52) passe de sa première longueur de repos (L1) à sa deuxième longueur d'élongation (L2),- une quatrième étape (ET4) de mesure de la deuxième longueur d'élongation (L2) de l'élément axialement extensible (52),10 - une cinquième étape (ET5) de calcul de l'expansion (ΔΧ, AD) dudit organe (26, 28, 48), déduite de la différence (AL) entre les deuxième (L2) et première (L1) longueurs de l'élément axialement extensible (52).
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115950637A (zh) * | 2023-03-09 | 2023-04-11 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种基于温度补偿杆的高空台推力测量工装 |
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| US4989341A (en) * | 1990-01-08 | 1991-02-05 | Scotese Joseph A | Retractable football yardage measuring apparatus |
| KR20150032026A (ko) * | 2013-09-17 | 2015-03-25 | 한국전력공사 | 열팽창측정장치 및 열팽창측정방법 |
-
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