FR3094496A1 - Test de l'entrefer d'un capteur de rotation pour éviter un dommage sur le capteur - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un procédé de test de l’entrefer (E) entre un capteur (1) de rotation d’un arbre tournant (30) d’une turbomachine et une roue phonique (2) montée sur ledit arbre (30), le capteur de rotation étant à reluctance variable et comprenant une première voie (A) de mesure d’une première tension VA et une deuxième voie (B) de mesure d’une deuxième tension VB, le procédé étant mis en œuvre au moyen d’une unité de commande (3) connectée au capteur (1) de rotation, l’arbre tournant (30) ayant un balourd résiduel nominal (bn) et étant mis en rotation à une fréquence de rotation (fN1), le procédé comprenant les étapes suivantes : - mesures simultanées de la première tension VA et de la deuxième tension VB ; - comparaison des première et deuxième tension à une tension nominale (Unominale) de manière à évaluer comment l’entrefer (E) est réglé afin d’évaluer s’il peut tolérer un balourd de l’arbre tournant supérieur au balourd résiduel nominal. Figure pour l’abrégé : Figure 1

Description

Test de l'entrefer d'un capteur de rotation pour éviter un dommage sur le capteur
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L’invention concerne la mesure de l’entrefer entre un capteur à reluctance variable et une roue dentée afin, notamment, de vérifier le réglage correct de l’entrefer permettant de mesurer la vitesse de rotation d’un organe tournant couplée à la roue dentée.
Et l’invention concerne notamment la vérification du réglage d’un tel capteur afin d’éviter que la roue ne touche le capteur lorsque l’organe tournant est défectueux.
Un capteur de rotation à reluctance variable permet de mesurer la vitesse de rotation d’un organe tournant en exploitant l’intervalle (entrefer) entre la cible et la tête du capteur.
Dans le cas de la mesure du régime basse pression d’une turbomachine, le capteur à reluctance variable est disposé, avec un entrefer déterminé, au-dessus d’une roue phonique agencée sur l’arbre basse pression de la turbomachine.
Telle que connue, une roue phonique comprend des creux et des dents et en tournant l’alternance des creux et des dents engendre une modification du flux magnétique vu par le capteur à reluctance variable. En effet, le capteur à reluctance variable comporte un aimant permanent qui crée un champ magnétique dans un bobinage. Ce champ magnétique se referme soit dans l’air soit dans le métal de la roue phonique tournant devant le capteur. Il apparaît ainsi des variations de flux dans la bobine et une force électromotrice alternative à ses bornes : la bobine est traversée par le flux magnétique modulé par la variation de l’entrefer.
La variation de flux induit dans la bobine une tension alternative dont la fréquence est égale à la fréquence de passage des dents de la roue phonique, et l’amplitude est donc une fonction de l’entrefer et de la fréquence. La tension ainsi générée permet d’être mesurée et d’être traitée afin de déduire la vitesse de rotation d’un arbre tournant.
La valeur de l’entrefer (distance entre le bout du capteur et le sommet des dents) est très petite et doit être réglée de façon très précise. Dans certains cas, cette valeur peut être réglée à la baisse, c’est-à-dire une distance plus petite entre le capteur et la roue phonique, sans que cela se voit en conditions nominales d’utilisation de la turbomachine moteur.
Un problème et qu’en cas de balourd sur la soufflante en entrée de la turbomachine, celui-ci induit une excentricité de la rotation de la roue phonique, faisant varier l’entrefer à la fréquence de rotation de la soufflante. Cette variation de l’entrefer peut induire des battements sur la mesure du régime de rotation du corps basse pression, utilisée pour réguler la poussée. De plus, si l’excentricité de la rotation dépasse un seuil, le capteur peut toucher la roue phonique, entraînant des dommages sur la roue phonique et/ou le capteur.
L’invention propose de détecter, dès le premier démarrage du moteur de préférence au banc de réception, une erreur sur le réglage de l’entrefer qui pourrait entrainer des dommages sur le capteur et la roue phonique en cas de balourd important sur la soufflante.
A cet effet, l’invention propose un procédé de test de l’entrefer entre un capteur de rotation d’un arbre tournant d’une turbomachine et une roue phonique montée sur ledit arbre, le capteur de rotation étant à reluctance variable et comprenant une première voie de mesure d’une première tension VAet une deuxième voie de mesure d’une deuxième tension VB, le procédé étant mis en œuvre au moyen d’une unité de commande connectée au capteur de rotation, l’arbre tournant ayant un balourd résiduel nominal et étant mis en rotation à une fréquence de rotation, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- mesures simultanées de la première tension VAet de la deuxième tension VB;
- comparaison des première et deuxième tension à une tension nominale de manière à évaluer comment l’entrefer est réglé afin d’évaluer s’il peut tolérer un balourd de l’arbre tournant supérieur au balourd résiduel nominal.
L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- à l’issue de la comparaison si les première et deuxième tensions sont égales à la tension nominale Unominalemoyennant une plage de variation autour de cette tension nominale alors l’entrefer est réglé de manière à tolérer un balourd de l’arbre tournant supérieur au balourd résiduel nominal.
- la tension nominale est comprise dans un gabarit de tension nominale définissant en fonction de la fréquence de rotation une tension nominale linéaire ayant une plage de variation comprenant une borne inférieure de la tension nominale et une borne supérieure de la tension nominale.
- à l’issue de la comparaison si les première et deuxième tensions sont supérieures à la tension nominale de manière à être incluses dans une plage de variation d’une tension de contact alors l’entrefer est réglé de tel sorte qu’il y aura un contact entre le capteur et la roue et qu’il ne tolèrera pas un balourd de l’arbre tournant supérieur au balourd résiduel nominal.
- le procédé comprend après l’étape de comparaison une étape de génération d’un signal d’alarme et/ou une étape d’arrêt de la turbomachine consistant notamment à arrêter la rotation de l’arbre tournant, l’entrefer pouvant conduire à un contact entre la roue phonique et le capteur si l’arbre tournant est soumis à un balourd supérieur au balourd donné.
- à l’issue de la comparaison si les première et deuxième tension sont inférieures à la tension nominale de manière à ne pas être dans une plage de variation de la tension nominale alors l’entrefer est réglé de manière à tolérer un balourd de l’arbre tournant supérieur au balourd nominal.
L’invention concerne également un système de test de l’entrefer entre une roue phonique et un capteur de rotation, ledit système comprenant une unité de commande comprenant une unité de traitement configurée pour mettre en œuvre un procédé selon l’invention.
L’invention concerne aussi un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour l’exécution des étapes d’un procédé selon l’invention, lorsque celui-ci est exécuté par au moins un processeur.
L’invention concerne enfin une turbomachine comprenant : un arbre tournant typiquement un arbre basse pression ; une roue phonique montée sur ledit arbre tournant ; et un système de test selon l’invention.
Les avantages de l’invention sont multiples.
L’invention permet de vérifier facilement l’entrefer sans avoir à démonter l’enceinte dans laquelle il se trouve.
L’invention permet de tester l’entrefer avant la livraison de la turbomachine à l’avionneur.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 illustre une architecture de test de l’entrefer dans laquelle est mise en œuvre l’invention ;
la figure 2 illustre un capteur de rotation et une roue phonique utilisés dans l’invention ;
la figure 3 illustre un réseau de courbes de variation de l’entrefer ;
la figure 4 illustre des étapes d’un procédé selon l’invention ;
la figure 5 illustre des courbes donnant la relation entre le seuil de détection et la tolérant de gabarit relatif à la variation de la tension lue par le capteur en fonction du régime N1 du moteur
Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.
Lafigure 1illustre un agencement possible d’un capteur 1 de rotation disposé en face d’une roue phonique 2. Un tel capteur 1 de rotation permet de mesurer la vitesse de rotation d’un arbre tournant 30 (par exemple d’une turbomachine sur lequel est montée la roue phonique 2.
Le capteur de rotation 1 est un capteur à reluctance variable et comprend deux voies de mesure A, B qui permettent classiquement et de manière connue en soi de redonder la mesure de la vitesse de rotation.
Chaque voie de mesure comprend un circuit magnétique, chacun comprenant un bobinage. La première voie A et la deuxième voie B sont indépendantes est isolées l’une de l’autre. Un tel capteur de rotation 1 est typiquement décrit dans le document FR 2 369 565.
Le capteur 1 de rotation est situé à une distance E de la roue phonique illustrée sur lafigure 2. En particulier, la roue phonique étant constituée d’une alternance de creux 21 et de dents 22, la distance E est mesurée entre le capteur 1 de rotation et les dents de la roue phonique. Cette distance est l’entrefer E du capteur de rotation 1.
Afin de mesurer l’entrefer E pour notamment vérifier qu’il est correctement réglé car conditionnant la fiabilité de la mesure de de la vitesse de rotation, la première voie A et la deuxième voie B sont connectées à une unité de commande 3.
Chaque voie permet de redonder la mesure de l’entrefer pour favoriser la fiabilité de la mesure.
A l’issu de l’assemblage de la turbomachine, cette dernière rejoint un banc de test sur lequel l’entrefer E est testé afin de vérifier qu’il est correctement réglé. En particulier il est vérifié notamment que la valeur de l’entrefer est suffisante pour tolérer une excentricité de l’axe de rotation de la roue phonique, engendrée par un balourd sur la soufflante qui en cours d’utilisation se répercute sur l’arbre de la turbomachine. Une valeur de l’entrefer trop petite peut conduire à un contact néfaste entre le capteur de rotation et la roue phonique. Un tel contact peut conduire à un endommagement du capteur et/ou de la roue phonique, obligeant à les remplacer.
L’unité de commande comprend un processeur 31 qui est configuré pour mettre en œuvre des étapes d’un procédé de test de l’entrefer E comme décrit ci-après et en relation avec lafigure 3.
Ce procédé est mis en œuvre alors que la turbomachine est placée sur le banc de test et notamment au premier démarrage de la turbomachine en particulier à la première rotation de l’arbre moteur, le capteur de rotation ayant un entrefer E donné.
Le test consiste à mesurer l’entrefer lors de cette première rotation.
La turbomachine est démarrée (étape DEM) de préférence dans un mode de régime de ralenti, ce qui permet d’avoir des signaux dont la fréquence et l’amplitude sont stables.
Toutefois, en fonction de la valeur de l’entrefer mesurée, un autre mode peut éventuellement être testé (ceci sera discuté par la suite).
On considère, un régime basse pression noté N1 sachant qu’un autre régime peut être considéré, le régime haute pression noté N2 par exemple.
Dans une étape de paramétrage du test (PARAM), une fréquence de rotation fN1 de l’arbre moteur est fixée et l’arbre moteur 30 est soumis à un balourd résiduel nominal bn par l’intermédiaire de la soufflante (non représentée). Ce balourd résiduel nominal est le balourd qu’il reste sur l’arbre moteur quand on considère qu’il est équilibré. L’étape de paramétrage (PARAM) du test consiste au démarrage du moteur et son accélération jusqu’à atteindre un régime stabilisé de test.
Cette étape de paramétrage est mise en œuvre par un opérateur au moyen d’une interface 32 de l’unité 3 de commande.
Une fois démarrée, des mesures simultanées de la première tension VA et de la deuxième tension VB sont mises en œuvre (étapes MES-VA, MES-VB).
Lafigure 4illustre un réseau de courbes de variation de tension VA, VBen fonction de la fréquence pour un entrefer donné. Une des courbes du réseau correspond à une variation de la tension VA ou VB pour un entrefer donné. Les réseaux de courbe peuvent être identiques ou différents pour chacune des tensions VA, VB mais les tendances sont identiques.
Ces tensions VA et VB sont ensuite comparées chacune à des variations de tensions Unominale, Ucontact et leur gabarit G1, G2 de manière à évaluer comment l’entrefer E est réglé et si notamment il peut compenser un balourd de l’arbre tournant supérieur au balourd résiduel nominal.
En d’autres termes, il est question de vérifier par une comparaison bien choisie si en cas de balourd supérieur à celui résiduel l’entrefer E est tel qu’il n’y aura pas de contact entre la roue phonique et le capteur au cours du fonctionnement de la turbomachine.
A ce titre et en relation avec la figure 5, on définit une plage de variation d’une tension nominale au moyen d’un gabarit G1 et une plage de variation d’une tension de contact Ucontact au moyen d’un gabarit G2. Les gabarits G1, G2 permettent de prendre compte la précision de la mesure, une plage de variation
La tension nominale Unominaleest comprise dans un gabarit de tension nominale G1 définissant en fonction de la fréquence de rotation fN1une tension nominale linéaire ayant plage de variation εnominalecomprenant une borne inférieure εnominale_infde la tension nominale et une borne supérieure εnominale_supde la tension te nominale.
La tension Ucontactqui correspond à un contact entre le capteur et la roue phonique et qui varie de la même manière que la tension Unominaleet possède une plage de variation définie par un gabarit G2. La variation de la tension Ucontactainsi que le gabarit G2sont des simples translations de la variation de la tension nominale Unominaleet du gabarit G1.
Par conséquent, la tension Ucontactest comprise dans un gabarit G2de tension de contact définissant en fonction de la fréquence de rotation fN1une tension de contact linéaire ayant plage de variation εcontactcomprenant une borne inférieure εcontact_infde la tension nominale et une borne supérieure εcontact_supde la tension de contact.
Lors de la comparaison des tensions VA, VB on a alors plusieurs cas possibles. Un premier cas : les tensions VAet VBsont comprises, pour la fréquence de rotation fixée, dans la plage de variation de la tension nominale Unominaleattendue pour l’entrefer donné (VA et VB sont dans le gabarit G1), alors l’entrefer est correctement réglé pour supporter un balourd supérieur au balourd résiduel nominal.
Un deuxième cas : l les tensions VAet VBne sont pas dans le gabarit G1 ou le gabarit G2 alors l’entrefer E n’est pas correctement réglé, il n’y a pas de contact mais cela pourrait arriver.
Un troisième cas : si les tensions VA et VB sont comprises dans le gabarit G2 alors l’entrefer E n’est pas correctement réglé, la roue phonique et le capteur peuvent entrer en contact.
Lorsque les deuxième ou troisième cas sont détectés, un signal d’alarme est généré (étape GEN). Il s’agit d’un signal sonore ou visuel par exemple.
De manière additionnelle ou alternative, toujours dans le cas où les tensions VA et VB sont supérieures d’un seuil Scontactà la tension nominale alors la turbomachine peut être arrêtée (étape STOP).
Dans le cas où la tension mesurée est dans une zone de chevauchement des gabarits G1, G2 alors il y a une incertitude et une autre fréquence de rotation fN1 est fixée.
Ainsi, on comprendra que pour le gabarit G2 il s’agit de définir une plage de variation d’une tension supérieure d’un certain seuil à la plage de variation de la tension nominale.
Par tension supérieure, compte tenu de la plage de variation de la tension nominale, il faut dépasser cette tension nominale d’un certain premier seuil Scontactqui ne doit pas être trop petit ou trop grand. Le seuil doit être défini pour être compatible de l’écart entre la tension nominale Unominaleet la tension de contact Ucontact(qui correspond à un contact entre le capteur et la roue phonique). Il faut d’ailleurs que l’écart entre ces deux tensions soit supérieur à deux fois le seuil.

Claims (9)

  1. Procédé de test de l’entrefer (E) entre un capteur (1) de rotation d’un arbre tournant (30) d’une turbomachine et une roue phonique (2) montée sur ledit arbre (30), le capteur de rotation étant à reluctance variable et comprenant une première voie (A) de mesure d’une première tension VAet une deuxième voie (B) de mesure d’une deuxième tension VB, le procédé étant mis en œuvre au moyen d’une unité de commande (3) connectée au capteur (1) de rotation, l’arbre tournant (30) ayant un balourd résiduel nominal (bn) et étant mis en rotation à une fréquence de rotation (fN1), le procédé comprenant les étapes suivantes :
    - mesures (MES-VA, MES-VB) simultanées de la première tension VA et de la deuxième tension VB ;
    - comparaison (COMP) des première et deuxième tension à une tension nominale (Unominale) de manière à évaluer comment l’entrefer (E) est réglé afin d’évaluer s’il peut tolérer un balourd de l’arbre tournant supérieur au balourd résiduel nominal.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel à l’issue de la comparaison (COMP) si les première et deuxième tensions (VA, VB) sont égales à la tension nominale Unominalemoyennant une plage de variation autour de cette tension nominale alors l’entrefer est réglé de manière à tolérer un balourd de l’arbre tournant supérieur au balourd résiduel nominal.
  3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la tension nominale (Unominale) est comprise dans un gabarit de tension nominale (G1) définissant en fonction de la fréquence de rotation (fN1) une tension nominale linéaire ayant une plage de variation (εnominale) comprenant une borne inférieure (εnominale_inf) de la tension nominale et une borne supérieure (εnominale_sup) de la tension nominale.
  4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel à l’issue de la comparaison (COMP) si les première et deuxième tensions sont supérieures à la tension nominale (Unominale) de manière à être incluses dans une plage de variation d’une tension de contact (Ucontact) alors l’entrefer est réglé de tel sorte qu’il y aura un contact entre le capteur et la roue et qu’il ne tolèrera pas un balourd de l’arbre tournant supérieur au balourd résiduel nominal.
  5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le procédé comprend après l’étape de comparaison une étape de génération (GEN) d’un signal d’alarme et/ou une étape d’arrêt (STOP) de la turbomachine consistant notamment à arrêter la rotation de l’arbre tournant, l’entrefer pouvant conduire à un contact entre la roue phonique et le capteur si l’arbre tournant est soumis à un balourd supérieur au balourd donné.
  6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel à l’issue de la comparaison (COMP) si les première et deuxième tension sont inférieures à la tension nominale (Unominale) de manière à ne pas être dans une plage de variation de la tension nominale alors l’entrefer est réglé de manière à tolérer un balourd de l’arbre tournant supérieur au balourd nominal.
  7. Système de test de l’entrefer entre une roue phonique (2) et un capteur de rotation, ledit système comprenant une unité (3) de commande comprenant une unité de traitement (31) configurée pour mettre en œuvre un procédé selon l’une des revendications précédentes.
  8. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour l’exécution des étapes d’un procédé selon l’une des revendications 1 à 7, lorsque celui-ci est exécuté par au moins un processeur.
  9. Turbomachine comprenant
    - un arbre tournant (30) typiquement un arbre basse pression ;
    - une roue phonique montée sur ledit arbre tournant ;
    - un système de test selon la revendication 7.
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