WO2016198794A1 - Procédé et dispositif de détermination de la vibration d'aubes de rotor - Google Patents

Procédé et dispositif de détermination de la vibration d'aubes de rotor Download PDF

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WO2016198794A1
WO2016198794A1 PCT/FR2016/051387 FR2016051387W WO2016198794A1 WO 2016198794 A1 WO2016198794 A1 WO 2016198794A1 FR 2016051387 W FR2016051387 W FR 2016051387W WO 2016198794 A1 WO2016198794 A1 WO 2016198794A1
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WO
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blades
blade
sensor
variation
along
Prior art date
Application number
PCT/FR2016/051387
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English (en)
Inventor
André Pierre Jean Xavier LEROUX
Romain Charles Gilles BOSSART
Original Assignee
Safran Aircraft Engines
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines filed Critical Safran Aircraft Engines
Priority to US15/580,998 priority Critical patent/US10670452B2/en
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/003—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines
    • G01H1/006—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines of the rotor of turbo machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/04—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving
    • G01B7/042—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving for measuring length
    • G01B7/044—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving for measuring length using capacitive means

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the deformation of turbomachine rotor blades, in order to determine vibratory modes of the blades, as well as a device for implementing this method, arranged in the fixed reference system, as per example the housing.
  • an aircraft turbine engine comprises rotors comprising a plurality of radial vanes to accelerate an upstream flow of air downstream in the body of the turbomachine.
  • the performance of a blade depends mainly on the shape of the blade when it is driven in rotation with the rotor on which it is mounted.
  • a blade 1 is mounted on a turbomachine shaft 2 extending along a longitudinal axis X.
  • the blade 1 has traditionally a three-dimensional shape which is modified according to the speed of rotation of the shaft 2 of the turbomachine.
  • the blade 1 can lengthen radially and / or twist when the speed of rotation of the turbomachine shaft 2 increases.
  • Optical probes have the advantage of providing a steep edge signal, allowing high accuracy of timing.
  • the capacitive, magnetic or inductive sensor delivers a more progressive signal because the detection begins earlier and is prolonged later, in comparison with the optical probe. Dating the passage of dawn is therefore less precise.
  • Aero Engine Application by Zielinski et al., Discloses the use of capacitive sensors for determining blade vibrations of a rotor.
  • Tip-Timing methods Another problem with Tip-Timing methods lies in the fact that this method determines the temporal evolution of the rotor with respect to itself, so that it is not possible to detect variations and vibrations. blades when they move at the same time in an overall movement.
  • the invention proposes a method for determining the turbomachine rotor blade vibration, characterized in that it comprises the steps of measuring, by one or more sensors, the evolution of the minimum distance between each sensor and the apex of each blade along a radial axis of the rotor, between successive rotations of each blade before each sensor, a minimum distance value being obtained at each passage of each blade in front of each sensor, to deduce a variation in the length of the blades along said radial axis, and directly use as such said variation in blade length along said radial axis in a modeling of the deformation of the blades, to deduce characteristics of one or more vibratory modes of rotating blades.
  • the invention is advantageously completed by the following features, taken alone or in any of their technically possible combination:
  • the variation in length of the vanes along said radial axis is calculated by comparing the measurement of the minimum distance between the sensor and the apex of each blade, with a reference distance for which the blade is not subjected to vibrations;
  • the process comprises the steps of:
  • o to measure, by at least one sensor, a variation of the time of passage of the blade tips at said sensor, o also use this measurement to derive characteristics of one or more vibratory modes of rotating blades;
  • the method comprises the step of using only the variation of the length of the blades along said radial axis in a modeling of the deformation of the blades, to deduce characteristics of one or more vibratory modes of rotating blades;
  • the method comprises the step of deducing the amplitude and / or the phase and / or the frequency of the vibratory modes of the rotating blades;
  • the process comprises the steps of
  • the invention also relates to a device for determining the vibration of the turbomachine rotor blades, characterized in that it comprises:
  • each sensor being configured to measure the evolution of the minimum distance that separates it from the apex of each blade along a radial axis of the rotor, between successive rotations of each blade before each sensor, a minimum distance value being obtained at each passage of each blade in front of each sensor;
  • a processing unit comprising a memory storing a modeling of the deformation of the blades, and being configured for:
  • the senor is a sensor capable of measuring a distance at the top of the blade, such as a capacitive sensor;
  • the device comprises at least one sensor, configured to measure a passage time of the tips of the blades at said sensor, the processing unit being configured to derive characteristics of one or more vibratory modes of the blades rotating from measuring the minimum distance between the sensor and the tips of the blades along a radial axis of the rotor, the measurement of the time of passage of the blade tips and a deformation modeling of the blades.
  • the invention also relates to a turbomachine comprising a rotor with a plurality of blades, and a device for determining the vibration of turbomachine rotor blades, as described above.
  • the invention has many advantages.
  • the invention exploits information related to the deformation of the radial length at the top of the blade in order to deduce the vibratory modes of the blades, which makes it possible to increase both the robustness and the precision of the measurement and the calculation of the vibration.
  • the measurement of a passage time from the top of the blades to the right of the sensors is no longer necessary.
  • the invention makes it possible to detect the vibrations of the blades even if all the blades present at the same time the same displacement.
  • the invention makes it possible to combine several measurements, such as the variation of the radial deformation of the blade with the variation of the passage time of the tip of the blade and / or the axial displacement of the blade, in order to refine the determination of the vibratory modes of the rotating blades.
  • FIG. 1A is a representation of a rotating rotor blade
  • FIG. 1 B is a representation of an example of deformation of a rotating rotor blade
  • FIG. 2 is a schematic representation of a possible embodiment of a device for determining the vibration of turbomachine rotor blades, according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic representation of the deformation of a blade, the measurement of the variation in radial length of the blade and the measurement of the variation of the passage time of the blade tip;
  • FIG. 4 is a diagrammatic representation of a possible embodiment (in solid single lines) of a method for determining the vibration of rotor blades according to the invention, and of possibilities of variants, appearing with lines. different ;
  • Figure 5 is a schematic representation of the variation of the blade length along the radial axis as a function of time, each curve corresponding to a blade, for a single sensor.
  • FIG. 2 shows a possible embodiment of a device 15 for determining the vibration of turbomachine rotor blades 1. This representation is schematic.
  • Each blade 1 is mounted on a shaft 2 and is rotatable about a longitudinal axis X of the rotor. This longitudinal axis coincides in general with the longitudinal axis of the turbomachine.
  • the device 15 comprises at least one sensor 4, configured to measure the distance between the sensor 4 and the top 10 of the blades 1, along a radial axis R of the rotor.
  • the radial axis R is the axis along which the blades 1 extend around the shaft on which they are mounted in rotation.
  • the sensor 4 is a distance or position sensor.
  • This distance is likely to vary depending on the vibrations experienced by the blade (dynamic deformation), and as a function of the static deformation of the blade, which results in particular from the centrifugal force and the aerodynamic load.
  • the sensor or sensors 4 record the variation of this distance over time. In particular, the evolution of the minimum distance between the sensor 4 and the top of each blade 1 along the radial axis R is measured, between successive rotations of each blade before each sensor 4.
  • each blade performs a plurality of successive rotations.
  • each sensor 4 At each passage of each blade in front of each sensor, a minimum distance value is measured by each sensor 4.
  • the sensor 4 can in particular be programmed to measure this minimum distance at each passage of the dawn in front of said sensor 4.
  • this single minimum distance evolution value is sufficient to feed an algorithm for determining the vibration modes, without wanting to transform or process it to determine a passage time.
  • the measurement of the minimum distance of the sensor 4 makes it possible to deduce a variation in the length of the blades 1 along said radial axis R.
  • the comparison of the evolution of the minimum distance measured by the sensor 4 with a reference distance makes it possible to deduce revolution from the deformation of the length of the blade 1 along the radial axis R.
  • the reference distance is for example the distance for which the dawn does not undergo any vibration.
  • the reference distance can be determined by another method, such as the average of a number of previous measurements representative of the rotor in the absence of vibrations.
  • the sensor 4 is for example a capacitive sensor. It may also be other sensors, such as an optical probe, a laser range finder, or an eddy current sensor, etc.
  • the blades 1 are surrounded by a housing 21.
  • the sensors 4 are arranged on the internal face of the casing 21, and are turned towards the vertices 10 of the blades 1.
  • a support mast for the sensors 4 in order to arrange them close to the vertices 10 of the blades 1.
  • Other positioning of the sensors 4 are possible according to the invention.
  • the sensors 4 are positioned in a fixed reference of the turbomachine.
  • the device 15 further comprises a processing unit 11.
  • the processing unit 11 is of the processor type, comprising at least one memory 16, and capable of executing a computer program for processing the measurements of the sensors 4.
  • the unit 11 can communicate with the sensors 4 in order to collect the measurements. This communication is carried out by any known means, such as for example by wire connection, or wireless, or radio or by removable storage means.
  • the memory 16 stores a modeling of the deformation of the dawn
  • This modeling is extracted from a 3D model of the dawn, which takes into account the different parameters of the dawn (dimensions, mechanical properties, external environment, etc.).
  • the processing unit 11 is configured to determine characteristics of one or more vibratory modes of the rotating blade 1, in particular from the measurement of the minimum distance of the sensor 4, which makes it possible to go up the variation of the length of the blades along the radial axis R, and the deformation model of the blade 1. This also includes the static deformation of the blade, which can be seen as a vibratory mode at zero frequency.
  • the device 15 comprises at least one sensor 5, configured to measure a passage time of the tip 10 of the blades 1 at said sensor 5.
  • the sensor 5 is a presence detection sensor, or a position sensor and / or distance.
  • the passage time to the right of the sensor 5 varies.
  • this measured passage time is directly correlated to the amplitude of deformation of the blade.
  • the processing unit 11 compares this measured passage time with a theoretical transit time, the processing unit 11 deduces a deformation from the blade (knowing the speed of movement of the blade in front of the sensor, this displacement speed being dependent on the speed of rotation), and consequently on the characteristics of the vibratory modes of the blades 1, thanks to a modeling of the deformation.
  • the sensor 5 is for example a capacitive sensor. It may also be other sensors, such as an optical probe, or an eddy current sensor, or a pressure sensor, etc.
  • the sensor 5 may have the same positioning as the sensor 4, as explained above.
  • a plurality of sensors 5 is provided, for example between four and eight sensors.
  • the same sensor can be used for the sensor 5 and the sensor 4.
  • a capacitive sensor In the case of a capacitive sensor, it provides at the same time the passage time of the vertex 10 of the blade 1 and the minimum distance that separates it from the top of the blade at each passage of the blade (and therefore the variation in length of the blade along the radial axis).
  • the senor 4 and the sensor 5 may constitute separate sensors, for example arranged side by side.
  • the processing unit 11 is configured to determine characteristics of one or more vibratory modes of the blades 1 rotating from the evolution of the minimum distance between the sensor 4 and the tip 10 of the blades 1 along a radial axis R of the rotor (this measurement makes it possible to obtain the measurement of the variation of length of the blades 1 along the radial axis), of the measurement of the passage time of the top 10 of the blade 1 (obtained by the sensor 5), and the modeling of the deformation of the blades 1.
  • the processing unit 11 uses both the measurements of the sensor 4 and the measurements of the sensor 5 to calculate the vibratory modes of the blade 1.
  • the processing unit is configured to use only a distance measurement (including the minimum distance measurement sensor 4) in the modeling of the deformation of the blades. As indicated, the processing unit calculates a variation in the length of the blades 1 along the radial axis R from the distance measurements of the sensor 4. This variation in the length of the blades along the radial axis is then used directly as such in a modeling of the deformation of the blades, to deduce characteristics of one or more vibratory modes of rotating blades 1. This embodiment thus eliminates measurements of the passage time of the blades to determine the vibration modes of the blades.
  • the method is implemented during the operation of the rotor, in order to evaluate the characteristics of the deformations of the blades 1.
  • the method comprises a step E1 of measuring the evolution of the minimum distance between the sensor 4 and the top 10 of the blades 1 along the radial axis R of the rotor. This evolution is studied from the measurements of minimum distances between each sensor and each blade, between different successive passages of the dawn.
  • this measurement makes it possible to obtain the temporal variation of the length of the blades 1 along the radial axis of the rotor.
  • This variation of length AL along the radial axis is shown schematically in FIG.
  • This measurement is performed at each passage of the blade 1 to the right of the sensor 4.
  • the processing unit 11 compares the minimum distance measured by the sensor 4 with each passage with a reference distance.
  • the reference distance can in particular be the theoretical distance for which the blade does not undergo any vibration, and / or be calculated from the average of previous measurements.
  • the theoretical distance is known because the dimensions of the blade 1 are known from its manufacture, as well as the positioning of the blade 1 in the rotor and the position of the sensor 4 vis-à-vis the blade 1.
  • the reference distance can be (see arrow E2 in double lines in Figure 4), for a continuous acceleration or deceleration of the blade, the distance measured immediately before and / or immediately after the vibration mode is crossed to the speed sought (this time is materialized by T1, respectively T3, in Figure 5). This method is called the zero method.
  • the processing unit 11 has a modeling 17 of the deformation of the blade 1, stored in its memory 16.
  • This modeling 17 is extracted from a 3D model of the dawn, which takes into account the various parameters of the dawn (dimensions, mechanical properties, external environment, etc.).
  • the local deformation as measured at the top is compared with several possible hypotheses of deformation modes of the blade in order to identify the vibratory mode (s) undergone by the blades (step E3 in Figure 4).
  • the processing unit 11 thus introduces directly and as such the measurement of the variation in length of the blade 1 along the radial axis, in the deformation model of the blade 1.
  • the unit 11 deduces from this (step E4) characteristics of one or more vibratory modes of the blades 1.
  • the amplitude, the frequency, the phase, and the damping of the vibratory mode or modes undergone by the blades are calculated.
  • the processing unit 11 uses, during the step E3, only a distance measurement in a modeling of the deformation of the blades 1, in order to deduce therefrom characteristics of one or more vibratory modes of the blades. 1 in rotation, said distance measurement comprising the distance measurement of said sensor 4 which makes it possible to determine the variation in length of the blades 1 along the radial axis.
  • the raw data of minimum distance at each passage of the blade is used (or more particularly the variation in length of the blades along the radial axis which results) in the algorithm which models the deformation of the blades, without this measure of distance is converted into time of passage.
  • FIG. 5 An example of a measurement of the variation of blade length 1 as a function of time is shown in FIG. 5.
  • Each curve represents the behavior of one of the vanes of the rotor as it passes in front of a given sensor. There are as many curves as blades. On this curve, the position seen by a single sensor 4 is shown.
  • the abscissa represents the time or the rotational speed of the rotor, the measurement being ideally during an acceleration or a deceleration, in order to cross the vibratory modes.
  • the ordinate represents the value AL of the game at the top of the blade when the blade passes the sensor.
  • the variation AL of the game at the top of the blade can be likened to the inverse of the variation of the radial length of the blade 1, compared to the theoretical length of the blade 1 (length without deformation).
  • the graph therefore corresponds to a discontinuous succession of values obtained at each turn, the values being represented in a continuous curve, for a given blade in front of a given sensor.
  • the variation AL is represented as a function of time during an acceleration, for each blade.
  • the characteristic signature of a synchronous mode is that the deformations are, at this moment, different from one blade to another, some of the blades then having a maximum of deformation, others a minimum, and of others an intermediate value.
  • the evolution of the deformation is reflected by an advance for some blades, a delay for other blades and a stagnation for some blades.
  • the processing unit 11 compares the distribution of the deformations measured at this time with the distribution of the deformations resulting from the hypotheses, in order to validate these hypotheses and identify the mode (s) of vibration.
  • the method implements a vibration calculation directly from a measurement of distance variation.
  • the determination of a passage time or the measurement of a passage time is no longer absolutely necessary. This is advantageous and increases the accuracy of the calculation.
  • the sensor 4 could be a capacitive sensor, which is a sensor that is robust to fouling but whose measurement of the transit time (known as "Tip-Timing") from the top of the dawn is less accurate than other sensors.
  • the method makes it possible, by this measurement and its operation, to directly identify an overall vibratory mode (ON mode) by detecting a "swelling" of the rotor blade.
  • Tip-Timing a problem of the method of "Tip-Timing" lies in the fact that this method determines the temporal evolution of the rotor with respect to itself, so that it is not possible to detect variations and vibrations when all the blades are moving at the same time.
  • the swelling highlighted makes it possible to simplify the detection of vibrations.
  • the displacement measurement is accurate, even if all the blades move in a similar way.
  • vibrations are determined directly and do not require significant calculations, unlike methods of the state of the art based on the principle of "Tip-Timing".
  • the power of processing units for accurate vibration mode determination no longer needs to be oversized.
  • the method comprises the additional step E 1 b i S consisting in measuring a variation in the passage time of the tip 10 of the blades 1 at the sensor 5, with respect to a theoretical transit time (arrow E2 b i S in dotted lines regular).
  • the measured passage time can be compared to previously measured passage times (arrow E2 b i S in irregular dotted lines), as has been explained for radial distance measurements.
  • This variation ( ⁇ ) is related to the deformation of the blade along the tangential axis, and no longer radial as before (see Figure 3).
  • the processing unit 11 introduces measurement of the distance between the sensor 4 and the top 10 of the blades 1 along a radial axis R of the rotor, and the measurement of the variation of the passage time of the tip 10 of the blades 1, in the modeling the deformation of the blades 1, to deduce the characteristics of the vibratory modes of the blades 1.
  • the dawn is comparable to an oscillator whose amplitude, phase and, if necessary, frequency, must be determined.
  • this modeling in a two-dimensional space or two variables is comparable to the discrete methods of trellis coding used in telecommunications (for example, the Viterbi method), where the extraction of the transmitted signal is carried out by comparing the phase and amplitude of the signal measured at the phase and amplitude of a reconstructed clock signal.
  • phase and the amplitude are here replaced by the variation of passage time ⁇ and the variation of the clearance AL (corresponding to the variation in radial length of the blade).
  • Each vibratory mode has a signature combining a time of passage and a game of its own.
  • This combination further reduces measurement noise and improves measurement robustness.
  • a dedicated sensor can be used (position or distance sensor), or a sensor already mentioned (sensor 4/5) can be used for this measurement.
  • the sensor measures (step E1 ter ) the distance that separates it from the blade along the longitudinal axis, in order to deduce the longitudinal displacement of the blade.
  • a minimum distance value is obtained for each blade at each pass in front of a sensor, which makes it possible to determine the longitudinal displacement of the blade over time.
  • the longitudinal displacement is performed following the longitudinal position of the leading edge or the trailing edge.
  • This measurement can be compared to a reference distance, without vibration, to determine the longitudinal displacement of the blade, similar to what has been described for determining the change in the radial length of the blade. (arrow E2 ter dotted regular).
  • the measured distance can also be compared to an average of distances measured previously (arrow E2 ter irregular dotted line).
  • each vibratory mode is characterized by a signature of its own and combining a time of passage ⁇ , a radial clearance AL (corresponding to the variation in radial length of the blade) and a longitudinal displacement.
  • the theoretical model of deformation of the dawn is thus applied in a space with three variables.
  • sensors 4 and 5 are applicable to this sensor.
  • the instantaneous speed of the blade can also be measured (step El quater) to be taken into account in the dawn model. This can be compared to a reference value, such as a theoretical value (arrow E2q Ua ter in regular dotted lines), or to previously measured values (arrow E2 qua ter irregular dotted lines).
  • the theoretical model of deformation of the dawn is projected in a representation space which has an additional dimension, that is to say that the model Theoretical deformation of the dawn is applied in a space with four variables.
  • the theoretical model of deformation of the dawn is then projected in a representation space having at least one dimension which comprises the variation of length of the blades.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de détermination de la vibration d'aubes (1) de rotor de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - mesurer (E1), par un ou plusieurs capteurs (4), ∙ l'évolution de la distance minimale entre chaque capteur (4) et le sommet (10) de chaque aube (1) selon un axe radial (R) du rotor, entre des rotations successives de chaque aube (1) devant chaque capteur (4), une valeur de distance minimale étant obtenue à chaque passage de chaque aube (1) devant chaque capteur (4), pour en déduire une variation de longueur des aubes (1) selon ledit axe radial (R), et - utiliser (E3) directement en tant que telle ladite variation de longueur des aubes (1) selon ledit axe radial (R) dans une modélisation de la déformation des aubes (1), pour en déduire (E4) des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires des aubes (1) en rotation. L'invention concerne également une turbomachine munie d'un dispositif mettant en œuvre ce procédé.

Description

Procédé et dispositif de détermination de la vibration d'aubes de rotor
Domaine de l'invention
L'invention concerne un procédé de détermination de la déformation d'aubes de rotor de turbomachine, afin de déterminer des modes vibratoires des aubes, ainsi qu'un dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé, disposé dans le référentiel fixe, comme par exemple le carter.
Présentation de l'Art Antérieur
De manière classique, une turbomachine d'aéronef comporte des rotors comprenant une pluralité d'aubes radiales pour accélérer un flux d'air d'amont en aval dans le corps de la turbomachine. Les performances d'une aube dépendent principalement de la forme de l'aube lorsque celle-ci est entraînée en rotation avec le rotor sur lequel elle est montée.
En référence à la Figure 1A, une aube 1 est montée sur un arbre 2 de turbomachine s'étendant selon un axe longitudinal X. L'aube 1 présente traditionnellement une forme tridimensionnelle qui est modifiée en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre 2 de la turbomachine. A titre d'exemple, en référence à la Figure 1 B, l'aube 1 peut s'allonger radialement et/ou vriller lorsque la vitesse de rotation de l'arbre 2 de turbomachine augmente.
Dans l'art antérieur, il est connu d'utiliser un ou plusieurs capteurs de position pour mesurer le temps de passage du sommet de l'aube au niveau des capteurs. Ce temps de passage dépend de la forme de la tête de l'aube en rotation. Ce temps de passage mesuré est comparé à un temps de passage théorique, afin d'en déduire, grâce à un modèle de déformation, les modes vibratoires de l'aube en rotation.
Cette méthode de mesure de déformation de l'aube est connue de l'homme du métier sous la désignation de « Blade Tip-Timing », ou « Tip- Timing », ou « Non-lntrusive Stress Measurement (System) (NSMS) », ou « Arrivai Time Analysis (ATA) », ou « Blade Vibration Monitoring (BVM) », ou « Blade Health Monitoring (BHM) ». Différents types de capteurs peuvent être utilisés dans cette méthode : sondes optiques, capteurs capacitifs, capteurs à courant de Foucault, capteurs de pression, etc.
Les sondes optiques présentent l'avantage de fournir un signal de front raide, permettant une grande précision du chronométrage. Le capteur capacitif, magnétique ou inductif délivre un signal plus progressif car la détection commence plus tôt et se prolonge plus tard, en comparaison de la sonde optique. La datation du passage de l'aube est donc moins précise.
En contrepartie, ces derniers capteurs sont robustes vis-à-vis de l'encrassement, ce qui est un point faible de la sonde optique.
Les solutions de l'art antérieur sont donc limitées soit par la sensibilité à l'encrassement, soit par la précision de la mesure.
Diverses solutions de « Tip-Timing » ont été proposées dans l'art antérieur.
Le document « Noncontact Blade Vibration Mesurement System for
Aero Engine Application », de Zielinski et al., divulgue l'utilisation de capteurs capacitifs pour déterminer des vibrations d'aubes d'un rotor.
Dans ce document (p.4), on mesure le temps de passage de chaque aube devant chaque capteur (au total, six capteurs).
On trace ensuite l'évolution du temps de passage des aubes entre des paires de capteurs, en fonction du régime du rotor. Ce temps de passage varie lors d'une résonance des aubes.
En comparant les courbes temporelles obtenues avec des courbes temporelles théoriques connues correspondant à des modes de déformation attendus des aubes, on obtient une caractérisation des modes de vibration.
La solution proposée dans ce document est donc une solution de « Tip-Timing » bien connue dans l'art antérieur, et basée sur la mesure et l'étude d'un temps de passage, comme susmentionné. Elle présente notamment l'inconvénient de nécessiter des calculateurs puissants et rapides, capables de traiter une quantité importante d'information. Or, ces calculateurs sont onéreux et encombrants. Le document US 2006/0122798 divulgue une solution basée sur l'utilisation de capteurs utilisant le passage d'un courant de Foucault. Connnne on le constate en Figure 5 et Figure 8b, la signature produite par l'aube sur ce type de capteur est particulière, car le capteur produit un signal durant un temps important.
Comme indiqué au paragraphe [0019] de ce document, l'intégralité du signal est prise en compte pour déterminer le statut des aubes.
Par conséquent, cette solution nécessite des moyens de traitement et de calcul importants.
Un autre problème des méthodes de « Tip-Timing » réside notamment dans le fait que cette méthode détermine l'évolution temporelle du rotor par rapport à lui-même, si bien qu'il n'est pas possible de détecter les variations et les vibrations des aubes lorsque celles-ci se déplacent en même temps dans un mouvement d'ensemble.
II est donc souhaitable de disposer d'une méthode qui permette de pallier ces inconvénients et qui permette de déterminer le comportement vibratoire des aubes tout en réduisant le nombre, la taille, le coût et la complexité des moyens de traitement nécessaires à cette détermination. Présentation de l'invention
Afin de pallier les inconvénients de l'art antérieur, l'invention propose un procédé de détermination de la vibration d'aubes de rotor de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à mesurer, par un ou plusieurs capteurs, l'évolution de la distance minimale entre chaque capteur et le sommet de chaque aube selon un axe radial du rotor, entre des rotations successives de chaque aube devant chaque capteur, une valeur de distance minimale étant obtenue à chaque passage de chaque aube devant chaque capteur, pour en déduire une variation de longueur des aubes selon ledit axe radial, et utiliser directement en tant que telle ladite variation de longueur des aubes selon ledit axe radial dans une modélisation de la déformation des aubes, pour en déduire des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires des aubes en rotation. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- la variation de longueur des aubes selon ledit axe radial est calculée en comparant la mesure de la distance minimale entre le capteur et le sommet de chaque aube, avec une distance de référence pour laquelle l'aube ne subit pas de vibrations ;
- le procédé comprend les étapes consistant :
o à mesurer, par au moins un capteur, une variation du temps de passage du sommet des aubes au niveau dudit capteur, o utiliser également cette mesure pour déduire des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires des aubes en rotation ;
- le procédé comprend l'étape consistant à utiliser uniquement la variation de longueur des aubes selon ledit axe radial dans une modélisation de la déformation des aubes, pour en déduire des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires des aubes en rotation ;
- le procédé comprend l'étape consistant à déduire l'amplitude et/ou la phase et/ou la fréquence des modes vibratoires des aubes en rotation ;
- le procédé comprend les étapes consistant à
o mesurer, par au moins un capteur, un déplacement des aubes selon un axe longitudinal du rotor,
o utiliser également cette mesure pour déduire des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires des aubes en rotation.
L'invention concerne également un dispositif de détermination de la vibration des aubes de rotor de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend :
o un ou plusieurs capteurs, chaque capteur étant configuré pour mesurer l'évolution de la distance minimale qui le sépare du sommet de chaque aube selon un axe radial du rotor, entre des rotations successives de chaque aube devant chaque capteur, une valeur de distance minimale étant obtenue à chaque passage de chaque aube devant chaque capteur; et
- une unité de traitement, comprenant une mémoire stockant une modélisation de la déformation des aubes, et étant configurée pour :
o déterminer une variation de longueur des aubes selon ledit axe radial à partir desdites mesures de distance minimale du capteur, et
o utiliser directement en tant que telle ladite variation de longueur des aubes selon ledit axe radial dans une modélisation de la déformation des aubes, pour en déduire des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires des aubes en rotation.
Ce dispositif est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- le capteur est un capteur apte à mesurer une distance en sommet d'aube, comme un capteur capacitif ;
- le dispositif comprend au moins un capteur, configuré pour mesurer un temps de passage du sommet des aubes au niveau dudit capteur, l'unité de traitement étant configurée pour déduire des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires des aubes en rotation à partir de la mesure de la distance minimale entre le capteur et le sommet des aubes selon un axe radial du rotor, de la mesure du temps de passage du sommet des aubes et d'une modélisation la de déformation des aubes.
L'invention concerne également une turbomachine comprenant un rotor avec une pluralité d'aubes, et un dispositif de détermination de la vibration d'aubes de rotor de turbomachine, tel que décrit précédemment.
L'invention présente de nombreux avantages. L'invention exploite une information liée à la déformation de la longueur radiale en sommet de l'aube afin de déduire les modes vibratoires des aubes, ce qui permet d'accroître à la fois la robustesse et la précision de la mesure et du calcul de la vibration. La mesure d'un temps de passage du sommet des aubes au droit des capteurs n'est donc plus nécessaire.
L'invention permet de détecter les vibrations des aubes même si l'ensemble des aubes présente en même temps le même déplacement.
Enfin, l'invention permet de combiner plusieurs mesures, comme la variation de la déformation radiale de l'aube avec la variation du temps de passage du sommet de l'aube et/ou le déplacement axial de l'aube, afin d'affiner la détermination des modes vibratoires des aubes en rotation.
Présentation des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la Figure 1A est une représentation d'une aube de rotor en rotation ;
- la Figure 1 B est une représentation d'un exemple de déformation d'une aube de rotor en rotation ;
- la Figure 2 est une représentation schématique d'un mode de réalisation possible d'un dispositif de détermination de la vibration d'aubes de rotor de turbomachine, selon l'invention ;
- la Figure 3 est une représentation schématique de la déformation d'une aube, de la mesure de la variation de longueur radiale de l'aube et de la mesure de la variation du temps de passage du sommet de l'aube ;
- la Figure 4 est une représentation schématique d'un mode de réalisation possible (en traits pleins simples) d'un procédé de détermination de la vibration d'aubes de rotor selon l'invention, et de possibilités de variantes, figurant avec des traits différents ; - la Figure 5 est une représentation schématique de la variation de la longueur d'aubes selon l'axe radial en fonction du temps, chaque courbe correspondant à une aube, pour un unique capteur.
Description détaillée Dispositif
On a représenté en Figure 2 un mode de réalisation possible d'un dispositif 15 de détermination de la vibration d'aubes 1 de rotor de turbomachine. Cette représentation est schématique.
Chaque aube 1 est montée sur un arbre 2 et est mobile en rotation autour d'un axe longitudinal X du rotor. Cet axe longitudinal coïncide en général avec l'axe longitudinal de la turbomachine.
Le dispositif 15 comprend au moins un capteur 4, configuré pour mesurer la distance entre le capteur 4 et le sommet 10 des aubes 1 , selon un axe radial R du rotor.
L'axe radial R est l'axe le long duquel s'étendent les aubes 1 autour de l'arbre sur lequel elles sont montées en rotation.
En général, une pluralité de capteurs 4 est prévue. Le capteur 4 est un capteur de distance ou de position.
Cette distance est susceptible de varier en fonction des vibrations subies par l'aube (déformations dynamiques), et en fonction de la déformation statique de l'aube, qui résulte notamment de la force centrifuge et de la charge aérodynamique. Le ou les capteurs 4 enregistrent la variation de cette distance au cours du temps. En particulier, l'évolution de la distance minimale entre le capteur 4 et le sommet de chaque aube 1 selon l'axe radial R est mesurée, entre des rotations successives de chaque aube devant chaque capteur 4.
En effet, chaque aube effectue une pluralité de rotations successives.
A chaque passage de chaque aube devant chaque capteur, une valeur de distance minimale est mesurée par chaque capteur 4. Le capteur 4 peut notamment être programmé pour mesurer cette distance minimale à chaque passage de l'aube devant ledit capteur 4.
Comme explicité par la suite, cette seule valeur d'évolution de distance minimale, en tant qu'information unique, suffit à pouvoir alimenter un algorithme de détermination des modes de vibration, sans vouloir la transformer ou la traiter pour déterminer un temps de passage.
La mesure de distance minimale du capteur 4 permet de déduire une variation de longueur des aubes 1 selon ledit axe radial R.
En particulier, la comparaison de l'évolution de la distance minimale mesurée par le capteur 4 avec une distance de référence permet de déduire révolution de la déformation de la longueur de l'aube 1 selon l'axe radial R. La distance de référence est par exemple la distance pour laquelle l'aube ne subit aucune vibration.
Alternativement, ou en complément, la distance de référence peut être déterminée par une autre méthode, telle que la moyenne d'un certain nombre de mesures précédentes représentatives du rotor en l'absence de vibrations.
Le capteur 4 est par exemple un capteur capacitif. Il peut également s'agir d'autres capteurs, comme une sonde optique, un télémètre laser, ou un capteur à courant de Foucault, etc.
Dans l'exemple représenté en Figure 2, les aubes 1 sont entourées d'un carter 21. Les capteurs 4 sont disposés sur la face interne du carter 21 , et sont tournés vers les sommets 10 des aubes 1.
Dans le cas d'un rotor non caréné, il est par exemple possible de prévoir un mât de support des capteurs 4 afin de disposer ceux-ci à proximité des sommets 10 des aubes 1. D'autres positionnements des capteurs 4 sont possibles selon l'environnement du rotor. Les capteurs 4 sont positionnés dans un référentiel fixe de la turbomachine.
Le dispositif 15 comprend en outre une unité 11 de traitement. L'unité 11 de traitement est de type processeur, comprenant au moins une mémoire 16, et apte à exécuter un programme d'ordinateur pour le traitement des mesures des capteurs 4. L'unité 11 peut communiquer avec les capteurs 4 afin de recueillir les mesures. Cette communication est effectuée par tout moyen connu, comme par exemple par liaison filaire, ou sans fil, ou radio ou par des moyens de stockage amovibles.
La mémoire 16 stocke une modélisation de la déformation de l'aube
1. Cette modélisation est extraite d'un modèle 3D de l'aube, qui prend en compte les différents paramètres de l'aube (dimensions, propriétés mécaniques, environnement extérieur, etc.).
Comme explicité par la suite, l'unité 11 de traitement est configurée pour déterminer des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires de l'aube 1 en rotation, notamment à partir de la mesure de distance minimale du capteur 4, qui permet de remonter à la variation de longueur des aubes selon l'axe radial R, et du modèle de déformation de l'aube 1. Ceci inclut également la déformation statique de l'aube, qui peut être vue comme un mode vibratoire à fréquence nulle.
Optionnellement, le dispositif 15 comprend au moins un capteur 5, configuré pour mesurer un temps de passage du sommet 10 des aubes 1 au niveau dudit capteur 5. Le capteur 5 est un capteur de détection de présence, ou un capteur de position et/ou de distance.
Lorsque l'aube subit une déformation, le temps de passage au droit du capteur 5 varie. En particulier, ce temps de passage mesuré est directement corrélé à l'amplitude de déformation de l'aube.
Ainsi, lorsque l'unité 11 de traitement compare ce temps de passage mesuré avec un temps de passage théorique, l'unité 11 de traitement déduit une déformée de l'aube (connaissant la vitesse de déplacement de l'aube devant le capteur, cette vitesse de déplacement étant dépendante de la vitesse de rotation), et par conséquent des caractéristiques des modes vibratoires des aubes 1 , grâce à une modélisation de la déformation.
Le capteur 5 est par exemple un capteur capacitif. Il peut également s'agir d'autres capteurs, comme une sonde optique, ou un capteur à courant de Foucault, ou un capteur de pression, etc. Le capteur 5 peut présenter le même positionnement que le capteur 4, comme cela a été explicité ci-dessus.
En général, une pluralité de capteurs 5 est prévue, par exemple entre quatre et huit capteurs.
Un même capteur peut être utilisé pour le capteur 5 et le capteur 4.
Dans le cas d'un capteur capacitif, celui-ci fournit en même temps le temps de passage du sommet 10 de l'aube 1 et la distance minimale qui le sépare du sommet de l'aube à chaque passage de l'aube (et par conséquent la variation en longueur de l'aube selon l'axe radial).
Alternativement, le capteur 4 et le capteur 5 peuvent constituer des capteurs distincts, par exemple disposés côte à côte.
Dans un mode de réalisation, l'unité 11 de traitement est configurée pour déterminer des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires des aubes 1 en rotation à partir de l'évolution de la distance minimale entre le capteur 4 et le sommet 10 des aubes 1 selon un axe radial R du rotor (cette mesure permet d'obtenir la mesure de la variation de longueur des aubes 1 selon l'axe radial), de la mesure du temps de passage du sommet 10 de l'aube 1 (obtenue par le capteur 5), et de la modélisation de la déformation des aubes 1.
Ainsi, l'unité 11 de traitement exploite à la fois les mesures du capteur 4 et les mesures du capteur 5 pour calculer les modes vibratoires de l'aube 1.
Alternativement, dans un mode de réalisation, l'unité de traitement est configurée pour utiliser uniquement une mesure de distance (notamment la mesure de distance minimale du capteur 4) dans la modélisation de la déformation des aubes. Comme indiqué, l'unité de traitement calcule une variation de longueur des aubes 1 selon l'axe radial R à partir des mesures de distance du capteur 4. Cette variation de longueur des aubes selon l'axe radial est alors utilisée directement en tant que telle dans une modélisation de la déformation des aubes, pour en déduire des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires des aubes 1 en rotation. Ce mode de réalisation s'affranchit donc des mesures du temps de passage des aubes pour déterminer les modes de vibration des aubes.
Procédé
On décrit à présent un procédé de détermination de la vibration d'aubes 1 de rotor de turbomachine mettant en œuvre le dispositif 15 précité.
Le procédé est mis en œuvre lors du fonctionnement du rotor, afin d'évaluer les caractéristiques des déformations des aubes 1.
Le procédé (cf. Figure 4) comprend une étape E1 consistant à mesurer l'évolution de la distance minimale entre le capteur 4 et le sommet 10 des aubes 1 selon l'axe radial R du rotor. Cette évolution est étudiée à partir des mesures de distances minimales entre chaque capteur et chaque aube, entre différents passages successifs de l'aube.
Il s'agit donc de voir comment évolue le minimum de distance pour chaque aube (aubes 1 à N) au fur et à mesure des différents passages devant le capteur (ou respectivement devant les capteurs 1 à X).
Comme susmentionné, cette mesure permet d'obtenir la variation temporelle de la longueur des aubes 1 selon l'axe radial du rotor. Cette variation de longueur AL selon l'axe radial est schématisée en Figure 3.
Cette mesure est effectuée à chaque passage de l'aube 1 au droit du capteur 4.
L'unité 11 de traitement (étape E2) compare la distance minimale mesurée par le capteur 4 à chaque passage avec une distance de référence.
La distance de référence peut notamment être la distance théorique pour laquelle l'aube ne subit aucune vibration, et/ou être calculée à partir de la moyenne de mesures précédentes. La distance théorique est connue car les dimensions de l'aube 1 sont connues dès sa fabrication, de même que le positionnement de l'aube 1 dans le rotor et la position du capteur 4 vis-à- vis de l'aube 1. Alternativement, la distance de référence peut être (cf. flèche E2 en traits doubles en Figure 4), pour une accélération ou une décélération continue de l'aube, la distance mesurée immédiatement avant et/ou immédiatement après le croisement du mode vibratoire au régime recherché (ce temps est matérialisé par T1 , respectivement T3, en Figure 5). Cette méthode est appelée méthode du zéro. Ceci permet de s'affranchir d'autres dérives de la longueur radiale de l'aube, qui ne sont pas dues au phénomène recherché (par exemple, échauffement du moteur, ou déformation du moteur, non caractéristiques de la vibration recherchée). A cet effet, on suppose que seul le phénomène de vibration recherchée qui nous intéresse est à évolution rapide, tandis que les autres paramètres de variation sont à évolution plus lente.
Cette comparaison permet d'obtenir l'évolution de la variation de longueur de l'aube 1 selon l'axe radial, due aux vibrations subies par l'aube 1 en rotation, en fonction du temps.
Comme mentionné précédemment, l'unité 11 de traitement dispose d'une modélisation 17 de la déformation de l'aube 1 , stockée dans sa mémoire 16. Cette modélisation 17 est extraite d'un modèle 3D de l'aube, qui prend en compte les différents paramètres de l'aube (dimensions, propriétés mécaniques, environnement extérieur, etc.).
Ce type d'approche est déjà utilisé en « Tip-Timing ».
Dans ce type de modélisation, la connaissance des déformations locales appliquées à l'aube permet de remonter aux modes vibratoires de l'aube, et donc à la répartition des contraintes subies par l'ensemble de l'aube.
En pratique, la déformation locale telle que mesurée en sommet est comparée à plusieurs hypothèses possibles de modes de déformation de l'aube afin d'identifier le ou les mode(s) vibratoire(s) subi(s) par les aubes (étape E3 en Figure 4).
L'unité 11 de traitement introduit donc directement et en tant que telle la mesure de la variation de longueur de l'aube 1 selon l'axe radial, dans le modèle de déformation de l'aube 1. L'unité 11 en déduit (étape E4) des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires des aubes 1. En particulier, l'amplitude, la fréquence, la phase, et l'amortissement du ou des modes vibratoires subis par les aubes sont calculées.
Dans un mode de réalisation, l'unité 11 de traitement utilise, lors de l'étape E3, uniquement une mesure de distance dans une modélisation de la déformation des aubes 1 , pour en déduire des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires des aubes 1 en rotation, ladite mesure de distance comprenant la mesure de distance dudit capteur 4 qui permet de déterminer la variation de longueur des aubes 1 selon l'axe radial.
Ainsi, la donnée brute de distance minimale à chaque passage de l'aube est utilisée (ou plus particulièrement la variation de longueur des aubes selon l'axe radial qui en découle) dans l'algorithme qui modélise la déformation des aubes, sans que cette mesure de distance ne soit convertie en temps de passage.
Un exemple de mesure de la variation de longueur d'aubes 1 en fonction du temps est représenté en Figure 5.
Chaque courbe représente le comportement d'une des aubes du rotor lors de son passage devant un capteur donné. Il y a autant de courbes que d'aubes. Sur cette courbe, la position vue par un seul capteur 4 est représentée.
L'abscisse représente le temps ou le régime de rotation du rotor, la mesure se faisant idéalement pendant une accélération ou une décélération, afin de croiser les modes vibratoires.
L'ordonnée représente la valeur AL du jeu en sommet d'aube lorsque la pale passe devant le capteur. La variation AL du jeu en sommet d'aube peut être assimilée à l'inverse de la variation de la longueur radiale de l'aube 1 , par rapport à la longueur théorique de l'aube 1 (longueur sans déformation).
La graphique correspond donc à une succession discontinue de valeurs obtenues à chaque tour, les valeurs étant représentées dans une courbe continue, pour une aube donnée devant un capteur donné. Sur ce graphique, la variation AL est représentée en fonction du temps lors d'une accélération, pour chaque aube.
Lorsqu'on est en présence d'un mode de vibration synchrone, la déformation de chacune des aubes devant un capteur présente un motif caractéristique de la résonance d'un mode synchrone (temps T2 dans la partie entourée sur la courbe).
En particulier, la signature caractéristique d'un mode synchrone est que les déformations sont, à cet instant, différentes d'une aube à l'autre, certaines des aubes présentant alors un maxima de déformation, d'autres un minima, et d'autres une valeur intermédiaire. En d'autres termes, lorsque le mode synchrone est traversé, l'évolution de la déformation se traduit par une avancée pour certaines aubes, un retard pour d'autres aubes et une stagnation pour quelques aubes.
Le nombre de minima et le nombre de maxima sont représentatifs de l'harmonique de vibration du fait que chaque aube peut avoir fait plusieurs allers-retours de vibration en un tour. Sur la Figure 5, une harmonique simple est représentée.
A l'instant T3, une nouvelle distribution de jeu, différente de celle de l'instant T1 , est visible, le passage de la résonance synchrone ayant amené ces changements de distribution de jeu.
En posant des hypothèses sur le ou les modes de vibration subis par les aubes (par exemple harmonique 1 , ou 2, etc.), l'unité 11 de traitement compare la répartition des déformations mesurées à cet instant avec la répartition des déformations issues des hypothèses, afin de valider ces hypothèses et identifier le(s) mode(s) de vibration.
Comme on le constate, le procédé met en œuvre un calcul de vibration directement à partir d'une mesure de variation de distance.
Ainsi, la détermination d'un temps de passage ou la mesure d'un temps de passage n'est plus absolument nécessaire. Ceci est avantageux et augmente la précision du calcul. Par exemple, il a été mentionné que le capteur 4 pouvait être un capteur capacitif, qui est un capteur robuste à l'encrassement mais dont la mesure du temps de passage (méthode dite « Tip-Timing ») du sommet de l'aube est moins précise que d'autres capteurs.
Or, selon le procédé, c'est avant tout une mesure de distance radiale (AL) qui permet de déduire les modes vibratoires de l'aube. Etant donné que les capteurs capacitifs sont précis dans la mesure de distance, le procédé permet d'allier la précision de mesure et la robustesse, ce qui n'était pas le cas du procédé de « Tip-Timing » de l'art antérieur, basé sur l'unique mesure d'un temps de passage du sommet de l'aube.
En outre, le procédé permet, de par cette mesure et son exploitation, d'identifier directement un mode vibratoire d'ensemble (mode ON) en détectant un « gonflement » de l'aubage du rotor.
En effet, un problème de la méthode du « Tip-Timing » réside notamment dans le fait que cette méthode détermine l'évolution temporelle du rotor par rapport à lui-même, si bien qu'il n'est pas possible de détecter les variations et les vibrations lorsque toutes les aubes se déplacent en même temps.
Avec le dispositif et le procédé selon l'invention, le gonflement mis en évidence permet de simplifier la détection des vibrations.
Si toutes les aubes bougent en même temps, la mesure du déplacement est précise, même si toutes les aubes se déplacent de manière similaire.
De plus, les vibrations se déterminent directement et ne nécessitent pas de calculs importants, à la différence des méthodes de l'état de la technique basées sur le principe du « Tip-Timing ». Grâce à la réduction des besoins en calcul, la puissance des unités de traitement permettant la détermination précise des modes de vibrations ne nécessite plus d'être surdimensionnée.
Enfin, pour une aube donnée et un capteur donné, on obtient autant de mesures que de passages, ce qui permet de fournir rapidement et de manière réactive l'évolution de la longueur radiale de l'aube, sans qu'il soit nécessaire d'effectuer des moyennes de mesure ou des modélisations sinusoïdales. Afin de disposer de mesures supplémentaires, il est possible de prévoir une ou plusieurs mesures permettant de compléter la mesure en déformation radiale du sommet de l'aube.
Optionnellement, le procédé comprend l'étape supplémentaire E1 biS consistant à mesurer une variation du temps de passage du sommet 10 des aubes 1 au niveau du capteur 5, par rapport à un temps de passage théorique (flèche E2biS en pointillés réguliers). Alternativement, le temps de passage mesuré peut être comparé à des temps de passages mesurés précédemment (flèche E2biS en pointillés irréguliers), comme cela a été expliqué pour les mesures de distances radiales.
Cette variation (ΔΤ) est liée à la déformation de l'aube selon l'axe tangentiel, et non plus radial comme précédemment (voir Figure 3).
L'unité de traitement 11 introduit la mesure de la distance entre le capteur 4 et le sommet 10 des aubes 1 selon un axe radial R du rotor, et la mesure de la variation du temps de passage du sommet 10 des aubes 1 , dans la modélisation de la déformation des aubes 1 , pour en déduire les caractéristiques des modes vibratoires des aubes 1.
La combinaison des deux informations dans le modèle permet d'améliorer la précision du calcul. On note que ces deux mesures sont, en première approximation, en quadrature de phase. Par conséquent, les performances de mesure et la robustesse sont accrues.
Selon une modélisation simplifiée, l'aube est comparable à un oscillateur dont il faut déterminer l'amplitude, la phase et, le cas échéant, la fréquence.
La mesure de la variation du temps de passage donne une information supplémentaire sur la connaissance des modes de vibration des aubes.
De manière schématique, cette modélisation dans un espace à deux dimensions ou deux variables est comparable aux méthodes discrètes de codage en treillis utilisées en télécommunications (par exemple, la méthode de Viterbi), où l'extraction du signal transmis est réalisée en comparant la phase et l'amplitude du signal mesuré à la phase et à l'amplitude d'un signal d'horloge reconstruit.
La phase et l'amplitude sont ici remplacées par la variation de temps de passage ΔΤ et la variation du jeu AL (correspondant à la variation de longueur radiale de l'aube). Chaque mode vibratoire a une signature combinant un temps de passage et un jeu qui lui est propre.
Cette combinaison réduit d'avantage les bruits de mesure et améliore la robustesse de mesure.
Afin d'améliorer d'avantage le calcul des caractéristiques des modes vibratoires, il est possible de prendre en compte d'autres mesures, comme le déplacement des aubes selon un axe longitudinal (X) du rotor. Un capteur dédié peut être utilisé (capteur de position ou de distance), ou un capteur déjà mentionné (capteur 4/5) peut être utilisé pour cette mesure.
Le capteur mesure (étape E1ter) la distance qui le sépare de l'aube selon l'axe longitudinal, afin d'en déduire le déplacement longitudinal de l'aube. A nouveau, une valeur de distance minimale est obtenue pour chaque aube à chaque passage devant un capteur, ce qui permet de déterminer le déplacement longitudinal de l'aube au cours du temps. Par exemple, le déplacement longitudinal est effectué en suivant la position longitudinale du bord d'attaque ou du bord de fuite.
A nouveau, une valeur de position longitudinale est obtenue pour chaque passage devant chaque capteur et le déplacement longitudinal est déduit au cours du temps.
Cette mesure peut être comparée à une distance de référence, sans vibrations, afin de déterminer le déplacement longitudinal de l'aube, de manière similaire à ce qui a été décrit au sujet de la détermination de la variation de la longueur radiale de l'aube (flèche E2ter en pointillés réguliers). La distance mesurée peut également être comparée à une moyenne de distances mesurées précédemment (flèche E2ter en pointillés irréguliers).
Dans cet exemple de réalisation, chaque mode vibratoire est caractérisé par une signature qui lui est propre et combinant un temps de passage ΔΤ, un jeu radial AL (correspondant à la variation de longueur radiale de l'aube) et un déplacement longitudinal. Le modèle théorique de déformation de l'aube est donc appliqué dans un espace à trois variables.
Les technologies mentionnées pour les capteurs 4 et 5, ainsi que leur positionnement sont applicables à ce capteur.
La vitesse instantanée de l'aube peut également être mesurée (étape El quater) afin d'être prise en compte dans le modèle de l'aube. Celle-ci peut être comparée à une valeur de référence, comme une valeur théorique (flèche E2qUater en pointillés réguliers), ou à des valeurs mesurées précédemment (flèche E2quater en pointillés irréguliers).
Etant donné que l'on prend également en compte la vitesse instantanée de l'aube, le modèle théorique de déformation de l'aube est projeté dans un espace de représentation qui compte une dimension supplémentaire, c'est-à-dire que le modèle théorique de déformation de l'aube est appliqué dans un espace à quatre variables. Le modèle théorique de déformation de l'aube est alors projeté dans un espace de représentation ayant au minimum une dimension qui comporte la variation de longueur des aubes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination de la vibration d'aubes (1 ) de rotor de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à :
- mesurer (E1 ), par un ou plusieurs capteurs (4),
o l'évolution de la distance minimale entre chaque capteur (4) et le sommet (10) de chaque aube (1 ) selon un axe radial (R) du rotor, entre des rotations successives de chaque aube (1 ) devant chaque capteur (4), une valeur de distance minimale étant obtenue à chaque passage de chaque aube (1 ) devant chaque capteur (4),
pour en déduire une variation de longueur des aubes (1 ) selon ledit axe radial (R), et
- utiliser (E3) uniquement et directement en tant que telle ladite variation de longueur des aubes (1 ) selon ledit axe radial (R) dans une modélisation de la déformation des aubes (1 ), pour en déduire (E4) des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires des aubes (1 ) en rotation.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la variation de longueur des aubes selon ledit axe radial (R) est calculée (E2) en comparant la mesure de la distance minimale entre le capteur (4) et le sommet (10) de chaque aube (1 ), avec une distance de référence pour laquelle l'aube (1 ) ne subit pas de vibrations.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, comprenant l'étape (E4) consistant à déduire l'amplitude et/ou la phase et/ou la fréquence des modes vibratoires des aubes (1 ) en rotation.
4. Dispositif (15) de détermination de la vibration des aubes (1 ) de rotor de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend : o un ou plusieurs capteurs (4), chaque capteur étant configuré pour mesurer l'évolution de la distance minimale qui le sépare du sommet (10) de chaque aube (1 ) selon un axe radial (R) du rotor, entre des rotations successives de chaque aube (1 ) devant chaque capteur (4), une valeur de distance minimale étant obtenue à chaque passage de chaque aube (1 ) devant chaque capteur (4); et
une unité (11 ) de traitement, comprenant une mémoire (16) stockant une modélisation de la déformation des aubes (1 ), et étant configurée pour :
o déterminer (E2) une variation de longueur des aubes (1 ) selon ledit axe radial (R) à partir desdites mesures de distance minimale du capteur (4), et
o utiliser (E3) uniquement et directement en tant que telle ladite variation de longueur des aubes (1 ) selon ledit axe radial (R) dans une modélisation de la déformation des aubes (1 ), pour en déduire (E4) des caractéristiques d'un ou plusieurs modes vibratoires des aubes (1 ) en rotation.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le capteur (4) est un capteur capacitif.
6. Turbomachine comprenant :
- un rotor comprenant une pluralité d'aubes (1 ),
- un dispositif (15) de détermination de la vibration selon la revendication 4 ou la revendication 5.
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