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Mesure des déformations et des températures sur des aubes de ventilateur et de turbine pendant la rotation du rotor

  • Déformation des aubes
  • Température des aubes
  • Température de la turbine
Ventilateur sur un banc d’essai avec des aubes instrumentées de jauges de déformation, les fils des jauges allant vers le collecteur tournant et les amplificateurs sur le moyeu
Un ventilateur sur un banc d’essai, avec des jauges de déformation sur les aubes reliées au collecteur tournant du moyeu. Photo Michigan Scientific.

En bref

Des jauges de déformation et des thermocouples sont placés sur plusieurs aubes, ou en plusieurs points d’une même aube, et leurs fils passent par le moyeu jusqu’au bout de l’arbre. Un collecteur tournant SR45A-AXHS ou SR60A-AXHS monté à cet endroit achemine 45 ou 60 voies vers le système d’acquisition de données fixe, qui enregistre toutes les voies ensemble pendant l’essai. Une télémesure modèle T8 au bout de l’arbre transmet huit voies sans contact, avec les amplificateurs à côté des capteurs.

45 ou 60
voies sur un collecteur tournant de bout d’arbre
4 000 tr/min
vitesse maximale des SR45A-AXHS et SR60A-AXHS
8
voies de jauge de déformation ou de thermocouple sur le modèle T8

Chaîne de mesure

Chaque jauge de déformation ou thermocouple nécessite ses propres connexions, et un essai couvrant plusieurs aubes demande rapidement des dizaines de voies entre le rotor et l’enregistreur fixe. Les jauges sont placées aux zones d’intérêt ; l’implantation détermine le nombre de voies, et donc le choix entre 45 et 60. Les fils sont amenés vers les connecteurs rotor du collecteur tournant au bout de l’arbre ; les connecteurs stator vont vers le système d’acquisition de données.

Sur une turbine de turboréacteur, les conditions de fonctionnement ajoutent du bruit aux signaux de faible niveau. Les amplifier sur le rotor, au plus près des capteurs, réduit les erreurs dues aux gradients de température entre les métaux dissemblables du collecteur tournant et aux perturbations magnétiques. Le thermocouple est le cas le plus critique : les pistes et les balais ne sont pas des alliages thermocouple, donc une différence de température entre rotor et stator introduit une erreur aux contacts, sauf à maintenir l’ensemble à température uniforme ou à amplifier le thermocouple sur le rotor.

Jauges de déformation des aubes raccordées à un collecteur tournant en bout d’arbre Vue de côté d’un ventilateur sur son arbre. Des jauges de déformation ou des thermocouples sont placés au pied des aubes. Leurs fils passent par le moyeu jusqu’au rotor d’un collecteur tournant de 45 ou 60 voies monté en bout d’arbre. Le stator achemine toutes les voies vers l’enregistreur. ε, T 45 ou 60 voies Arbre Aubes jaugées Collecteur Enregistreur
Jauges au pied des aubes, leurs fils passant par le moyeu jusqu’au rotor du collecteur tournant en bout d’arbre, le stator acheminant les voies vers l’enregistreur.

Collecteur tournant

ModèlesSR45A-AXHS, 45 voies · SR60A-AXHS, 60 voies
Montagebout d’arbre, bride sur le rotor
Vitesse maximale4 000 tr/min
Courant par voie250 mA
Variation de résistance de crête0,1 Ω, pistes et balais en métaux précieux corroyés, sans placage
Dimensionsrotor 63,49 mm, stator 36,58 mm · 181,61 mm (SR45A) ou 203,2 mm (SR60A) de long
Raccordementsconnecteurs circulaires sur le rotor et le stator
Température de fonctionnement−40 à 121 °C
Maintenanceétanche à la poussière, roulements lubrifiés à vie, aucun nettoyage courant

Télémesure

Le modèle T8 se monte en bout d’arbre avec deux vis M4 et accepte huit ponts complets de jauges de déformation ou thermocouples. Il numérise sur 16 bits avec une bande passante du continu à 1 000 Hz et transmet par RF avec contrôle d’erreur ; le récepteur délivre ± 10 V par voie. Il est alimenté par induction depuis une bobine primaire plate placée à 3 à 5 mm, n’a ni palier ni pièce d’usure, et la série T a fait ses preuves à 24 000 tr/min. Il fonctionne de −40 à 125 °C.

Avec un collecteur tournant, l’AMP-TC-M1 amplifie un à trois thermocouples de type K, J, T ou E sur le rotor, avant les pistes : 10 mV/°C à 25 °C avec compensation de soudure froide, jusqu’à ± 10 V, bande passante de 1,16 kHz, entrées à la masse ou isolées, dans un boîtier de 30 × 20 × 6 mm collé, enrobé ou attaché à la pièce. L’erreur de température, compensation de soudure froide incluse, est de ± 2 °C à 25 °C et de ± 5 °C de −55 à 125 °C.

Procédure

  1. 01

    Définir l’implantation des capteurs

    Jauges ou thermocouples sur plusieurs aubes, ou en de nombreux points sur une seule aube. Le nombre détermine 45 ou 60 voies, ou 8 voies par télémesure.

  2. 02

    Acheminer les fils vers le bout d’arbre

    Par le moyeu jusqu’aux connecteurs du rotor du collecteur tournant, ou vers les bornes à vis du T8.

    SR45A-AXHS et SR60A-AXHS
  3. 03

    Amplifier sur le rotor si nécessaire

    AMP-TC-M1 pour les thermocouples avant le collecteur tournant ; le T8 intègre ses propres amplificateurs.

    Amplificateur pour thermocouple AMP-TC-M1
  4. 04

    Enregistrer du côté fixe

    Toutes les voies sur une même base de temps pendant l’essai, puis examen des déformations élevées et des températures anormales.

Résultat

Déformations et températures de nombreux points du rotor, enregistrées ensemble en fonctionnement. La transmission est choisie selon le nombre de voies, la vitesse et l’environnement : un collecteur tournant de 45 ou 60 voies, ou une télémesure à huit voies.

Questions fréquentes

Comment extraire les signaux de jauges de déformation d’une aube de turbine en rotation ?

Par un collecteur tournant en bout d’arbre, ou par un émetteur de télémesure en bout d’arbre. Le collecteur tournant achemine les voies de jauges vers un système d’acquisition fixe, qui enregistre toutes les voies ensemble pendant l’essai.

Combien de voies un collecteur tournant peut-il transporter pour des mesures sur aubes ?

Le SR45A-AXHS offre 45 connexions et le SR60A-AXHS 60, via des connecteurs circulaires sur le rotor et sur le stator, à 250 mA par voie.

Quelle est la vitesse maximale d’un collecteur tournant de 45 ou 60 voies ?

4 000 tr/min pour le SR45A-AXHS et le SR60A-AXHS, de −40 à 121 °C.

Quand utilise-t-on la télémesure plutôt qu’un collecteur tournant sur une turbine ?

Lorsque les signaux doivent être amplifiés sur le rotor et transmis sans contact. Le modèle T8 accepte huit voies de jauge de déformation ou de thermocouple au bout de l’arbre, alimenté par induction, sans pièces d’usure.

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