FR2979264A1

FR2979264A1 - Procede de nettoyage des aubes d'un rotor interne d'un turbomoteur et organe de projection de pellets de glace seche correspondant.

Info

Publication number: FR2979264A1
Application number: FR1157661A
Authority: FR
Inventors: Gerard Derrien
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-03-01
Anticipated expiration: 2031-08-30
Also published as: FR2979264B1

Abstract

Selon le procédé de l'invention, on effectue les étapes successives suivantes, sans démontage de pièces du turbomoteur (1) pourvu d'au moins un orifice endoscopique (6) : A/ on introduit un organe de projection (8) de pellets de glace sèche (9), équipé d'une buse de projection (11), par l'intermédiaire de l'orifice endoscopique (6) ; B/ on ajuste le positionnement de l'organe de projection (8), afin que les pellets (9) puissent être projetés sur la face de l'aube (5) à nettoyer selon une direction définissant un angle d'inclinaison non nul avec la face de l'aube (5) considérée ; C/ on déclenche la projection de pellets (9), par l'organe de projection (8), sur la face de l'aube considérée ; et D/ on déplace l'organe de projection (8) pour atteindre et nettoyer, au moins partiellement , la face de l'aube (5) considérée.

Description

La présente invention concerne un procédé de nettoyage des aubes d'un rotor interne d'un turbomoteur, ainsi qu'un organe de projection de pellets de glace sèche correspondant pour la mise en oeuvre dudit procédé de nettoyage.

Un turbomoteur d'aéronef comprend généralement, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz, une soufflante, un ou plusieurs étages de compresseurs, par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbines, par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression, et une tuyère d'échappement des gaz. A chaque compresseur peut correspondre une turbine, les deux étant reliés par une pièce, formant ainsi, par exemple, un corps haute pression et un corps basse pression. Les compresseurs basse pression et haute pression sont généralement formés de plusieurs disques boulonnés entre eux - pourvus d'aubes sur leur périphérie - et sont enveloppés dans des carters fixes. Lors du fonctionnement du turbomoteur, les compresseurs basse pression et haute pres- sion aspirent un volume d'air très élevé - admis dans le turbomoteur par la soufflante - généra- lement chargé de diverses particules polluantes solides ou gazeuses. La compression importante, réalisée par les compresseurs, favorise le dépôt de ces particules polluantes sur les aubes, ce qui provoque une modification de leur profil. Une telle modification du profil des aubes conduit à une perturbation de l'écoulement de l'air comprimé - et plus particulièrement à une réduction de celui-ci - nécessaire au bon fonctionnement du turbomoteur. Pour compenser une telle réduction d'écoulement d'air, il se produit une élévation de température, permettant d'obtenir une dilation plus importante des molécules d'air, devenues déficientes depuis la compression amont. L'élévation de température, inévitable, provoque, d'une part, une augmentation indésirable de la consommation en carburant du turbomoteur et, d'autre part, une dilation excessive des pièces disposées derrière la chambre de combustion ce qui aboutit à leur usure prématurée, par contact, entraînant des jeux importants entre les pièces et dégradant les performances du turbomoteur. Cela se répercute sur la marge de température de sortie des gaz EGT (pour en anglais « Exhaust Gaz Temperature »), l'amélioration de cette marge EGT se traduisant par une plus longue durée d'exploitation du turbomoteur entre les maintenances et, donc, une réduction im- portante des coûts d'exploitation pour les compagnies aériennes. Aussi, pour palier les inconvénients précités, il devient indispensable de nettoyer les compresseurs basse pression et haute pression des turbomoteurs.

On connaît déjà un nettoyage à l'eau des turbomoteurs, au cours duquel de l'eau distillée, chauffée à une température voisine de 70°C, est envoyée sous pression au niveau des compresseurs afin de décaper leurs aubes. Toutefois, bien qu'un tel nettoyage conduise à une amélioration des performances des turbomoteurs et permette d'augmenter la marge EGT associée, l'eau utilisée interagit avec l'huile des turbomoteurs, ce qui impose le remplacement intégral de cette dernière. Or, le prix élevé de l'huile (environ 150 euros par litre, 10 à 15 litres étant nécessaire selon les turbomoteurs) contribue à augmenter sensiblement le coût de l'opération de nettoyage. En outre, le nettoyage à l'eau requiert une opération de séchage poussée pour s'assurer qu'il ne reste plus aucune trace d'humidité susceptible d'entraîner une corrosion interne des tur- bomoteurs. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et, notamment, d'améliorer l'efficacité du nettoyage des aubes d'un rotor interne d'un turbomoteur sans nécessité de démontage complet dudit turbomoteur, tout en réduisant le coût du nettoyage.

A cette fin, selon l'invention, le procédé pour nettoyer les aubes d'un rotor interne d'un turbomoteur, ledit turbomoteur étant pourvu d'au moins un orifice endoscopique, est remarquable par le fait que, sans démontage de pièces du turbomoteur, on effectue les étapes successives suivantes : A/ on introduit un organe de projection de pellets de glace sèche, équipé d'une buse de projec- tion, par l'intermédiaire de l'orifice endoscopique, de sorte que ladite buse débouche au voisi- nage d'une aube du rotor interne à nettoyer ; B/ on ajuste le positionnement de la buse de projection, afin que les pellets puissent être projetés sur la face de l'aube à nettoyer selon une direction définissant un angle d'inclinaison non nul avec la face de l'aube considérée ; C/ on déclenche la projection de pellets, par l'organe de projection, sur la face de l'aube considé- rée ; et D/ on déplace l'organe de projection pour atteindre et nettoyer au moins partiellement la face de l'aube considérée. Les pellets sont des particules de glace carbonique, le dioxyde de carbone se trouvant à l'état solide à la température de -78°C. Ainsi, grâce à l'invention, un décapage cryogénique des aubes d'un rotor interne d'un turbomoteur (par exemple un compresseur) est réalisé : - par impact mécanique des pellets sur la face de l'aube à nettoyer ; par sublimation des pellets, qui une fois projetés, passent de l'état solide à l'état gazeux, ce changement d'état s'accompagnant d'une augmentation de volume des pellets (de l'ordre de 500 fois) provoquant un décollement des résidus fixés sur l'aube considérée ; et par choc thermique : les pellets cryogéniques étant très froids (par exemple à -78°C), les rési- dus portés par la surface de l'aube à nettoyer se fragilisent et se rétractent lors du contact avec les pellets, ce qui participe à leur élimination par impact mécanique d'autres pellets ultérieurement. En outre, le nettoyage cryogénique de l'invention, non abrasif, est entièrement sec et ne laisse subsister aucun résidu (tel que du sable, billes de verre, etc.) puisque les pellets sont su- blimés et se transforment en gaz carbonique, ce qui le rend écologique (aucun produit chimique n'étant utilisé) et évite la mise en oeuvre d'opérations supplémentaires. De plus, un des grands mérites de la Demanderesse a été d'envisager l'utilisation de trous orifices endoscopiques - classiquement dédiés à l'inspection de la structure interne d'un turbomoteur par des endoscopes - à une fin autre que l'inspection, à savoir l'introduire un organe de projection de pellets cryogéniques Ainsi faisant, il n'est pas nécessaire de démonter le turbomo- teur pour accéder au rotor interne, ce qui simplifie l'opération de nettoyage et réduit l'immobilisation dans les ateliers du turbomoteur. Toutefois, l'isolement du turbomoteur, par exemple par son démontage de l'aile d'aéronef sous laquelle il est monté, reste préférable, afin d'éviter la formation d'arcs électriques résultant de l'apparition d'électricité statique au cours du nettoyage par cryogénie de l'invention. Ainsi, l'invention permet : d'allonger la durée d'utilisation du turbomoteur ; de réduire l'usure du turbomoteur, ce qui réduit d'autant les coûts de maintenance associés ; de réduire la consommation en carburant du turbomoteur ; de restaurer une marge EGT ; de réduire le temps d'immobilisation du turbomoteur en comparaison du nettoyage à l'eau actuellement mis en oeuvre ; et de supprimer le remplacement systématique de l'huile du turbomoteur. Avantageusement, lors du déplacement de l'étape D/, on translate radialement l'organe de projection, de manière à balayer une partie ou l'intégralité de l'aube en cours de nettoyage. De plus, afin de préserver l'intégrité des aubes, on maintient, au cours du nettoyage, la buse écartée de la face de l'aube à nettoyer d'une distance comprise entre 10 mm et 80 mm. En outre, lors de l'étape D/, on déplace, avantageusement, l'organe de projection à une vitesse telle que la durée de projection de pellets sur la portion de la face de l'aube atteinte par la buse est maintenue inférieure à une durée prédéfinie, afin de prévenir tout endommagement des aubes. Par ailleurs, pour atteindre les autres aubes du rotor interne à partir d'un même orifice endoscopique, on peut mettre en rotation lente le rotor, en maintenant l'organe de projection dans l'orifice endoscopique, sous réserve que la présence de l'organe de projection n'interdise pas la rotation dudit rotor interne. Les étapes A/ à D/ peuvent être mises en oeuvre de façon automatique ou, au contraire, de façon manuelle, par un opérateur. De préférence, l'angle d'inclinaison est au moins approximativement égal à 90°, pour améliorer l'efficacité de décapage des pellets. En outre, les pellets, de préférence de dimensions comprises entre 1 mm et 5 mm, sont avantageusement projetés, par l'organe de projection, avec une pression de projection comprise entre 5 bars et 20 bars, pour éviter toute détérioration intempestive des aubes au cours du nettoyage.

De préférence, la glace sèche est formée de neige carbonique compactée refroidie à - 78°C. Par ailleurs, la présente invention concerne également un organe de projection de pellets de glace sèche, destiné à la mise en oeuvre du procédé de nettoyage des aubes d'un rotor interne d'un turbomoteur tel spécifié ci-dessus, ledit organe comprenant un corps tubulaire qui se ter- mine, à une de ses extrémités longitudinales, par une buse de projection de pellets et est apte à être relié, à son autre extrémité longitudinale, à un réservoir de pellets. Selon l'invention, la face de la buse de projection, par laquelle sont expulsés les pellets, appartient à un plan sensiblement parallèle à l'axe longitudinal du corps tubulaire. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réali- sée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 représente une vue schématique partielle, en coupe axiale, d'un turbomoteur classique. La figure 2 est une représentation schématique agrandie de la zone A de la figure 1, comportant le compresseur haute pression.

La figure 3 montre, de façon schématique, un exemple de buse de l'organe de projection, conforme à l'invention. Sur la figure 1, on a représenté en coupe schématique un turbomoteur 1, conforme à l'invention, qui comporte, de manière classique, une soufflante la, un compresseur basse pression lb, un compresseur haute pression l c, une chambre de combustion l d, une turbine haute pres- sion le, une turbine basse pression 1 f et une tuyère d'échappement 1 g. Le compresseur haute pression le et la turbine haute pression le sont liés l'un à l'autre par un tambour 2 se prolongeant vers l'amont par une enveloppe 2A et forment ensemble un corps haute pression. Le compresseur basse pression lb et la turbine basse pression lf sont reliés par un arbre basse pression 3 et forment avec lui un corps basse pression. Le turboréacteur 1 comporte des organes statiques (ou fixes) et des organes tournants, formant les différents éléments fonctionnels ci-dessus, de manière connue. En particulier, comme le montre l'agrandissement schématique de la zone A représenté en figure 2, le compresseur haute pression 1 c comporte plusieurs disques 4 boulonnés entre eux et montés mobiles en rotation autour de l'axe longitudinal L-L du turbomoteur 1. Sur ces disques 4 sont montées, en périphérie, des aubes 5. En outre, des orifices endoscopiques 6 sont ménagés, de façon connue, dans la paroi latérale du carter 7 du compresseur haute pression le le long de l'axe longitudinal L-L. De tels orifices 6 sont habituellement utilisés pour inspecter les différents étages du compresseur haute pres- sion le par l'introduction d'une sonde endoscopique adaptée. Le diamètre de ces orifices endos- copiques 6 est généralement compris entre 8 mm et 12 mm. Aussi, afin de nettoyer efficacement les aubes 5 du compresseur haute pression l c, la Demanderesse a eu le grand mérite de détourner les orifices endoscopiques 6 de leur utilisation initiale - à savoir l'introduction d'une sonde endoscopique pour accomplir une inspection interne - de manière à permettre un nettoyage interne du turbomoteur 1 sans démontage de pièces de celui-ci. Préalablement à la mise en oeuvre du procédé de nettoyage de l'invention, il est préférable de démonter le turbomoteur 1 concerné, lorsqu'il est par exemple fixé sous une aile d'aéronef, de façon à prévenir tout problème électricité statique comme indiqué précédemment.

Conformément à l'invention, le procédé de nettoyage cryogénique comporte une pre- mière étape au cours de laquelle un organe de projection 8 de pellets de glace sèche 9 est introduit par l'intermédiaire d'un des orifices endoscopiques 6. Lors de cette première étape, l'organe de projection 8 - qui comporte un corps tubulaire 10 prolongé, à une de ses extrémités longitudinales, par une buse de projection 11 et relié, à son autre extrémité longitudinale, à un réservoir de pellets (non représenté sur les figures) - est posi- tionné de telle façon que ladite buse 11 débouche au voisinage d'une des aubes 5 du compresseur haut-pression l c à nettoyer. Le diamètre du corps tubulaire 10 et la buse 11 est bien entendu légèrement inférieur à celui des orifices endoscopiques 6 pour permettre leur introduction dans ces derniers.

Dans un exemple de réalisation avantageux de l'organe de projection 8, conforme à l'invention, illustré en figure 3, la buse de projection 11 présente une portion coudée 12 permettant d'agencer la face de projection de pellets 13 de ladite buse 11 dans un plan sensiblement parallèle à l'axe longitudinal X-X du corps tubulaire 10.

Dans une variante (non représentée sur les figures), la face 13 de la buse 11 pourrait être disposée dans un plan orthogonal à l'axe longitudinal X-X du corps tubulaire 10 de l'organe de projection 8. Lors d'une deuxième étape du procédé de nettoyage cryogénique, le positionnement de l'organe de projection 8 (et donc de la buse 11 associée) est ajusté, afin que les pellets 9 puissent être projetés sur la face 14 de l'aube 5 à nettoyer, selon une direction définissant un angle d'inclinaison c non nul avec la face 14 de l'aube 5. De préférence, grâce à la buse coudée 11 (figure 3), l'angle d'inclinaison c peut être maintenu au moins approximativement égal à 90°. Dans une troisième étape du procédé de nettoyage cryogénique, la projection de pellets 9, par l'organe de projection 8, est déclenchée sur la face 14 de l'aube 5 à nettoyer.

Dans une quatrième étape du procédé de nettoyage cryogénique, l'organe de projection 8 est déplacé pour atteindre et nettoyer la face 14 de l'aube 5 considérée, de préférence dans son intégralité. Un tel déplacement peut être formé d'une translation radiale l'organe de projection 8 (représentée symboliquement par la flèche T sur la figure 3), éventuellement associée à un mouvement de rotation autour de l'axe longitudinal X-X et/ou à un mouvement de pivotement dont le point de pivotement est constitué par la sortie de l'orifice endoscopique 6 correspondant. En variante, on pourrait envisager que l'organe de projection soit articulé, au moins sur une portion de sa longueur, de manière à pouvoir se courber après son introduction dans un orifice endoscopique. Au cours de la quatrième étape, la buse 11 est de préférence maintenue écartée de la face 14 de l'aube 5 d'une distance d (figure 3) comprise entre 10 mm et 80 mm, de manière à préve- nir toute dégradation de l'aube. En outre, lors de cette même étape, le déplacement de l'organe de projection 8 est réalisé à une vitesse telle que la durée de projection de pellets 9 sur la portion de la face 14 de l'aube 5 atteinte par la buse 11 est maintenue inférieure à une durée prédéfinie, afin, de nouveau, d'éviter d'abîmer l'aube 5 ou tout autre rotor interne du turbomoteur. En variante ou en complément, dans une étape supplémentaire, les aubes 5 du compresseur haute-pression l c peuvent être mises en rotation lente autour de l'axe longitudinal L-L, tout en maintenant l'organe de projection 8 dans l'orifice endoscopique 6, de manière à nettoyer les aubes 5 consécutivement (la projection de pellets 9 étant maintenue). Cette étape supplémentaire ne peut, bien entendu, être effectuée que si la présence de l'organe de projection 8 à l'intérieur du compresseur haute pression le n'empêche pas la rotation des aubes 5. Conformément à l'invention, les étapes précitées du procédé de nettoyage cryogénique peuvent être réalisées : - soit de façon manuelle par un opérateur ; - soit de façon automatique, par exemple à l'aide un bras articulé commandé par une unité centrale de commande, préalablement paramétrée. On notera que les étapes décrites précédemment peuvent être répétés au niveau d'un autre orifice endoscopique 6, afin de nettoyer les aubes 5 d'un autre disque 4 du compresseur haute pression lc. Selon l'invention, les pellets 9 de glace sèche, formée de neige carbonique compactée refroidie à -78°C, présentent des dimensions avantageusement comprises entre 1 mm et 5 mm et sont projetés, par l'organe de projection 8 au cours de la quatrième étape, avec une pression de projection comprise entre 5 bars et 20 bars.

On rappellera que le procédé de nettoyage cryogénique de l'invention, décrit ci-dessus en référence aux aubes du compresseur haute pression d'un turbomoteur, n'est bien entendu pas limité à une telle application, mais est également adapté au nettoyage, par exemple, des aubes du compresseur basse pression. Par ailleurs, il est bien évident que le procédé de la présente invention n'est pas non plus limité à la mise en oeuvre d'un organe de projection pourvu d'une buse du type précité. En effet, on pourrait par exemple envisager que la buse soit pourvue d'une articulation permettant une orientation contrôlée de sa face de projection de pellets.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé pour nettoyer les aubes (5) d'un rotor interne (1c) d'un turbomoteur (1), ledit turbomoteur étant pourvu d'au moins un orifice endoscopique (6), caractérisé par le fait que, sans démontage de pièces du turbomoteur (1), on effectue les étapes successives suivantes : A/ on introduit un organe de projection (8) de pellets de glace sèche (9), équipé d'une buse de projection (11), par l'intermédiaire de l'orifice endoscopique (6), de sorte que ladite buse (11) débouche au voisinage d'une aube (5) du rotor interne (1c) à nettoyer ; 13/ on ajuste le positionnement de l'organe de projection (8), afin que les pellets (9) puissent être projetés sur la face (14) de l'aube (5) à nettoyer selon une direction définissant un angle d'inclinaison (cc ) non nul avec la face (14) de l'aube (5) considérée ; C/ on déclenche la projection de pellets (9), par l'organe de projection (8), sur la face (14) de l'aube considérée ; et D/ on déplace l'organe de projection (8) pour atteindre et nettoyer, au moins partiellement, la face (14) de l'aube (5) considérée.
2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, lors du déplacement de l'étape D/, on translate radialement l'organe de projection (8).
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on maintient, au cours du nettoyage, la buse (11) écartée de la face (14) de l'aube (5) considérée d'une distance com- prise entre 10 mm et 80 mm.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, lors de l'étape D/, on déplace l'organe de projection (8) à une vitesse telle que la durée de projection de pellets (9) sur la portion de la face (14) de l'aube (5) atteinte par la buse (11) est maintenue inférieure à une durée prédéfinie.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on met en rotation lente le rotor (1c), en maintenant l'organe de projection (8) dans l'orifice endoscopique (6).
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les étapes A/ à D/ sont mises en oeuvre de façon automatique.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'angle d'inclinaison (cc) est au moins approximativement égal à 90°.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les pellets (9), de préférence de dimensions comprises entre 1 mm et 5 mm, sont projetés, par l'organe de projection (8), avec une pression de projection comprise entre 5 bars et 20 bars.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la glace sèche est formée de neige carbonique compactée refroidie à -78°C.
10. Organe de projection de pellets de glace sèche, destiné à la mise en oeuvre du procédé de nettoyage des aubes (5) d'un rotor interne (1c) d'un turbomoteur (1) tel spécifié sous l'une des revendications 1 à 9, ledit organe (8) comprenant un corps tubulaire (10) qui se termine, à une de ses extrémités longitudinales, par une buse de projection (11) de pellets (9) et est apte à être relié, à son autre extrémité longitudinale, à un réservoir de pellets, caractérisé par le fait que la face de la buse de projection (11), par laquelle sont expulsés les pel- lets (9), appartient à un plan sensiblement parallèle à l'axe longitudinal (X-X) du corps tubulaire (10).