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FR3114359A1 - Method for determining the operating point of a compressor - Google Patents

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FR3114359A1
FR3114359A1 FR2009660A FR2009660A FR3114359A1 FR 3114359 A1 FR3114359 A1 FR 3114359A1 FR 2009660 A FR2009660 A FR 2009660A FR 2009660 A FR2009660 A FR 2009660A FR 3114359 A1 FR3114359 A1 FR 3114359A1
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sensor
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Florent Matthieu Jacques NOBELEN
Didier René André Escure
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Safran Aircraft Engines SAS
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Safran Aircraft Engines SAS
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Abstract

Procédé de détermination du point de fonctionn ement d’un compresseur Procédé de détermination en temps réel du point de fonctionnement d’un compresseur (10) comportant un carter annulaire (30) ayant un axe longitudinal et entourant plusieurs étages de compression, chacun de ces étages comprenant une roue à aubes mobiles (32, 34) entraînée en rotation et un redresseur muni d’aubes fixes (36, 38) ayant chacune un bord d’attaque et un bord de fuite, procédé consistant à imprimer en fabrication additive sur au moins une aube fixe de chacun de ces redresseurs au moins un capteur de mesure de pression totale ou de pression statique ou de température totale (42A, 42B, 42C ; 44A, 44B) et à déterminer à partir des mesures délivrées par ces capteurs de mesure imprimés en fabrication additive le point de fonctionnement du compresseur. Figure pour l’abrégé : Fig. 2. Method for determining the operating point of a compressor Method for determining in real time the operating point of a compressor (10) comprising an annular casing (30) having a longitudinal axis and surrounding several compression stages, each of these stages comprising a movable impeller (32, 34) driven in rotation and a straightener provided with fixed vanes (36, 38) each having a leading edge and a trailing edge, process consisting of printing in additive manufacturing on at least one fixed vane of each of these straighteners at least one total pressure or static pressure or total temperature measurement sensor (42A, 42B, 42C; 44A, 44B) and to determine from the measurements delivered by these measurement sensors printed in additive manufacturing the operating point of the compressor. Figure for abstract: Fig. 2.

Description

Procédé de détermination du point de fonctionnement d’un compresseurMethod for determining the operating point of a compressor

La présente invention se rapporte au domaine des compresseurs de turbomachines aéronautiques qu'elles soient simple corps, double corps ou triple corps, qu’il s’agit de compresseurs haute pression (HP), basse pression (BP) ou intermédiaire (IP) (Intermediate Pressure). Elle concerne plus particulièrement un procédé et un compresseur muni de capteurs permettant la détermination du point de fonctionnement de ce compresseur.The present invention relates to the field of compressors for aeronautical turbomachines, whether they are single body, double body or triple body, whether they are high pressure (HP), low pressure (LP) or intermediate (IP) compressors ( Intermediate Pressure). It relates more particularly to a method and a compressor provided with sensors allowing the determination of the operating point of this compressor.

Un des aspects de la certification d'un moteur aéronautique est son comportement en transitoire, c'est-à-dire en accélération ou en décélération. Les autorités de certification spécifient donc des temps d'accélération ou de décélération minimum que se doivent de respecter les moteurs. De plus, les avionneurs spécifient aussi des temps d'accélération et de décélération, qu'il faut aussi respecter. Ces exigences sont d'ailleurs souvent plus contraignantes que celles demandées par la certification (temps plus faibles, ou points de fonctionnement supplémentaires).One of the aspects of the certification of an aeronautical engine is its transient behavior, that is to say during acceleration or deceleration. The certification authorities therefore specify minimum acceleration or deceleration times that the motors must respect. In addition, aircraft manufacturers also specify acceleration and deceleration times, which must also be respected. These requirements are moreover often more restrictive than those required by the certification (shorter times, or additional operating points).

Ces transitoires doivent être faits dans les limites de fonctionnement du moteur, c'est-à-dire dans ce qu'on appelle ses limites d'opérabilité qui doivent être assurées dans tout le domaine de vol déclaré de l’aéronef. C’est le cas en particulier des compresseurs dont le pompage (stallousurgeen anglais) constitue une limite correspondant à un décrochage aérodynamique des aubes suivi d'une inversion périodique du flux dans la veine.These transients must be made within the operating limits of the engine, that is to say within what are called its operability limits which must be ensured throughout the declared flight envelope of the aircraft. This is particularly the case for compressors whose pumping ( stall or surge in English) constitutes a limit corresponding to an aerodynamic stall of the blades followed by a periodic inversion of the flow in the stream.

Le fonctionnement d'un compresseur peut être visualisé en traçant son point de fonctionnement dans son champ (rapport de compression du compresseur vs débit réduit d'entrée). L'ensemble des points de fonctionnement d'un compresseur dans des conditions données s'appelle une ligne de fonctionnement, et s'obtient par exemple en faisant varier un paramètre de pilotage de la turbomachine tel que par exemple (liste non exhaustive) : son régime de rotation ou le rapport des températures entrée/sortie. On peut aussi tracer une ligne de pompage, de décrochage, de flottement ou d'instabilité, qui correspond à la limite à ne pas dépasser pour ne pas provoquer de pompage, de décrochage, de flottement ou tout autre instabilité aérodynamique. Pour simplifier, on appellera cette ligne limite "ligne de pompage" dans tout le reste du brevet.The operation of a compressor can be visualized by plotting its operating point in its scope (compressor compression ratio vs reduced inlet flow). The set of operating points of a compressor under given conditions is called an operating line, and is obtained for example by varying a control parameter of the turbomachine such as for example (non-exhaustive list): its rotational speed or the inlet/outlet temperature ratio. It is also possible to draw a line of surge, stall, flutter or instability, which corresponds to the limit not to be exceeded so as not to cause surge, stall, flutter or any other aerodynamic instability. For simplicity, this boundary line will be referred to as the "pumping line" throughout the rest of the patent.

Un transitoire est un état temporaire entre deux points stabilisés. Les points stabilisés de départ et d’arrivée sont par définition situés sur la ligne de fonctionnement stabilisée. Les effets aérodynamiques, thermiques et mécaniques agissant sur la turbomachine étant dictés par des lois physiques différentes lors d'un transitoire, la ligne de fonctionnement transitoire ne suit pas la ligne de fonctionnement stabilisée.A transient is a temporary state between two stabilized points. The stabilized start and finish points are by definition located on the stabilized operating line. Since the aerodynamic, thermal and mechanical effects acting on the turbomachine are dictated by different physical laws during a transient, the transient operating line does not follow the stabilized operating line.

Ainsi, pour un compresseur haute pression (HP), la ligne de fonctionnement transitoire en accélération sera au-dessus de la ligne stabilisée. Pour un compresseur basse pression (BP), la ligne de fonctionnement transitoire sera au-dessus de la ligne stabilisée plutôt lors des phases de décélération, et partiellement lors des phases d'accélération, ce comportement dépendant grandement de l'architecture de turbomachine considérée. Pour des compresseurs triples corps, le compresseur intermédiaire IP pourra aussi être au-dessus de sa ligne stabilisée en transitoire, selon l'architecture considérée.Thus, for a high pressure (HP) compressor, the transient operating line in acceleration will be above the stabilized line. For a low pressure (LP) compressor, the transient operating line will be above the stabilized line rather during the deceleration phases, and partially during the acceleration phases, this behavior greatly depending on the turbomachine architecture considered. For three-spool compressors, the intermediate compressor IP may also be above its transient stabilized line, depending on the architecture considered.

Pour s'assurer de l'opérabilité d'un compresseur, c'est-à-dire pour s'assurer de ne jamais atteindre la ligne de pompage dans son champ, même dans des conditions critiques de fonctionnement, on se réserve lors de la conception de la turbomachine une marge suffisante entre la ligne de fonctionnement et la ligne de pompage, appelée marge au pompage, calculée grâce à la méthode appelée « stack-up de marge » qui consiste à sommer (en direct ou en quadratique) les risques liés aux phénomènes amenant à faire varier la position de la ligne de fonctionnement ou la ligne de pompage.To ensure the operability of a compressor, i.e. to ensure never to reach the surge line in its field, even under critical operating conditions, we reserve design of the turbomachine a sufficient margin between the operating line and the surge line, called surge margin, calculated using the method called “margin stack-up” which consists of summing (directly or quadratically) the risks associated with phenomena causing the position of the operating line or the pumping line to vary.

Toutefois, cette réservation de marge a un fort impact sur le fonctionnement du moteur car, en dehors de ces conditions critiques, elle a pour résultat d’entraîner des temps d'accélération ou de décélération plus faibles. Elle a aussi pour conséquence de pénaliser inutilement les performances du moteur en dégradant les rendements des composants de manière à assurer la marge au pompage requise, alors que si on pouvait se permettre de concevoir le compresseur avec moins de marge, on pourrait avoir une ligne de fonctionnement plus haute et donc de meilleurs rendements et ainsi une meilleure performance.However, this margin reservation has a strong impact on the operation of the motor because, outside of these critical conditions, it results in slower acceleration or deceleration times. It also has the consequence of unnecessarily penalizing the performance of the engine by degrading the yields of the components so as to ensure the required pumping margin, whereas if we could afford to design the compressor with less margin, we could have a line of higher functioning and therefore better yields and thus better performance.

De plus, il existe une difficulté particulière à piloter les transitoires de manière optimale, car on maîtrise mal la marge résiduelle en transitoire, c'est-à-dire la position de la ligne de fonctionnement transitoire dans le champ par rapport à la ligne de pompage.Moreover, there is a particular difficulty in piloting the transients in an optimal way, because one badly controls the residual margin in transient, that is to say the position of the line of transient operation in the field compared to the line of pumping.

La présente invention a donc pour but principal de pallier ces inconvénients en proposant un procédé permettant d’optimiser la turbomachine du point de vue de la performance (rendements et donc consommation spécifique) comme des transitoires (temps d'accélération et de décélération).The main purpose of the present invention is therefore to overcome these drawbacks by proposing a method making it possible to optimize the turbomachine from the point of view of performance (yields and therefore specific consumption) such as transients (acceleration and deceleration times).

Ce but est atteint par un procédé de détermination en temps réel du point de fonctionnement d’un compresseur axial comportant un carter annulaire ayant un axe longitudinal et entourant plusieurs étages de compression, chacun de ces étages comprenant une roue à aubes mobiles entraînée en rotation et un redresseur muni d’aubes fixes ayant chacune un bord d’attaque et un bord de fuite, procédé consistant à imprimer en fabrication additive sur au moins une aube fixe de chacun desdits redresseurs (de préférence sur ledit bord de fuite ou ledit bord d’attaque ou les deux) au moins un capteur de mesure de pression totale ou de pression statique ou de température totale et à déterminer à partir des mesures délivrées par ces capteurs de mesure imprimés le point de fonctionnement du compresseur.This object is achieved by a method for determining in real time the operating point of an axial compressor comprising an annular casing having a longitudinal axis and surrounding several compression stages, each of these stages comprising a wheel with movable blades driven in rotation and a stator provided with stationary vanes each having a leading edge and a trailing edge, method consisting in printing in additive manufacturing on at least one fixed vane of each of said stator (preferably on said trailing edge or said attack or both) at least one sensor for measuring total pressure or static pressure or total temperature and to determine from the measurements delivered by these printed measurement sensors the operating point of the compressor.

Par cette connaissance fine du point de fonctionnement de chaque étage de compression en temps réel, il devient possible de dimensionner les compresseurs au plus proche de leur point de rendement maximal et donc de gagner en performance globale. De même, il devient possible de mettre en place des lois de régulation affinées pour mieux piloter les transitoires, et gagner en temps d'accélération ou de décélération sans risque pour la turbomachine.Through this detailed knowledge of the operating point of each compression stage in real time, it becomes possible to size the compressors as close as possible to their maximum efficiency point and therefore to gain in overall performance. Similarly, it becomes possible to set up fine-tuned regulation laws to better control the transients, and to gain acceleration or deceleration time without risk to the turbomachine.

Avantageusement, au moins un capteur de mesure supplémentaire de pression totale ou de pression statique ou de température totale est imprimé en fabrication additive sur ledit carter annulaire immédiatement en aval de chacun desdits redresseurs.Advantageously, at least one sensor for additional total pressure or static pressure or total temperature measurement is printed by additive manufacturing on said annular casing immediately downstream of each of said rectifiers.

L’invention concerne également un compresseur comportant un carter annulaire ayant un axe longitudinal et entourant plusieurs étages de compression comprenant chacun une roue à aubes mobiles entraînée en rotation et un redresseur muni d’aubes fixes ayant chacune un bord d’attaque et un bord de fuite, caractérisé en ce que, pour permettre la détermination du point de fonctionnement de ce compresseur, au moins une aube fixe de chacun desdits redresseurs comporte au moins un capteur de mesure de pression totale ou de pression statique ou de température totale imprimé en fabrication additive et une unité de traitement est configurée pour déterminer le point de fonctionnement du compresseur à partir des mesures délivrées par ces capteurs de mesure imprimés.The invention also relates to a compressor comprising an annular casing having a longitudinal axis and surrounding several compression stages each comprising a wheel with movable blades driven in rotation and a stator provided with stationary vanes each having a leading edge and a leading edge. leak, characterized in that, to allow the operating point of this compressor to be determined, at least one stationary vane of each of said rectifiers comprises at least one sensor for measuring total pressure or static pressure or total temperature printed in additive manufacturing and a processing unit is configured to determine the operating point of the compressor from the measurements delivered by these printed measurement sensors.

Dans une configuration où le premier étage de compression est en outre précédé d'un redresseur d'entrée muni d’aubes fixes ayant chacune un bord d’attaque et un bord de fuite, ledit redresseur d’entrée comporte également au moins un capteur de mesure de pression totale ou de pression statique ou de température totale imprimé en fabrication additive.In a configuration where the first compression stage is also preceded by an inlet stator fitted with fixed blades each having a leading edge and a trailing edge, said inlet stator also comprises at least one measurement of total pressure or static pressure or total temperature printed in additive manufacturing.

Avantageusement, ledit bord de fuite ou ledit bord d’attaque d’au moins une aube fixe de chacun desdits redresseurs comporte au moins un capteur de mesure de pression totale ou de pression statique ou de température totale imprimé en fabrication additive et au moins un capteur de mesure supplémentaire de pression totale ou de pression statique ou de température totale est imprimé en fabrication additive sur ledit carter annulaire immédiatement en amont de chacun desdits redresseurs.Advantageously, said trailing edge or said leading edge of at least one fixed blade of each of said rectifiers comprises at least one sensor for measuring total pressure or static pressure or total temperature printed in additive manufacturing and at least one sensor additional measurement of total pressure or static pressure or total temperature is printed in additive manufacturing on said annular casing immediately upstream of each of said rectifiers.

De préférence, ledit bord de fuite ou ledit bord d’attaque de ladite au moins une aube fixe de chacun desdits redresseurs comporte plusieurs capteurs de mesure imprimés en fabrication additive répartis radialement par rapport audit axe longitudinal.Preferably, said trailing edge or said leading edge of said at least one stationary vane of each of said rectifiers comprises several measurement sensors printed in additive manufacturing distributed radially with respect to said longitudinal axis.

Avantageusement, chacun desdits redresseurs comporte plusieurs capteurs de mesure imprimés en fabrication additive répartis circonférentiellement autour dudit axe longitudinal, typiquement au niveau d’une aube fixe sur deux.Advantageously, each of said rectifiers comprises several measurement sensors printed in additive manufacturing distributed circumferentially around said longitudinal axis, typically at the level of one out of two fixed blades.

Avantageusement, ledit au moins un capteur de mesure de pression totale ou de pression statique ou de température totale imprimé en fabrication additive est un capteur imprimé à encre métallique et le compresseur est l’un des compresseurs suivants : compresseur basse-pression, compresseur haute-pression, compresseur intermédiaire.Advantageously, said at least one sensor for measuring total pressure or static pressure or total temperature printed in additive manufacturing is a sensor printed with metallic ink and the compressor is one of the following compressors: low-pressure compressor, high-pressure compressor, pressure, intermediate compressor.

L’invention se rapporte aussi à une turbomachine comportant un compresseur tel que précité.The invention also relates to a turbomachine comprising a compressor as mentioned above.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur les lesquels :Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the description given below, with reference to the appended drawings which illustrate an example of embodiment devoid of any limiting character and on which:

la illustre de façon schématique en demi-coupe axiale une turbomachine à laquelle est appliqué le procédé de l’invention, there schematically illustrates in axial half-section a turbomachine to which the method of the invention is applied,

la montre un exemple de compresseur axial comportant un ensemble de capteurs de mesure pour la mise en œuvre du procédé de l’invention, there shows an example of an axial compressor comprising a set of measurement sensors for implementing the method of the invention,

la est une vue en bout du compresseur de la montant la disposition circonférentielle des capteurs de mesure. there is an end view of the compressor from the mounting the circumferential arrangement of the measurement sensors.

La montre une vue en demi-coupe axiale d’une turbomachine 10 d’axe longitudinal 12, en particulier une turbomachine double corps double flux, à laquelle peut être appliqué le procédé de détermination en temps réel du point de fonctionnement d’un compresseur selon l’invention. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ce type de turbomachine double corps double flux et elle pourrait par exemple s’appliquer à un simple corps, un triple corps, un turboréacteur à soufflante carénée à très fort taux de dilution, à un turbopropulseur (avec hélice non carénée), ou à une architecture de type à rotor ouvert (open rotor).There shows an axial half-sectional view of a turbomachine 10 with longitudinal axis 12, in particular a dual-spool turbomachine, to which the method for determining in real time the operating point of a compressor according to the 'invention. Of course, the invention is not limited to this type of double-spool dual-flow turbomachine and it could for example apply to a single spool, a triple spool, a ducted fan turbojet engine with a very high bypass rate, a turboprop (with unducted propeller), or an open rotor type architecture.

Classiquement une telle turbomachine comporte une veine primaire 14 parcourue par un flux chaud qu’entoure une veine secondaire 16 parcourue par un flux froid et elle comprend d’amont en aval par rapport à la direction des gaz d’éjection : une soufflante 18, un compresseur basse pression 20, un compresseur haute pression 22, une chambre de combustion annulaire 24, un ensemble de turbines haute et basse pression 26 et une tuyère d’éjection 28. Dans l’exemple illustré, chacun des compresseurs axiaux est muni, dans un carter annulaire, de roues à aubes mobiles et de redresseurs à aubes fixes disposés alternativement en une succession d’étages de compression adjacents.Conventionally such a turbomachine comprises a primary stream 14 traversed by a hot flow that surrounds a secondary stream 16 traversed by a cold flow and it comprises from upstream to downstream with respect to the direction of the exhaust gases: a fan 18, a low pressure compressor 20, a high pressure compressor 22, an annular combustion chamber 24, a set of high and low pressure turbines 26 and an exhaust nozzle 28. In the example illustrated, each of the axial compressors is provided, in a annular casing, impellers with moving blades and rectifiers with fixed blades arranged alternately in a succession of adjacent compression stages.

Le point de fonctionnement d'un compresseur dans son champ est défini par le couple rapport de pression totale (pressions totales en amont et en aval)/débit réduit. Le débit réduit est quant à lui défini par la relation et peut être obtenu par une mesure de débit (la même pour tous les étages du compresseur), une mesure de température totale en amont et une mesure de pression totale en amont.The operating point of a compressor in its field is defined by the ratio of total pressure (total pressures upstream and downstream)/reduced flow rate. The reduced flow is defined by the relation and can be obtained by a flow measurement (the same for all compressor stages), a total upstream temperature measurement and a total upstream pressure measurement.

Toutefois, la mesure de débit étant difficile à obtenir de manière précise, surtout compte tenu des prélèvements et réintroductions existant à chaque étage du compresseur, on peut obtenir le débit réduit comme une fonction de la section A (connue car mesurable) et du Mach (qui est lié au rapport des pressions totale et statique Pt/Ps et à la constante g connue): WR = A.g(Pt/Ps), et, dans ce cas, on peut donc se contenter d'une mesure de pression totale et d'une mesure de pression statique.However, the flow measurement being difficult to obtain accurately, especially given the withdrawals and reintroductions existing at each stage of the compressor, the reduced flow can be obtained as a function of the section A (known because it is measurable) and the Mach ( which is linked to the ratio of the total and static pressures Pt/Ps and to the known constant g): WR = A.g(Pt/Ps), and, in this case, we can therefore content ourselves with a measurement of total pressure and d a static pressure measurement.

En pratique, le point de fonctionnement est le plus souvent défini par le couple rapport de pression totale/régime réduit, le régime réduit étant alors défini par la relation qui ne nécessite plus qu’une mesure de régime XN (le même pour tous les étages du compresseur) et une mesure de température totale en amont.In practice, the operating point is most often defined by the ratio of total pressure/reduced speed, the reduced speed being then defined by the relationship which only requires an XN speed measurement (the same for all compressor stages) and a total temperature measurement upstream.

Conformément à l’invention et comme le montre la , il est proposé d’imprimer en fabrication additive sur au moins les aubes fixes des redresseurs de chacun des étages de compression du compresseur, des capteurs de mesure d’au moins un paramètre physique tel que la pression totale, la pression statique ou la température totale.In accordance with the invention and as shown in the , it is proposed to print in additive manufacturing on at least the fixed vanes of the rectifiers of each of the compression stages of the compressor, sensors for measuring at least one physical parameter such as the total pressure, the static pressure or the temperature total.

Ainsi, avec suffisamment de mesures, on peut obtenir le point de fonctionnement de chaque étage d'un compresseur axial (rapport de pression/régime réduit de chaque étage), au lieu du point de fonctionnement du compresseur global (rapport de pression totale/régime réduit). Cela permet de se focaliser sur l'étage du compresseur le plus proche du pompage, plutôt que de considérer le compresseur dans son ensemble et il devient alors possible de piloter le point de fonctionnement du compresseur selon l'étage de compression le plus critique. Cela est aussi valable pour un compresseur centrifuge portant un carter annulaire ayant un axe longitudinal et entourant un rouet entraîné en rotation.Thus, with enough measurements, one can obtain the operating point of each stage of an axial compressor (pressure ratio/reduced rpm of each stage), instead of the operating point of the overall compressor (total pressure ratio/rpm reduced). This makes it possible to focus on the stage of the compressor closest to surge, rather than considering the compressor as a whole and it then becomes possible to control the operating point of the compressor according to the most critical compression stage. This is also valid for a centrifugal compressor carrying an annular casing having a longitudinal axis and surrounding an impeller driven in rotation.

On peut, par exemple, comparer la position pression / régime réduit par rapport à une courbe objectif, et on détermine alors la variation de régime/ pression souhaitée pour se placer sur la courbe objectif. L’information est transmise à un calculateur pour permettre d’ajuster alors le débit de carburant / position des variabilités.It is possible, for example, to compare the pressure/reduced speed position with a target curve, and the desired change in speed/pressure is then determined to be placed on the target curve. The information is transmitted to a computer to allow the fuel flow / position of the variabilities to be adjusted.

Plus précisément, un carter annulaire 30 de compresseur ayant pour axe de symétrie l’axe longitudinal 12 entoure plusieurs étages de compression (deux dans l’exemple illustré) comprenant chacun une roue 32, 34 à aubes mobiles entraînée en rotation autour de cet axe longitudinal et un redresseur 36, 38 muni d’une pluralité aubes fixes ayant chacune un bord d’attaque 36a, 38a et un bord de fuite 36f, 38f. Le premier étage de compression peut être précédé d'un redresseur d'entrée 40 muni aussi d’une pluralité d’aubes fixes ayant chacune un bord d’attaque 40a et un bord de fuite 40f.More specifically, an annular compressor casing 30 having the longitudinal axis 12 as its axis of symmetry surrounds several compression stages (two in the example shown) each comprising a wheel 32, 34 with movable blades driven in rotation about this longitudinal axis. and a stator 36, 38 provided with a plurality of stationary vanes each having a leading edge 36a, 38a and a trailing edge 36f, 38f. The first compression stage may be preceded by an inlet stator 40 also provided with a plurality of stationary vanes each having a leading edge 40a and a trailing edge 40f.

Pour permettre la détermination en temps réel du point de fonctionnement du compresseur, chacun des étages de compression et, s’il est présent, le redresseur d’entrée, comportent, imprimé en fabrication additive sur le bord de fuite 36f, 38f, 40f d’au moins une aube fixe de chacun des redresseurs 36, 38, 40, au moins un capteur de mesure 42A, 44A, 46A d’un paramètre physique (pression ou température par exemple). De façon alternative ou cumulative, au moins un capteur de mesure 48, 50, 52 peut aussi être imprimé en fabrication additive sur le carter annulaire 30 immédiatement en aval de chacun des redresseurs ou en amont de chacune des aubes mobiles.To enable real-time determination of the compressor's operating point, each of the compression stages and, if present, the input rectifier, include, additively printed on the trailing edge 36f, 38f, 40f d at least one stationary vane of each of the rectifiers 36, 38, 40, at least one measurement sensor 42A, 44A, 46A of a physical parameter (pressure or temperature for example). Alternatively or cumulatively, at least one measurement sensor 48, 50, 52 can also be printed in additive manufacturing on the annular casing 30 immediately downstream of each of the rectifiers or upstream of each of the moving blades.

Pour couvrir les dispersions radiales de pression et/ou de température dans la veine d’écoulement d’air 14, le bord de fuite de l’aube fixe de redresseur comporte de préférence plusieurs capteurs 42A, 42B, 42C ; 44A, 44B ; 46A, 46B, 46C répartis radialement par rapport à l’axe longitudinal 12 (typiquement compris entre 1 et 10 préférentiellement entre 2 et 3) et imprimés en fabrication additive.To cover the radial pressure and/or temperature dispersions in the air flow path 14, the trailing edge of the fixed stator vane preferably comprises several sensors 42A, 42B, 42C; 44A, 44B; 46A, 46B, 46C distributed radially with respect to the longitudinal axis 12 (typically between 1 and 10 preferably between 2 and 3) and printed in additive manufacturing.

De même, pour couvrir les dispersions de pression ou de température autour de la veine d’écoulement d’air, et comme le montre la , les capteurs de mesure de chacun des redresseurs 36, 38, 40 sont avantageusement circonférentiellement répartis autour de l’axe longitudinal 12, typiquement au niveau d’une aube fixe sur deux, ou moins, sans que cette répartition ne soit limitative. Et plus particulièrement, pour couvrir les dispersions de pression ou de température sur la paroi du carter annulaire 30, les capteurs de mesure 48, 50, 52 imprimés en fabrication additive immédiatement en aval de chacun des redresseurs peuvent aussi être répartis de façon circonférentielle sur le carter annulaire.Similarly, to cover pressure or temperature dispersions around the airflow path, and as shown in the , the measurement sensors of each of the rectifiers 36, 38, 40 are advantageously distributed circumferentially around the longitudinal axis 12, typically at the level of one out of two fixed blades, or less, without this distribution being limiting. And more particularly, to cover the pressure or temperature dispersions on the wall of the annular casing 30, the measurement sensors 48, 50, 52 printed in additive manufacturing immediately downstream of each of the rectifiers can also be distributed circumferentially on the annular casing.

Pour avoir une détermination encore plus précise du point de fonctionnement du compresseur (par exemple pour mieux connaitre les transferts thermiques), il est envisageable d’équiper également les bords d’attaque 36a, 38a, 40a d’au moins une aube fixe de chacun des redresseurs 36, 38, 40 de capteurs de mesure 54A, 56A, 58A d’un paramètre physique imprimés en fabrication additive qui pourra être le même ou non que celui mesuré sur le bord de fuite de l’aube. De même, au moins un capteur de mesure 60, 62, 64 peut aussi être imprimé en fabrication additive sur le carter annulaire 30 immédiatement en amont de chacun des redresseurs.To have an even more precise determination of the operating point of the compressor (for example to better know the heat transfers), it is possible to also equip the leading edges 36a, 38a, 40a with at least one fixed blade of each rectifiers 36, 38, 40 measuring sensors 54A, 56A, 58A of a physical parameter printed in additive manufacturing which may or may not be the same as that measured on the trailing edge of the blade. Similarly, at least one measurement sensor 60, 62, 64 can also be printed in additive manufacturing on the annular casing 30 immediately upstream of each of the rectifiers.

Bien entendu, comme pour les capteurs imprimés sur les bords de fuite des aubes fixes des redresseurs et ceux imprimés immédiatement en aval de ces redresseurs, ces capteurs de mesure imprimés sur les bords d’attaque ou immédiatement en amont de ces redresseurs peuvent être répartis à la fois radialement et circonférentiellement pour couvrir toutes les dispersions de pression ou de température en tout point de la veine d’écoulement d’air.Of course, as for the sensors printed on the trailing edges of the fixed vanes of the rectifiers and those printed immediately downstream of these rectifiers, these measurement sensors printed on the leading edges or immediately upstream of these rectifiers can be distributed at both radially and circumferentially to cover all pressure or temperature dispersions at any point in the airflow path.

L’ensemble des mesures délivrées par ces capteurs est remonté (seules quatre liaisons sont montrées à titre d’illustration) à un module de conversion 66 qui a pour fonction de mettre en forme les signaux reçus pour permettre leur traitement par une unité de commande de la turbomachine, par exemple le FADEC 68 du moteur, qui pourra à partir de ces mesures (et si nécessaire la connaissance de A et g) déterminer en temps réel le point de fonctionnement du compresseur.All of the measurements delivered by these sensors are fed back (only four links are shown by way of illustration) to a conversion module 66 whose function is to shape the signals received to allow them to be processed by a control unit of the turbomachine, for example the FADEC 68 of the engine, which can from these measurements (and if necessary the knowledge of A and g) determine in real time the operating point of the compressor.

Les mesures faites grâce à ces capteurs permettent également de déterminer la marge au pompage, par exemple:The measurements made using these sensors also make it possible to determine the pumping margin, for example:

Delta Stall Margin (SM) = Marge à débit constant avec ligne de fonctionnement (ou ligne basse comme une ligne de pompage constatée en essai) comme référence.Delta Stall Margin (SM) = Margin at constant flow with operating line (or low line such as a surge line observed during testing) as a reference.

SM = (Pi 3 – Pi 1)/ Pi 1, avec Pi 1 la pression à l’étage 1.SM = (Pi 3 – Pi 1)/ Pi 1, with Pi 1 the pressure at stage 1.

Delta Pressure Ratio (dPRS) = Marge à débit constant avec ligne de pompage (ou ligne haute) comme référence.Delta Pressure Ratio (dPRS) = Margin at constant flow with surge line (or high line) as reference.

dPRS = (Pi 3 – Pi 1) / Pi 3.dPRS = (Pi 3 – Pi 1) / Pi 3.

De plus, on peut estimer directement les rendements isentropiques des compresseurs à partir des pressions et températures totales, et même de chaque étage :In addition, the isentropic efficiencies of compressors can be directly estimated from the total pressures and temperatures, and even from each stage:

Ou même les rendements polytropiques, à partir de la relation suivante:Or even the polytropic yields, from the following relationship:

Avec l’invention, on peut donc réduire le besoin de marge au pompage et donc concevoir les compresseurs de manière à être sur les rendements maximum (notamment en optimisant le rendement de chaque étage), contrairement à l’art antérieur où la marge au pompage contraint de positionner la ligne de fonctionnement plus bas dans le champ (plus éloignée de la ligne de pompage) et donc avec des rendements plus faibles.With the invention, it is therefore possible to reduce the need for a surge margin and therefore design the compressors so as to be on maximum yields (in particular by optimizing the yield of each stage), unlike the prior art where the surge margin forced to position the operating line lower in the field (farther from the pumping line) and therefore with lower yields.

En outre, la connaissance exacte des pressions et températures au niveau de chaque étage de compression permet d’assurer une surveillance précise du champ du compresseur HP en Pi vs WR et non plus seulement une estimation, lorsque celle-ci est assurée en C/P vs NR, comme il est connu.In addition, the exact knowledge of the pressures and temperatures at the level of each compression stage makes it possible to ensure precise monitoring of the HP compressor field in Pi vs WR and no longer only an estimate, when this is provided in C/P vs NR, as it is known.

A partir des mesures de températures et pressions totales, on peut aussi piloter les ralentis au juste besoin de pression mini (on peut même asservir une consigne sur cette mesure par la régulation) plutôt que de se baser sur la construction de butée ralenti de pression mini basée sur un modèle calibré à l'avance. On régule donc sur une mesure plutôt que sur un modèle.From the measurements of total temperatures and pressures, it is also possible to control the idle speeds to the exact need for minimum pressure (you can even enslave a setpoint on this measurement by the regulation) rather than relying on the construction of the minimum pressure idle stop based on a pre-calibrated model. We therefore regulate on a measure rather than on a model.

Claims (13)

Procédé de détermination en temps réel du point de fonctionnement d’un compresseur (10) comportant un carter annulaire (30) ayant un axe longitudinal (12) et entourant plusieurs étages de compression, chacun de ces étages comprenant une roue à aubes mobiles (32, 34) entraînée en rotation et un redresseur muni d’aubes fixes (36, 38) ayant chacune un bord d’attaque et un bord de fuite, procédé consistant à imprimer en fabrication additive sur au moins une aube fixe de chacun desdits redresseurs au moins un capteur de mesure de pression totale ou de pression statique ou de température totale (42A, 42B, 42C ; 44A, 44B) et à déterminer à partir des mesures délivrées par ces capteurs de mesure imprimés en fabrication additive le point de fonctionnement du compresseur.Method for determining in real time the operating point of a compressor (10) comprising an annular casing (30) having a longitudinal axis (12) and surrounding several compression stages, each of these stages comprising a wheel with moving blades (32 , 34) driven in rotation and a stator provided with stationary vanes (36, 38) each having a leading edge and a trailing edge, method consisting in printing in additive manufacturing on at least one stationary vane of each of said stator at least one total pressure or static pressure or total temperature measurement sensor (42A, 42B, 42C; 44A, 44B) and to determine from the measurements delivered by these measurement sensors printed in additive manufacturing the operating point of the compressor . Procédé selon la revendication 1, dans lequel au moins un capteur de mesure supplémentaire de pression totale ou de pression statique ou de température totale est imprimé en fabrication additive sur ledit carter annulaire immédiatement en aval de chacun desdits redresseurs.A method according to claim 1, wherein at least one additional total pressure or static pressure or total temperature sensor is additively printed on said annular casing immediately downstream of each of said rectifiers. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel ledit au moins un capteur de mesure est imprimé sur ledit bord de fuite (36f, 38f) ou ledit bord d’attaque (36a, 38a).A method according to claim 1 or claim 2, wherein said at least one measurement sensor is printed on said trailing edge (36f, 38f) or said leading edge (36a, 38a). Compresseur (10) comportant un carter annulaire (30) ayant un axe longitudinal (12) et entourant plusieurs étages de compression comprenant chacun une roue à aubes mobiles (32, 34) entraînée en rotation et un redresseur muni d’aubes fixes (36, 38) ayant chacune un bord d’attaque (36a, 38a) et un bord de fuite (36f, 38f), caractérisé en ce que, pour permettre la détermination du point de fonctionnement du compresseur, au moins une aube fixe de chacun desdits redresseurs comporte au moins un capteur de mesure de pression totale ou de pression statique ou de température totale (42A, 42B, 42C ; 44A, 44B) imprimé en fabrication additive et une unité de traitement (66, 68) est configurée pour déterminer le point de fonctionnement du compresseur à partir des mesures délivrées par ces capteurs de mesure imprimés en fabrication additive.Compressor (10) comprising an annular casing (30) having a longitudinal axis (12) and surrounding several compression stages each comprising a wheel with movable blades (32, 34) driven in rotation and a rectifier fitted with fixed vanes (36, 38) each having a leading edge (36a, 38a) and a trailing edge (36f, 38f), characterized in that, to allow determination of the operating point of the compressor, at least one fixed vane of each of said rectifiers comprises at least one sensor for measuring total pressure or static pressure or total temperature (42A, 42B, 42C; 44A, 44B) printed in additive manufacturing and a processing unit (66, 68) is configured to determine the point of operation of the compressor from the measurements delivered by these measurement sensors printed in additive manufacturing. Compresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un capteur de mesure supplémentaire de pression totale ou de pression statique ou de température totale (48, 50, 52) imprimé en fabrication additive sur ledit carter annulaire immédiatement en aval de chacun desdits redresseurs.Compressor according to Claim 4, characterized in that it further comprises at least one sensor for additional measurement of total pressure or of static pressure or of total temperature (48, 50, 52) printed in additive manufacturing on said annular casing immediately in downstream of each of said rectifiers. Compresseur selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans lequel le premier étage de compression est en outre précédé d'un redresseur d'entrée (40) muni d’aubes fixes ayant chacune un bord d’attaque (40a) et un bord de fuite (40f), caractérisé en ce que ledit redresseur d’entrée comporte au moins un capteur de mesure de pression totale ou de pression statique ou de température totale (46A, 46B, 46C) imprimé en fabrication additive.A compressor according to claim 4 or claim 5, wherein the first compression stage is further preceded by an inlet stator (40) provided with stationary vanes each having a leading edge (40a) and a leading edge. leakage (40f), characterized in that said input rectifier comprises at least one sensor for measuring total pressure or static pressure or total temperature (46A, 46B, 46C) printed in additive manufacturing. Compresseur selon la revendication 4 ou la revendication 6, caractérisé en ce que ledit bord de fuite ou ledit bord d’attaque d’au moins une aube fixe de chacun desdits redresseurs comporte au moins un capteur de mesure de pression totale ou de pression statique ou de température totale (54A, 56A, 58A) imprimé en fabrication additive.Compressor according to Claim 4 or Claim 6, characterized in that the said trailing edge or the said leading edge of at least one fixed vane of each of the said rectifiers comprises at least one sensor for measuring total pressure or static pressure or of total temperature (54A, 56A, 58A) printed in additive manufacturing. Compresseur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un capteur de mesure supplémentaire de pression totale ou de pression statique ou de température totale (60, 62, 64) imprimé en fabrication additive sur ledit carter annulaire immédiatement en amont de chacun desdits redresseurs.Compressor according to claim 7, characterized in that it further comprises at least one sensor for additional measurement of total pressure or static pressure or total temperature (60, 62, 64) printed in additive manufacturing on said annular casing immediately in upstream of each of said rectifiers. Compresseur selon l’une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que ledit bord de fuite ou ledit bord d’attaque de ladite au moins une aube fixe de chacun desdits redresseurs comporte plusieurs capteurs de mesure imprimés en fabrication additive (44A, 44B) répartis radialement par rapport audit axe longitudinal.Compressor according to any one of Claims 4 to 8, characterized in that the said trailing edge or the said leading edge of the said at least one fixed vane of each of the said rectifiers comprises several measurement sensors printed in additive manufacturing (44A, 44B ) distributed radially relative to said longitudinal axis. Compresseur selon l’une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que chacun desdits redresseurs comporte plusieurs capteurs de mesure imprimés en fabrication additive (50) répartis circonférentiellement autour dudit axe longitudinal, typiquement au niveau d’une aube fixe sur deux.Compressor according to any one of Claims 4 to 9, characterized in that each of the said rectifiers comprises several measuring sensors printed in additive manufacturing (50) distributed circumferentially around the said longitudinal axis, typically at the level of one out of two fixed blades. Compresseur selon l’une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que ledit au moins un capteur de mesure de pression totale ou de pression statique ou de température totale imprimé en fabrication additive est un capteur imprimé à encre métallique.Compressor according to any one of Claims 4 to 10, characterized in that the said at least one sensor for measuring total pressure or static pressure or total temperature printed in additive manufacturing is a sensor printed with metallic ink. Compresseur selon l’une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce qu’il consiste en l’un des compresseurs suivants : compresseur basse-pression, compresseur haute-pression, compresseur intermédiaire.Compressor according to any one of Claims 4 to 11, characterized in that it consists of one of the following compressors: low-pressure compressor, high-pressure compressor, intermediate compressor. Turbomachine comportant un compresseur selon l'une quelconque des revendications 4 à 12.Turbomachine comprising a compressor according to any one of claims 4 to 12.
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