PROCÉDÉ DE DÉTECTION DE FUITE DE FLUIDE DANS UNE TURBOMACHINE ET SYSTÈME DE DISTRIBUTION DE FLUIDE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine des turbomachines et notamment au domaine des systèmes de distribution de fluide équipant de telles turbomachines. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les systèmes de distribution de fluide notamment pressurisé dans les turbomachines font généralement appel à un nombre important de canalisations dont certaines peuvent être disposées au moins en partie dans des compartiments sensibles des turbomachines. Ainsi, en raison de la température généralement élevé de ces fluides pressurisés, la moindre fuite d'une canalisation dans l'un de ces compartiments sensibles de la turbomachine peut être problématique et endommager la turbomachine. Cela est notamment le cas pour le circuit de dégivrage nacelle (plus connu sous son sigle anglais NAI pour Nacelle Anti Icing) et le circuit d'alimentation en air pressurisé du démarreur, qui sont en partie logée dans un compartiment de soufflante (appelé en anglais zone fan) situé radialement à l'extérieur du carter de soufflante de la turbomachine et à l'intérieur de la nacelle. En effet, la soufflante d'une turbomachine, et plus particulièrement le compartiment de soufflante, peuvent comporter des éléments en matériau(x) composite(s) à faible tenue en température. Or une fuite dans le compartiment de soufflante de l'air pressurisé passant dans le circuit NAI peut entraîner une forte augmentation de la température dans ce compartiment qui est susceptible de dépasser les 350°C. À ces températures, lesdits éléments en matériau(x) composite(s) ne peuvent garder leur intégrité que sur un lapse de temps relativement court, typiquement de l'ordre de 15s.
Pour ces raisons, il est donc nécessaire de mettre en place des procédés de détection de fuite de fluide, que ce soit au niveau des canalisations ou au niveau des vannes équipant lesdites canalisations. De tels procédés de détection de fuite sont connus des documents FR 2987398 Al et FR 2972485 Al. Ces deux procédés consistent à contrôler l'état d'une ou plusieurs vannes des canalisations du système de distribution de fluide en surveillant notamment la pression dans les canalisations et/ou dans le compartiment sensible. Néanmoins, ces deux procédés ne permettent de répondre que de manière partielle à la problématique de la surveillance de fuite de fluide à haute température dans un compartiment sensible de la turbomachine. En effet, si ces procédés permettent par exemple la détection d'une vanne qui resterait ouverte et qui pourrait potentiellement engendrer, par cette mise en communication constante, une augmentation de température dans le compartiment sensible, ils ne sont pas adaptés pour la détection d'une fuite qui serait liée à la rupture ou au désemmanchement d'une conduite de la canalisation. De plus, lorsque le système présente plusieurs canalisations, ces procédés doivent être appliqués à chacune des canalisations passant dans ledit compartiment sensible. Il est également connu de l'art antérieur d'installer des capteurs de température dans les compartiments sensibles. Ces capteurs de température permettent la mise en place d'un procédé de surveillance de fluide dans ces compartiments sensibles en détectant toute élévation anormale de température. Une telle surveillance de la température autorise donc la détection d'un apport inhabituel de fluides à température élevée dans le compartiment sensible qui ne peut provenir que d'une fuite de fluide à haute température.
Ainsi, un tel procédé de détection de fuite permet de détecter les fuites de fluide à haute température quels que soient l'origine de ces fuites et le nombre de canalisations susceptibles de fuir. Néanmoins, comme le montre la figure 1, les capteurs de température utilisés présentent une certaine inertie. En effet la figure 1 est un graphique représentant la température 901 réelle dans le compartiment lors d'une simulation de fuite de fluide mise en parallèle avec la température 902 mesurée par le capteur de température. Ainsi, alors que la fuite de fluide a pour conséquence une élévation de température dans le compartiment quasi instantanée (la durée totale de la montée en température est inférieure à 5s), le capteur de température montre une élévation de température beaucoup moins rapide (celle-ci est de l'ordre de 130-140s) puisque ce capteur agit sur la température ambiante comme un filtre passe bas ayant une constante de temps élevée. Par exemple, pour une température seuil de 120°C, considérée comme critique pour des éléments en matériau(x) composite(s) à faible tenue en température, il faut près de 15s pour la détecter alors qu'elle est atteinte dans le compartiment en moins d'une seconde. Si l'on ajoute à ce délai un délai de latence typiquement de 8s pour traiter l'information et pour que l'unité de traitement de la turbomachine ferme les vannes de la canalisation du système de distribution de fluide, il en résulte que les éléments en matériau(x) composite(s) sont soumis à cette température critique pendant un temps de près de 23s. Ce temps ne devant idéalement pas dépasser 15s pour sauvegarder l'intégrité des éléments en matériau(x) composite(s), il est nécessaire de réduire le temps de détection, par exemple à moins de 7s si délai de latence est de 8s. Cette problématique est particulièrement présente pour le système de distribution de fluide qui comporte la canalisation d'alimentation en air pressurisé et à haute température à la fois de l'aéronef et du démarreur de la turbomachine et la canalisation d'alimentation en air du circuit NAI. En effet, ces canalisations présentent des conduites qui sont typiquement logées dans le compartiment de soufflante de la turbomachine, ceci notamment pour l'alimentation en air pressurisé du démarreur et du circuit de dégivrage du manche d'entrée. Or, comme déjà indiqué, le compartiment de soufflante est particulièrement sensible en raison des éléments en matériau(x) composite(s) qu'il contient. Il est donc particulièrement important qu'un tel système de distribution d'air pressurisé à haute température permette la détection de fuite d'air à haute température dans le compartiment de soufflante.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objet de remédier à cet inconvénient et a donc pour but de fournir un procédé de détection de fuite de fluide à haute température dans une turbomachine qui permettent la détection d'une fuite de fluide à haute température dans un compartiment de la turbomachine quelle que soit l'origine de la fuite, ceci avec un délai de détection réduit vis-à-vis de l'art antérieur. A cet effet, l'invention concerne un procédé de détection de fuite de fluide dans une turbomachine, ladite turbomachine comportant : - une source de fluide à haute température, - au moins une canalisation de distribution du fluide adapté pour distribuer ledit fluide à différentes parties de la turbomachine et/ou de l'aéronef qui est destiné à être équipé de ladite turbomachine, - un compartiment de turbomachine dans lequel la canalisation de distribution est au moins en partie logée, ledit compartiment présentant en fonctionnement une température basse relativement à la haute température du fluide fourni par la source de fluide, le procédé comportant les étapes suivantes : - mesure d'une variation de température dans le compartiment entre deux instants pour obtenir un gradient de température, - détection d'une fuite de fluide si le gradient de température est supérieur ou égal à un gradient de température seuil. Avec un tel procédé il est possible de détecter une fuite de fluide à haute température dans le compartiment dans un délai bien inférieur à celui d'une simple détection par seuil de température. En effet, l'apport de fluide dans le compartiment lors d'une fuite engendre généralement, comme illustré sur la figure 1, une augmentation de température dans le compartiment qui est quasi instantanée et qui se répercute directement sur la température mesurée. La variation de température mesurée, et donc également le gradient de la température mesurée, sont importants dès les premiers instants de la fuite.
Ainsi, avec ce procédé de détection, il est possible de détecter l'apparition d'une fuite de fluide à haute température dans le compartiment avec un délai de détection près de dix fois inférieur à celui d'un procédé de l'art antérieur permettant de détecter une fuite de fluide quelle que soit son origine.
On entend ci-dessus et dans le reste de ce document par température basse relativement à la haute température que la différence de température entre le fluide à haute température fourni par la source de fluide et la température régnant dans le compartiment est supérieure à 50°C et préférentiellement à 100°C. De même l'étape de détection d'une fuite est préférentiellement une étape de détection d'une fuite de fluide si le gradient de température est strictement supérieur à un gradient de température seuil. Le procédé peut comporter en outre les étapes suivantes : - mesure d'une température dans le compartiment, - détection d'une fuite de fluide si la température mesurée dans le compartiment est supérieure ou égale à une température seuil. De tels étapes de détections complémentaires sont particulièrement adaptées pour la détections d'une fuite de fluide à haute température de faible intensité et qui entraîne une montée en température contenue. La mesure d'une variation de température peut être réalisée en au moins deux emplacements du compartiment de manière à obtenir au moins deux gradients de température, la détection d'une fuite de fluide ayant ainsi lieu si au moins l'un des deux gradients de température est supérieur au gradient de température seuil. Une telle détection fournie au moyen de capteurs redondants permet une détection robuste quel que soit l'emplacement dans le compartiment de la fuite de fluide. Le procédé peut comprendre une étape supplémentaire d': - inhibition de l'étape de détection de fuite lorsque la turbomachine est dans un état prédéterminé dans lequel le gradient de température est supérieur ou égal à un gradient de température seuil.
Le procédé peut comporter une étape supplémentaire de : - modification du gradient de température seuil en fonction de l'état de la turbomachine. De telles étapes d'inhibition et de modification du gradient de température seuil permettent d'éviter des détections erronées de fuites de fluide qui pourraient être dues à certaines configurations de fonctionnement extrêmes des turbomachines telles que le démarrage. Le procédé peut comprendre une étape supplémentaire de : - fermeture de la canalisation de fluide en amont du compartiment si une fuite est détectée. Le compartiment peut être situé radialement entre un carter de soufflante et une nacelle de la turbomachine. La turbomachine peut comporter une première et une deuxième canalisation de fluide, la première canalisation étant une canalisation pour distribuer ledit fluide à l'aéronef et à un démarreur de la turbomachine, la deuxième canalisation étant une canalisation pour distribuer le fluide au niveau d'un manche d'entrée d'air de la turbomachine, la première et la deuxième canalisation étant au moins en partie logées dans le compartiment Le procédé selon l'invention est particulièrement adapté pour de tels compartiments. L'invention concerne également un système de distribution de fluide à haute température pour turbomachine comportant : - une source de fluide à haute température, - au moins une canalisation de distribution du fluide adaptée pour distribuer ledit fluide à différentes parties de la turbomachine et/ou de l'aéronef qui est destiné à être équipé de ladite turbomachine, - un compartiment de turbomachine dans lequel la canalisation de distribution est au moins en partie logée, ledit compartiment présentant en fonctionnement de la turbomachine une température basse relativement à la haute température du fluide fourni par la source de fluide, - au moins un capteur de température du compartiment de turbomachine, - une unité de traitement agencée pour commander le moyen de mesure de température et configurée pour détecter une fuite de fluide dans le compartiment, l'unité de traitement étant configurée pour fournir à partir du moyen de mesure une mesure de variation de température dans le compartiment entre deux instants pour en déduire un gradient de température, et pour détecter une fuite de fluide si le gradient de température est supérieur et/ou égal à un gradient de température seuil.
Un tel système permet la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention et permet ainsi de bénéficier des avantages liés au procédé selon l'invention. Deux capteurs de température peuvent être installés dans le compartiment de turbomachine de part et d'autre de la soufflante de la turbomachine. L'invention concerne en outre une turbomachine comportant un système de distribution de fluide selon l'invention. Une telle turbomachine bénéficie des avantages liés au procédé selon l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un graphique représentant la variation de la température dans la soufflante d'une turbomachine lors d'une fuite d'air pressurisé à haute température mis en parallèle avec la température mesurée par un capteur de température de la même soufflante, la figure 2 illustre schématiquement un circuit de distribution de fluide d'une turbomachine, la figure 3 illustre respectivement un graphique représentant la variation du gradient de température dans la soufflante d'une turbomachine lors d'une fuite de fluide à haute température et un graphique représentant la variation du gradient de la température mesurée par un capteur de température de la même soufflante lors de cette même fuite. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 2 illustre schématiquement un exemple de système de distribution de fluide, plus précisément d'air pressurisé, selon l'invention équipant une turbomachine 10. Un tel système de distribution de fluide comporte : - un compresseur haute pression 11 formant une source d'air pressurisé à haute température, - une soufflante 12 présentant un carter qui délimite extérieurement une veine de flux secondaire et à l'extérieur duquel sont installés un premier et un deuxième capteur de température 121 pour mesurer la température dans le compartiment de soufflante, - une nacelle 13 de la turbomachine comprenant un manche d'entrée 131 de la turbomachine pour l'admission d'air dans cette dernière, - une première canalisation 14 haute pression pour prélever de l'air pressurisé à haute température à partir du compresseur haute pression à destination de l'aéronef, ladite première canalisation comportant une branche secondaire 14a pour alimenter en air pressurisé un démarreur 122 de la turbomachine, - une deuxième canalisation 15 de dégivrage de la nacelle 13 et du manche d'entrée 131 de la turbomachine 10, - un calculateur moteur, non représenté.
La soufflante 12 de la turbomachine, comporte généralement des éléments en matériau(x) composite(s) sensible(s) à la haute température. La soufflante 12 est donc un compartiment sensible de la turbomachine dans lequel il est important de détecter une éventuelle fuite de fluide à haute température, tel que l'air pressurisé fourni par le compresseur haute pression 11. Le compresseur haute pression 11 permet d'alimenter la première et la deuxième canalisation 14, 15 avec de l'air pressurisé à hautes températures pouvant atteindre typiquement 500°C. La première canalisation 14 est agencée pour prélever de l'air pressurisé du compresseur haute pression afin d'alimenter l'aéronef en air pressurisé à destination notamment des systèmes de conditionnement d'air 21 de l'aéronef et de dégivrage des ailes 22 de l'aéronef. En amont d'un échangeur thermique 141 permettant de refroidir l'air pressurisé à partir d'air prélevé dans la soufflante (à partir de la canalisation référencée 123 sur la figure 2), la première canalisation 14 comporte une canalisation secondaire 14a à destination du démarreur 122. Ainsi la première canalisation 14 permet d'alimenter le démarreur 122 se trouvant dans la soufflante 12 avec de l'air pressurisé dont la température est typiquement de l'ordre de 360°C. La première canalisation 14 comporte des premières vannes 142, typiquement des vannes dites ECS (sigle anglais signifiant : Environmental Control System, c'est-à-dire de système de commande environementale) pour réguler les débits d'air prélevés au compresseur haute pression 11. La deuxième canalisation 15 permet d'alimenter le circuit de dégivrage du manche d'entrée d'air 131 de la nacelle 13. La deuxième canalisation 15 comporte des deuxièmes vannes 151 pour réguler le débit de l'air prélevé au compresseur haute pression 11. Typiquement la deuxième canalisation 15 permet d'alimenter le circuit de dégivrage du manche d'entrée d'air 131 avec un air pressurisé d'une température de l'ordre de 500°C. Que ce soit la première ou la deuxième canalisation 14, 15, celles-ci passant dans la soufflante 12, une partie de leurs conduites respectives sont logées dans le compartiment de soufflante. Ainsi, en cas de fuite de l'une de ces conduites dans le compartiment de soufflante, cela engendre un apport d'air pressurisé à haute température et donc une montée en température dans le compartiment. Une telle montée en température est préjudiciable pour certains éléments en matériau(x) composite(s) pouvant se trouver dans le compartiment de soufflante. Afin de permettre une détection de telles fuites, le compartiment de soufflante comprend les premier et deuxième capteurs de température 121 qui sont agencés de part et d'autre du compartiment, par exemple de façon diamétralement opposée par rapport au carter de la soufflante 12, pour détecter toute élévation de température qu'entraînerait une fuite d'air chaud dans le compartiment de soufflante . Les premier et deuxième capteurs de température 121 sont en communication avec le calculateur moteur. Ces premier et deuxième capteurs de température 121 peuvent être, par exemple des capteurs du type à résistance variable (plus connu sous leur dénomination anglaise « Variable Resistance Transducer » donnant le sigle VRT).
Avantageusement, la température mesurée par chaque capteur est dérivée puis filtrée avec un filtre passe bas du second ordre, afin d'éliminer tout bruit sur la mesure du gradient de température dû à l'opération de dérivation sans pour autant trop atténuer cette même mesure de gradient. Pour permettre de détecter une fuite d'air pressurisé dans la soufflante 12, le calculateur moteur est configuré pour mettre une oeuvre un procédé comprenant les étapes suivantes : - mesure d'une première et deuxième température dans le compartiment de soufflante à partir du premier et du deuxième capteur de température 121, lesdites mesures étant comparées à une mesure faite à un instant précédent pour déterminer pour chacune d'elle une variation de température entre deux instants et pour obtenir pour chacune d'elle un gradient de température, - détection d'une fuite de fluide si au moins l'un des deux gradients de température est supérieur ou égal à un gradient de température seuil ou si l'une des deux températures dans le compartiment est supérieure ou égale à une température seuil.
Avec une telle configuration, une fuite de fluide est détectée selon deux principes différents. Le premier principe, illustré sur la figure 1, est similaire à la configuration des calculateurs moteur de l'art antérieur décrite précédemment, et consiste à détecter directement l'élévation de la température et le dépassement d'une température seuil, typiquement 120°C. Ce premier principe de mesure est, dans le cadre de l'invention, principalement dédié aux faibles fuites d'air pressurisé qui entraînent une montée en température plus lente. Le deuxième principe de détection est illustré sur la figure 3. Il consiste à détecter une augmentation forte d'un gradient de température qui serait liée à un apport important d'air pressurisé à haute température en raison d'une fuite subite d'une conduite de la première ou de la deuxième canalisation 14, 15, typiquement provoquée par une rupture subite ou un désemmanchement de l'une de ces deux canalisations. Ainsi la figure 3 illustre en parallèle la variation 911 du gradient de température réel dT (1') dt dans le compartiment de soufflante avec la variation 912 de gradient de la température mesurée par l'un des capteurs de température 121. On peut ainsi voir que lorsqu'une conduite commence à fuir, les gradients en température réel et mesuré présentent une augmentation quasi instantanée, ceux-ci se différentiant uniquement par l'intensité de cette augmentation. Cette forte augmentation est suivie, pour le gradient de température réel, par une retombée toute aussi brusque que l'augmentation précédente, alors que la retombée est beaucoup moins rapide pour le gradient de la température mesurée. Ainsi, le deuxième principe de détection consiste à vérifier que le gradient de température ne dépasse pas un gradient seuil caractéristique de la brusque augmentation de température qui suit directement la rupture ou le désemmanchement d'une conduite d'air pressurisé. Ce deuxième principe permet donc, pour une augmentation de température rapide dans la soufflante, ce qui est typiquement le cas lors d'une rupture ou un désemmanchement d'une conduite de l'une de la première et deuxième canalisation 14, 15, un temps de détection bien inférieur au 15s nécessaire selon le premier principe et la configuration selon l'art antérieur.
Le calculateur moteur est également configuré pour, lorsqu'une fuite d'air pressurisé est détectée, fermer les canalisations susceptibles d'en être à l'origine. En plus de cette fermeture des premières et deuxièmes vannes, le calculateur moteur peut également être configuré pour transmettre un code d'erreur à l'aéronef de manière à indiquer qu'une panne vient de survenir. Selon une autre possibilité de l'invention, le calculateur moteur peut être configuré pour inhiber l'étape de détection de fuite lorsque la turbomachine est dans un état prédéterminé dans lequel le gradient de température est susceptible d'être supérieur ou égal au gradient de température seuil. Cet état prédéterminé peut être par exemple une étape de démarrage du moteur. Selon une variante à cette possibilité de l'invention, le calculateur moteur peut être configuré pour modifier la valeur du gradient de température seuil pour l'adapter en fonction de l'état de la turbomachine. Ainsi, par exemple, le calculateur moteur peut être configuré pour augmenter la valeur du gradient de température seuil lors du démarrage de la turbomachine. Avec une telle configuration, le calculateur moteur forme une unité de traitement configurée pour fournir à partir des capteurs de température 121 une mesure de variation de température dans la soufflante 12 entre deux instants pour en déduire un gradient de température, et pour détecter une fuite de fluide si le gradient de température est supérieur et/ou égal au gradient de température seuil. Selon une variante préférée de l'invention, le calculateur moteur peut être configuré pour détecter une fuite de fluide si le gradient de température est strictement supérieur au gradient de température seuil. Il est à noter que si, dans le mode de réalisation ci-dessus, le calculateur est adapté pour mettre en oeuvre les deux principes de détection décrits, il peut également être configuré pour effectuer une détection de fuite selon le deuxième principe décrit, c'est-à-dire en détectant si un gradient de température est supérieur ou égal à un gradient de température seuil, sans effectuer de détection selon le premier principe. Selon cette même possibilité, le calculateur moteur peut également être, en complément, configuré pour détecter une fuite d'air pressurisé selon un troisième principe non décrit, tel que ceux décrits dans ces documents FR 2987398 Al et FR 2972485 Al. Il est à noter que si dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, le procédé de détection de fuite permet une détection de fuite d'air pressurisé dans le compartiment de soufflante de la turbomachine, il peut être adapté pour la détection de fuite dans un autre compartiment sensible de la turbomachine. Il est également à noter que si dans le mode de réalisation décrit ci- dessus, le système de distribution est un système de distribution d'air pressurisé dans la turbomachine, l'invention peut être adaptée pour la détection de fuite de fluide à haute température autre que des fuites d'air pressurisé sans que l'on sorte du cadre de l'invention. Ainsi, l'invention peut ainsi s'appliquer à un circuit de distribution d'huile à haute température sans que l'on sorte du cadre de l'invention.