Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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WO 2015/121570
PCT/FR2015/050287
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DISPOSITIF DE FIXATION D'UN CAPTEUR SUR UNE PIECE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un dispositif de fixation d'au
moins un capteur sur une pièce.
Le dispositif de fixation selon l'invention est particulièrement
adapté pour la fixation d'un thermocouple, notamment sur un carter de
turbine dans une turbomachine.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
Dans certains cas, il est nécessaire de placer un capteur de
mesure sur une pièce afin de mesurer les propriétés locales de cette pièce
ou au voisinage immédiat de cette pièce, en particulier lors du
fonctionnement du dispositif comprenant cette pièce. Par exemple, ce
capteur est un thermocouple qui mesure la température d'une portion de
la pièce sur laquelle il est placé.
Afin d'effectuer une mesure correcte, il est nécessaire de
maintenir le capteur dans une position désirée par rapport à la portion de
pièce.
Aujourd'hui, on connaît un dispositif de fixation comprenant une
plaque fixée à la pièce par une unique vis de fixation et munie, au
voisinage de la vis, d'un orifice de réception pour le capteur, le capteur
étant généralement soudé à la plaque. Avec un tel dispositif de fixation, la
tension appliquée sur la vis par le couple de serrage peut entraîner un
décollement de la plaque, autorisant des fuites d'air entre la pièce et la
plaque et ainsi une modification locale de la température sur la pièce et au
voisinage de celle-ci.
Un autre dispositif de fixation connu comprend une plaque fixée
à la pièce par deux vis de fixation, le capteur étant lui-même fixé à la
plaque, entre ces deux vis. Ce dispositif de fixation, plus fiable, présente
cependant un encombrement plus important que celui décrit
précédemment, et est donc difficile à adapter sur des structures
existantes, soit que la place soit insuffisante pour permettre son
intégration, soit que la pièce doive être modifiée au préalable pour
recevoir le dispositif.
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OBJET ET RESUME DE L'INVENTION
L'objectif de la présente invention est de fournir un dispositif
qui permette de fixer un capteur sur une pièce de manière fiable, en
surmontant les inconvénients précités.
Cet objectif est atteint avec un dispositif de fixation d'au moins
un capteur, notamment un thermocouple, sur une pièce, comprenant une
première partie de fixation munie de moyens de fixation à la pièce et une
deuxième partie de fixation munie d'un orifice de réception du capteur, le
dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une partie
élastiquement déformable reliant la première et la deuxième partie de
fixation, la partie élastiquement déformable étant configurée de sorte
qu'elle passe d'une position stable à une position instable lorsque la
première partie de fixation est fixée à une pièce, plaquant ainsi la
deuxième partie de fixation contre la pièce.
La partie élastiquement déformable du dispositif selon
l'invention est adaptée à passer d'une position stable à une position
instable, en fléchissant. On comprend que le positionnement relatif de la
première et de la deuxième partie de fixation est différent selon que la
partie élastiquement déformable se trouve dans sa position stable ou dans
sa position instable.
Lorsqu'elle est dans sa position instable, la partie élastiquement
déformable tend en permanence à reprendre sa position stable, c'est-à-
dire à ramener la première et la deuxième partie dans leur position
relative au repos. Si la première partie de fixation est fixe - car fixée à la
pièce - la force tendant à rappeler la partie élastique dans sa position
stable s'applique sur la deuxième partie de fixation, restée libre. La
deuxième partie de fixation étant en butée contre la pièce, cette force est
maintenue sous forme d'une pression de contact permanente et
relativement homogène autour du capteur, entre la deuxième partie de
fixation et la pièce.
Par déformation de la partie élastique lors du montage sur la
pièce, le dispositif de fixation est ainsi soumis à une précharge qui
empêche le décollement de la deuxième partie de fixation par rapport à la
pièce. On peut ainsi effectuer des mesures avec le capteur, tout en évitant
les fuites à l'interface entre le capteur et la surface à laquelle il est
fixé.
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En outre, grâce aux dispositions précitées, le dispositif selon
l'invention peut être mis en uvre avec une vis unique de fixation, ce qui
permet de limiter son encombrement, et rend aisée son intégration dans
des structures existantes.
Enfin, comme le dispositif de fixation selon l'invention dispose
d'une certaine élasticité, il peut être utilisé sur des surfaces présentant
des
déformations locales non négligeables, par exemple sur des surfaces de
carter de turbomachine présentant de fortes déformations en utilisation.
Selon un exemple, la partie élastiquement déformable
comprend au moins une lame ressort.
Selon un exemple, la partie élastiquement déformable
comprend un retour s'étendant depuis une partie de la lame ressort
espacée de la première partie de fixation (par exemple, mais non
limitativennent, son extrémité la plus éloignée de la première partie de
fixation), en direction de ladite première partie de fixation, et la deuxième
partie de fixation est solidaire du retour.
Selon un exemple, la partie élastiquement déformable
comprend deux lames ressort espacées l'une de l'autre.
Dans ce cas, le retour s'étend avantageusement entre les deux
lames ressort.
Selon un exemple, la deuxième partie de fixation comporte une
surface d'appui secondaire sensiblement plane, adaptée à venir en contact
avec la pièce.
Avantageusement, la surface d'appui secondaire entoure le
capteur une fois celui-ci monté dans l'orifice de réception, ce par quoi une
zone de pression de contact continue peut être obtenue autour du capteur
après montage sur la pièce.
Selon un exemple, la première partie de fixation comporte
également une surface d'appui primaire sensiblement plane adaptée à
venir en contact avec la pièce.
Selon une disposition avantageuse, les surfaces d'appui
primaire et secondaire sont sensiblement parallèles lorsque la partie
élastiquement déformable est dans sa position stable.
Selon un exemple, lorsque la partie élastiquement déformable
est dans sa position stable, la surface d'appui secondaire est espacée de la
surface d'appui primaire dans une direction sensiblement orthogonale à la
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surface d'appui primaire, en éloignement de ladite première partie de
fixation. Il est ainsi assuré que la partie élastiquement déformable se
déforme lorsque le dispositif est fixé sur une surface de support
sensiblement plane d'une pièce.
Selon un exemple, la deuxième partie de fixation comprend une
bague de réception du capteur fixée à la partie élastiquement déformable,
et la surface d'appui secondaire est une surface de ladite bague.
La bague de réception est par exemple une bague d'étanchéité
permettant de réaliser l'étanchéité autour du capteur lorsque la deuxième
partie de fixation est plaquée contre la pièce.
Selon un exemple, la première partie de fixation et la partie
élastiquement déformable forment un ensemble monobloc, notamment
obtenu par découpage d'une tôle.
L'invention concerne également un ensemble comprenant un
dispositif de fixation tel que défini précédemment, et un capteur,
notamment un thermocouple, solidaire de la deuxième partie de fixation.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront
mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de
réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se
réfère aux dessins annexés sur lesquels :
- La figure 1 est une vue en perspective, de dessus, d'un dispositif
de fixation selon un premier mode de réalisation de l'invention,
à l'état initial,
- La figure 2 est une vue en perspective, de dessus, du dispositif
de la figure 1, coupé selon son plan de symétrie P,
- La figure 3 est une vue en perspective, de dessous, du dispositif
de la figure 1,
- Les figures 4 et 5 montrent des étapes de la fixation d'un
capteur sur une pièce à l'aide d'un dispositif tel qu'illustré sur les
figures 1 à 3, le dispositif étant montré en coupe selon II-II de
la figure 1,
- La
figure 6 est une vue en perspective, de dessus, d'un dispositif
de fixation selon un deuxième mode de réalisation de
l'invention, à l'état initial,
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- La figure 7 est une vue en perspective, de dessous, du dispositif
de la figure 6, coupé selon son plan de symétrie P,
- Les figures 8 et 9 montrent des étapes de la fixation d'un
capteur sur une pièce à l'aide d'un dispositif tel qu'illustré sur les
5 figures 6
et 7, le dispositif étant montré en coupe selon II-II de
la figure 1.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION
Les figures 4 et 5 montrent schématiquement, en coupe, une
portion 80 d'une pièce sur laquelle on souhaite fixer un capteur 90. Dans
l'exemple illustré, cette portion 80 est une plaque, d'épaisseur e.
Par exemple, la pièce est un carter de turbine, et la propriété
que l'on souhaite mesurer à l'aide du capteur 90 est la température à
l'intérieur de ladite turbine. Le capteur utilisé est donc un thermocouple
dont l'extrémité de mesure 90a, où s'effectue la mesure, doit être
positionnée à l'endroit souhaité pour cette mesure, autrement dit à
l'intérieur de la turbine.
Avantageusement, le thermocouple 90 est fixé de manière à
traverser la pièce 80 par un orifice 84 ménagé dans ladite pièce 80, son
extrémité de mesure 90a faisant saillie du côté interne de la pièce 80 et
son extrémité opposée 90b, généralement reliée à des moyens de lecture
de résultat (non représentés), étant disposée du côté externe de la pièce
80.
Les figures 1 à 3 illustrent plus en détail un dispositif 100 selon
l'invention pouvant être utilisé pour la fixation d'un capteur 90 tel que
décrit ci-dessus, sur une pièce 80.
Le dispositif de fixation 100 comprend ici une première partie
de fixation 10 munie de moyens pour la fixation du dispositif à la pièce 80,
une deuxième partie de fixation 40 munie d'un orifice de réception du
capteur 90, et une partie élastiquement déformable 20 reliant la première
et la deuxième partie de fixation.
Sur les figures 1 à 3, la partie élastiquement déformable 20 se
trouve dans une position stable correspondant à un état dans lequel aucun
effort externe ne lui est appliqué.
Dans l'exemple, la première partie de fixation 10 se présente
sous la forme d'une plaque 12 délimitée par deux surfaces principales
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inférieure 12a et supérieure 12b s'étendant sensiblement orthogonalement
à une direction transversale Z.
La surface inférieure 12a de la première partie de fixation 10
forme ici une surface d'appui primaire 12a destinée à venir en appui
contre la pièce lors du montage du dispositif.
Dans l'exemple, les moyens de fixation comprennent un orifice
de fixation 14 traversant la première partie de part en part en s'étendant
dans une direction orthogonale aux surfaces principales 12a, 12b. Comme
il sera décrit plus en détail dans la suite, l'orifice de fixation 14 est
destiné
à recevoir une vis de fixation 70 permettant l'ancrage du dispositif à la
pièce. L'exemple illustré n'est cependant pas limitatif, et selon des
variantes, les moyens de fixation peuvent comprendre plusieurs trous de
fixation et/ou d'autres moyens permettant la fixation du dispositif à la
pièce.
Ainsi qu'il sera décrit dans la suite, le dispositif 100 selon
l'invention présente cependant comme avantage d'assurer une fixation
fiable même lorsqu'il est fixé en un point unique (notamment, par une
seule vis de fixation).
Pour faciliter la compréhension des figures, la surface d'appui
primaire 12a ainsi que toutes les surfaces du dispositif 100 destinées à
venir en regard de la pièce, sont représentées légèrement grisées.
On note que le dispositif de fixation 100 présente une symétrie
par rapport à un plan P représenté sur la figure 1.
Dans l'exemple, l'orifice de fixation 14 est ainsi aligné sur le
plan de symétrie P.
Pour la suite, et sauf précision contraire, on définit ainsi une
direction latérale Y du dispositif comme une direction orthogonale à la
direction transversale Z et au plan de symétrie P, et une direction
longitudinale X, comme une direction orthogonale aux directions latérale
Y et transversale Z.
Dans l'exemple, la partie élastiquement déformable 20
comprend deux branches flexibles 22, 24 formant lames ressort s'étendant
depuis la première partie 10.
Plus particulièrement, chaque lame ressort 22, 24 est reliée à
une extrémité latérale respective de la première partie 10. Dans un plan
orthogonal à la direction transversale Z, les deux lames ressort 22, 24
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s'étendent depuis la première partie de fixation 10 dans la direction
longitudinale X et forment les branches d'un U dont la première partie
constitue une base.
Les deux lames 22, 24 sont ici sensiblement parallèles,
séparées l'une de l'autre transversalement par un espace libre 26 de
largeur L1.
On comprend que les lames ressort 22, 24 sont aptes à fléchir
de sorte que leur extrémité 22b, 24b la plus éloignée de la première partie
se déplace par rapport à ladite première partie 10, notamment en
s'inclinant par rapport à un plan orthogonal à la direction transversale Z
(voir la figure 5), amenant ainsi la partie élastiquement déformable 20
dans une position instable.
Dans l'exemple, la partie élastiquement déformable 20
comprend en outre un retour 32, de largeur L2 strictement inférieure à L1
et s'étendant ici depuis l'extrémité respective 22b, 24b de chaque lame
ressort 22, 24 la plus éloignée de la première partie de fixation 10, en
direction de ladite première partie de fixation 10.
Le retour 32 est ainsi défini dans l'espace libre 26 délimité
latéralement par les lames ressort 22, 24.
Dans l'exemple, le retour 32 est délimité par deux surfaces
principales inférieure 32a et supérieure 32b, planes, s'étendant
orthogonalement à la direction transversale Z, lorsque la partie élastique
20 est dans sa position stable illustrée sur les figures 1 à 3. Des figures 4
et 5, on comprend que la surface inférieure 32a est destinée à se placer
en regard de la surface 82 de la pièce 80, après montage.
Dans l'exemple, la première partie 10, les lames ressort 22, 24
et le retour 32 sont réalisés d'un seul tenant. Ces éléments constituent un
ensemble monobloc pouvant notamment être obtenu par découpage d'une
tôle.
Les surfaces supérieures respectives 12b, 32b de la première
partie 12 et du retour 32 sont ici sensiblement coplanaires, de même que
leurs surfaces inférieures 12b, 32b.
Comme illustré sur les figures 1 à 3, le retour 32 comporte une
ouverture 34, dans laquelle est insérée une bague de réception 36 pour le
capteur.
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Comme illustré sur les figures 2, 3 et 4 notamment, la bague de
réception 36 fait saillie depuis la surface inférieure 32a du retour 32, sur
une distance Dl.
La bague de réception 36 comprend ainsi une surface 36a (sa
surface inférieure), décalée par rapport à la surface d'appui primaire 12a
dans la position stable de la partie élastiquement déforrnable 20 illustrée
sur les figures 1 à 3 et destinée à venir en appui contre la surface de la
pièce lors du montage.
Les surfaces d'appui primaire et secondaire 12a, 36a sont
définies dans deux plans parallèles mais non confondus, décalés dans la
direction transversale Z.
L'ouverture 34 du retour et la bague 36 forment ici une
deuxième partie de fixation 40.
Dans l'exemple, la bague de réception 36 forme un élément
d'étanchéité, destiné à assurer l'étanchéité autour du capteur après
montage.
La bague de réception 36 se présente ici sous la forme d'un
manchon cylindrique de profil externe adapté à coopérer par
complémentarité de forme avec la paroi interne de l'ouverture 34 et de
profil interne configuré pour recevoir le capteur 90. Le capteur 90 peut par
exemple être fixé à la bague de réception 36 par soudage ou frettage.
La bague de réception 36 comprend, à l'une de ses extrémités,
une collerette externe 38, engagée dans un évidement annulaire 35 de
forme correspondante réalisé en bordure de l'ouverture 34, dans la
surface inférieure du retour 32.
Dans l'exemple, pour assurer le dépassement précité, la
hauteur de la collerette externe 38 est légèrement supérieure à la hauteur
de l'évidement annulaire 34, hauteurs mesurées dans la direction
transversale Z.
La fixation d'un ensemble comprenant un dispositif 100 tel que
décrit ci-dessus et un capteur de mesure 90 préalablement fixé sur ce
dispositif 100, va à présent être décrite en référence aux figures 4 et 5.
La pièce 80 sur laquelle le capteur doit être fixé est illustrée sur
la figure 4. Dans l'exemple, sa surface de support 82, destinée à recevoir
le dispositif 100, est plane.
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Lorsque le dispositif de fixation 100 est approché de la surface
82 de la pièce 80 (sa direction transversale Z étant par exemple
sensiblement orthogonale à ladite surface 82), la surface d'appui
secondaire 36a arrive en butée contre la surface de support 82, avant que
la première partie 10 n'entre en contact avec ladite surface 82.
Lorsque la première partie 10 est encore rapprochée de la
surface de support 82, la deuxième partie 40 étant maintenue en butée
contre cette surface, la partie élastique 20 se déforme progressivement et
quitte sa position stable.
La première partie de fixation 10 est alors fixée sur la pièce 80
au moyen par exemple d'une vis 70 engagée dans le trou de fixation 14 et
vissée sur la surface 82.
Dans cette position, la force de rappel de la partie élastique 20,
qui tend à la ramener dans sa position stable, est reportée sur la
deuxième partie de fixation 40. Cette deuxième partie 40 est alors en
permanence sollicitée élastiquement vers la pièce 80, maintenant une
pression de contact relativement homogène autour du thermocouple,
entre la surface d'appui secondaire 36a et la surface de support 82 de la
pièce 80, compatible avec une étanchéité par contact.
Grâce à la pression de contact relativement homogène assurée
autour du capteur, l'étanchéité entre la bague 36 et la pièce 80 peut se
faire par simple contact, et les contraintes de planéité et de rugosité de
surface pour le reste du dispositif de fixation, notamment le retour 32 et
les lames ressorts 22, 24, sont réduites.
Un dispositif de fixation 200 selon un deuxième exemple de
réalisation de l'invention va à présent être décrit en liaison avec les
figures
6 à 9.
Sur ces figures, les éléments similaires ou identiques à ceux
décrits en liaison avec le premier exemple de réalisation sont désignés par
les mêmes références numériques que sur les figures 1 à 5, incrémentées
de 100.
Dans cet exemple, dans la position stable de la partie
élastiquement déformable 120, les deux lames ressort 122, 124 sont
inclinées par rapport à un plan orthogonal à la direction transversale Z
d'un angle d'inclinaison 8 pouvant prendre toute autre valeur adaptée.
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Dans ce cas, la précharge à laquelle est soumis le dispositif 200
une fois monté est due au moins en partie à l'inclinaison initiale des lames
ressort 122, 124 et au décalage en résultant entre le retour 132 et la
première partie 110.
5 Comme illustré sur la figure 8, lorsque le dispositif de fixation
200 est approché de la surface 182 de la pièce 180, le retour 132 et la
bague de réception 140 arrivent en premier en butée contre la surface de
support 82.
Lorsque la première partie 110 est rapprochée de la surface de
10 support 182, les lames ressort 122, 124 se déforment progressivement.
Avec un tel agencement, et comme illustré sur les figures 7, 8
et 9, il n'est plus nécessaire que la bague de réception 136 du capteur
fasse saillie depuis la surface inférieure du retour 132.
On peut même imaginer que le capteur soit directement monté
dans l'ouverture 134 du retour 132, le retour 132 formant alors la
deuxième partie de fixation 140, sa surface inférieure 132a constituant la
surface d'appui secondaire du dispositif.
Les exemples décrits précédemment ne sont cependant pas
limitatifs.
Dans d'autres exemples d'utilisation, notamment, la surface de
la pièce peut présenter un ou plusieurs décrochements. Une première
portion de surface de support destinée à recevoir la première partie de
fixation et une deuxième portion de surface de support destinée à recevoir
la deuxième partie de fixation peuvent être définies dans des plans
différents, éventuellement inclinés l'un par rapport à l'autre, ou parallèles.
Le dispositif de fixation est alors agencé en conséquence mais reste tel
que, lorsque la première partie de fixation est fixée à une première portion
de surface de support, la partie élastiquement déformable passe d'une
position stable à une position instable dans laquelle la deuxième partie de
fixation est plaquée contre la deuxième portion de surface de support.
