Brevet FR2007920A1 — publié le 19700116

La présente invention a essentiellement pour objet un dispositif de commande de débit de fluide et plus particulièrement un dispositif de commande destiné à alimenter au moins un servo-méca-nisme de commande par un fluide sous pression fourni par une 5 conduite d'alimentation conduisant d'une source de fluide sous pression à un recepteur et comportant des moyens de commande susceptibles de régulariser le débit de fluide envoyé par ladite conduite d'alimentation vers le récepteur. Bien qu'il ne soit pas limité à un mode de réalisation parti-10 culier, le dispositif de commande de débit de fluide selon l'invention est particulièrement conçu pouf être utilisé dans des circuits de commande de carburant pour moteurs à turbines du type comportant une valve de. mesure de carburant et un ou plusieurs servo-mécanismes de commande classiques destinés à positionner certains éléments 15 variables de commande tels que cames, valves, ou encore, dans le cas des moteurs à turbine, les aubages du compresseur d'admission ou de la tuyère de sortie. Il est de pratique courante d'extraire de l'évacuation de la pompe de carburant le débit de fluide sous pression nécessaire à l'alimentation d'un ou plusieurs servo-20 mécanismes de commande dont le circuit d'évacuation est relié à une source de carburant à pression relativement basse telle que l'admission de la pompe ou un réservoir. Cependant on conçoit qu'avec un tel agencement dans lequel le carburant sous pression fourni par la pompe de carburant est utilisé par le servo-mécanisme 25 de commande, entraîne une chute de pression relativement importante entre la sortie et l'entrée de la pompe et pgr conséquent une perte d'énergie notable. De plus, la capacité de la pompe carburant, qui en général détermine le poids et les dimensions d'une telle pompe, doit être suffisamment importante pour fournir la quantité 30 de carburant suffisante à la fois au servo-mécanisme de commande et aux chambres de combustion du moteur. De plus, l'augmentation de la capacité de la pompe de carburant, augmentation qui est nécessitée par l'alimentation des servo-mécanismes, entraîne une demande supérieure de la puissance d'entraînement exigée par la 35 pompe. C'est pourquoi l'objet de l'invention est de prévoir un dispositif de commande de débit de fluide dans lequel le fluide 69 14394 2 2007920 envoyé vers les servo-mécanismes est, par la suite, renvoyé vers les moyens de commande de débit de fluide de façon à maintenir ainsi'disponible le débit total venant de la source de pression envoyé à l'appareil récepteur et ce, quelles que soient les 5 demandes d'alimentation des servo-mécanismes. Selon la principale caractéristique de l'invention, le dispositif de commande de débit de fluide qui est destiné à alimenter au moins un servo-mécanisme de commande par le fluide sous pression venant d'une conduite d'alimentation conduisant d'une source de 10 pression de fluide à un récepteur et comportant des moyens de commande susceptibles de régulariser un débit déterminé de fluide envoyé par ladite conduite d'alimentation à ce récepteur de fluide5 est caractérisé en ce que la servo-valve commandant la pression de fluide actionnant le servo-moteur du servo-mécanisme est disposée 15 entre un conduit d'admission et un conduit d'évacuation reliés à ladite conduite d'alimentation en amont et en aval respectivement d'une valve de contrôle disposée dans ladite conduite d'alimentation en amont desdits moyens de contrôle de fluide, ladite valve de contrôle étant conçue pour réguler la pression de fluide dans 20 ladite conduite d'admission en fonction de la charge entraînée par ledit servo-moteur. Avec un tel agencement, on comprendra que la puissance de sortie totale de la source, plus particulièrement lorsque cette dernière est composée d'une pompe, est rendue disponible à l'entrés 25 du servo-mécanisme tout en ne contrariant pas les exigeances de débit imposées par les moyens de mesure, ce qui permet de diminuer les dimensions ainsi que la puissance de la pompe de compression. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention' apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre 30 et qui se réferre au dessin ci-annéxé donné uniquement à titre d'exemple, dans lequel la figure unique est une représentation schématique d'un moteur à turbine associé avec un dispositif de commande de carburant comportant la présente invention : Si l'on considère l'unique figure du dessin, la référence 35 numérique 20 désigne un moteur à turbine à gaz classique comportant une admission d'air 22, un compresseur 24, un ensemble de chambres de combustion 26, une turbine à-gaz 28 reliée.par un arbre 30 au compresseur 24, et une tuyère de sortie 32. Un ensemble de tuyères d'injection de carburant 34 reliés a 40 un collecteur 36, sont conçus pour injecter le carburant sous 69 14394 3 2007920 pression dans les chambres de combustion 26 où l'air et l'essence sont mélangés et ensuite brûlés pour engendrer les gaz moteurs chauds qui entraînent en rotation la turbine 28 et le compresseur 24 et gagnent ensuite par l'intermédiaire des tuyères 32 l'atmos-5 phère pour engendrer la poussée motrice. Le compresseur 24 peut comporter des aubages positionables classiques 38 montés de façon convenable de façon à permettre de régler le débit d'air dans le compresseur comme cela est bien connu du technicien. Un débit déterminé de carburant sous pression est fourni 10 à la tubulure 36 par un dispositif de mesure de carburant classique alimenté par l'intermédiaire d'une conduite de carburant 40 à la sortie d'une pompe à engrenage 44 alimentée par un réservoir de carburant 42. Le débit de carburant envoyé au collecteur 36 par le conduit d'alimentation 40 est régulé par.un élément de valve 15 réglable en position 50 coopérant avec un orifice à section limité 46 de façon à définir une section de passage limitée dans le conduit 40 déterminée en fonction de certaines conditions variables de fonctionnement agissant sur l'élément 50. Une valve de dérivation de carburant 48 est prévue de façon à maintenir une pression 20 différentielle constante de part et d'autre de l'orifice 46. La valve de dérivation du carburant 48 coopère avec un orifice 52 reliant la portion du conduit 40 située en amont de l'orifice 46 avec un conduit d'évacuation 54 conduisant à l'admission de la pompe 44. Une membrane 56 reliée de façon convenable à la valve 25 de dérivation 48 est chargée par un ressort de compression 58 sollicitant la valve de dérivation 48 dans sa position de fermeture. Un passage 60 relie la portion du conduit 40 en amont de l'orifice 46 à l'un des côtés de la membrane 56 et un passage 62 relie la portion de la conduite 40 en aval de l'orifice 46 avec le côté 30 opposé de la membrane 56. La valve de dérivation 48 fonctionne de façon à maintenir une pression différentielle déterminée de part et d'autre de l'orifice 46, pression différentielle qui est déterminée en fonction de la force de rappel du ressort 58. Une valve à tiroir 64 comportant des plages 66, 68, 70 et 72 est 35 montée coulissante dans un alésage 74. Un ensemble de masselottes centrifuges 76 montées pivotantes sur un plateau d'entraînement 78 solidaire d'un arbre 84 porte sur l'extrémité bridée 80 de l'élément de valve 64 et exerce sur ce dernier une force axiale tendant à solliciter l'élément de valve 64 vers le haut comme représentait 40 la figure. Dans le mode de réalisation représenté, l'élément de 69 14394 4 2007920 valve 64 est également entraîné en rotation par le plateau tournant 78 par l'intermédiaire d'un bras 82 solidaire de ce dernier. Le plateau 78 est entraîné en rotation par le compresseur 24 par l'intermédiaire d'un ensemble d'arbres et d'engrenages (non repré-5 sente) de façon à rendre la force de sortie des masselottes 76 fonction de la vitesse du moteur. La gorge annulaire définie entre les plages 68 et 70 de la valve 64 est reliée par un conduit 86 à travers un filtre 88 à la portion de la conduite d'alimentation 40, à la pression P^ reliée 10 à la sortie de la pompe de compression 44. Les gorges annulaires définies entre les plages 66 et 68 d'une part et les plages 70 et 72 d'autre part, sont reliées par des passages 92 et 94 respectivement à la portion du conduit 40 située en aval d'une valve de pressurisation-de carburant 90. Dans la position de repos présen-15 tée, l'élément de valve 64 occupe une position dans laquelle les plages 68 et 70 bloquent deux passages 96 et 98 en conduisant à une chambre 100 de part et d'autre d'un servo-piston 102 mohté coulissant dans cette dernière. Un arbre 104 solidaire du piston 102 se prolonge à travers l'une des extrémités de la chambre 100 20 et comporte à son extrémité une crémaillère 106. La crémaillère 106 coopère avec un pignon 108 fixé à un arbre 110 monté tournant de façon convenable sur des supports fixes 112. Des éléments de came 114 et 116 sont fixés aux extrémités opposées de l'arbre 112 de façon à être entraînés en rotation par ce dernier en réponse au 25 déplacement du servo-piston 102. Un palpeur 118, sollicité contre la came 114 par un ressort de compression 120,'est fixé à l'une des extrémités d'un arbre 122 monté en rotation sur un support fixe 124. L'extrémité opposée de l'arbre 122 est fixée à l'une des extrémités d'un levier 126 dont l'autre extrémité est montée 30 pivotante sur un bras 128. Un ensemble de galets (non référencés) est prévu à l'extrémité du bras 128 de façon à assurer la transmission des efforts entre un levier 136 monté pivotant sur un support fixe 138 et un plateau mobile 140 chargé par un ressort de compression 142 disposé entre un élément de retenue fixe 144 35 et le plateau 140. Une capsule sensible aux changements de la température environnante peut être disposée entre l'élément de retenue 144 et le ressort 142 de façon à compenser l'effet des changements de la température sur la force de compression du ressort 142. La force du ressort 142 est transmise par l'intermédiaire des 40 galets agencés entre le plateau 140 et le levier 136 à un prolon 69 14394 5 2007920 gement 144 solidaire de 1*élément de valve 64 de façon à maintenir ainsi une force de contre-réaction qui s'oppose à la force des masselottes centrifuge 76. Un palpeur 147 maintenu en butée contre la came 116 est fixé 5 de façon convenable à l'une des extrémités d'un arbre 148 monté tournant sur des supports fixes 150. Un levier 152 fixé à l'autre extrémité de l'arbre 148, comporte à son extrémité libre une broche 154 qui coopère avec une fente 156 prévue à l'une des extrémités d'un levier 158. L'extrémité opposée du levier 158 comporte une 10 fente 160 qui reçoit une broche 162 fixée à un arbre 164 et solidaire d'un servo-piston 168 monté coulissant dans une chambre 168. Une valve à tiroir 170 comportant des plages séparées 172, 174, 176 et 178 est montée coulissante dans un alésage 179 et comporte un prolongement 181 fixé de façon pivotante au .levier 158 entre les 15 fentes 156 et 160 prévues sur ce dernier. L'espace annulaire défini entre les plages 174 et 176 est relié par une conduite 182 à travers le filtre 88 à la partie du conduit 40, à la pression Pj_, reliée à la sortie de la pompe. Une conduite de dérivation 184 comportant une soupape tarée 186 dérive 20 le carburant à la pression Pi vers Pa conduite 182 lors d'un engorgement du filtre 88. Dans la position de repos représentée de la valve 170» les plages 174 et 176 bloquent respectivement les passages 188 et 190 conduisant aux extrémités opposées de la chambre 166. Les espaces annulaires définis entre les plages 172 et 174 et les 25 plages 176 et 178 sont reliées respectivement par des conduits 192 et 194 à la partie du conduit 40, à la pression de carburant P2, située en aval de la valve de commande de pressurisation 90. La valve de contrôle de pressurisation 90 coopère avec un orifice 196, prévu dans le conduit 40 en aval du filtre 88, de façon 30 à réguler ainsi la pression de carburant dans la partie du conduit 40 située en amont de l'orifice 196 et à maintenir cette-pression de carburant à une valeur normale P^ prédéterminée. A cette fin, la valve de pressurisation 90 est montée coulissante dans une chambre 198 et est sollicitée vers sa position de fermeture par un ressort 35 de compression 200 disposé entre la valve 90 et l'extrémité de la chambre 198 de façon à agir sur la valve 90 en position à la pression de carburant Pi de sortie de la pompe agissant sur la surface efficace de la valve 90 exposée à cette dernière. La pression de carburant d'alimentation P^, telle que commandée par la valve 90, peut 40 être automatiquement augmentée à une valeur plus importante de façon 69 14394 6 2007920 à compenser les variations de charge imposées au servo-piston 168. A cette fin, ia chambre 98 est reliée à la chambre 166 de chaque côté du servo-piston 168 par des passages 202 et 204 pourvu respectivement de deux sièges de valve alignés 206 et 208. Une valve 5 à bille flottante 210 est disposée de façon convenable entre les sièges de valve 206 et 208 de façon à couvrir complètement l'un des orifices 206 ou 208 selon la position de la valve à tiroir 170 et 1*actionnement du piston 168 dans la chambre 166. Dans le cas où le servo-piston 168 exige une pression d'alimentation de 10 carburant supplémentaire de façon à pouvoir surmonter une charge donnée imposée au piston 168 la pression de carburant d'alimentation motrice esttransmise de la chambre 166, par l'intermédiaire de l'un des orifices 206 ou 208 à la chambre 198 où cette pression agit sur la valve 90 de façon à s'ajouter à la force de rappel du ressort 200. Si l'on suppose que le régime du moteur est stabilisé normalement, le dispositif de commande de carburant décrit ci-dessus ainsi que les servo-mécanismes qui lui sont associés occupent les positions respectives représentées dans la figure. Dans le cas ,20 d'une augmentation de la vitesse du moteur, la force de réaction des masselottes centrifuge augmente en conséquence, entraînant la valve à tiroir 64 à se déplacer vers le haut à l1encontre de la force exercée contre elle par le levier 136. Lors de ce déplacement vers le haut les passages 96 et 98 se trouvent reliés respectivement 25 aux espaces annulaires définis entre les plages 68 et 70 et les plages 66 et 68. L'alimentation résultante du passage 96 à la pression de carburant d'alimentation P]_ en amont de la valve de pressurisation 90 et du passage 98 à la pression de carburant relativement plus basse P2 en aval de cette valve 90, engendre une 30 pression différentielle correspondante de part et d'autre du piston 62 qui de ce fait se déplace vers la gauche entraînant en rotation l'arbre 110 et ainsi les cames 114 et 116 qui lui sont attachées en fonction de la vitesse du moteur. Le palpeur 118 se déplace en réponse du contour de la came 114 entraînant les galets de trans-35 mission à se déplacer au delà de l'axe du pivot du levier 136. La force de référence constante exercée par le ressort 142 agit alors sur le levier 136 par l'intermédiaire d'un bras de levier qui se trouve augmenté ce qui engendre ainsi sur la valve h tiroir 164 une force de contre-réaction suffisante pour surmonter la force 40 d'opposition des masselottes 76 et permet de repositionner ainsi 69 14394 7 2007920 dans sa position de repos la valve à tiroir 164 stabilisant ainsi dans sa position le servo-piston 162. On remarquera que le carburant déplacé de la chambre 100 par le passage 96 lorsque le servomoteur 102 se déplace, passe à travers l'espace annulaire défini 5 entre les plages 66 et 68 vers le passage 92 qui à son tour est relié au conduit 40 en aval de la valve de pressurisation 90. Lors de 1'actionnement du moteur 102 le palpeur 147 est déplacé par la came 116 entraînant le levier 152 à se déplacer dans le sens des aiguilles d'une montre ce qui entraîne le levier 10 158 à se déplacer dans le sens inverse des aiguilles d'une montre par rapport à la broche 162. La valve à tiroir 170 se déplace vers le bas de façon à permettre au passage 188 d'alimenter en carburant le passage 182 par l'intermédiaire de l'espace annulaire défini entre les plages 174 et 176 et à permettre au passage 190 d'être 15 relié au passage d'évacuation 194 par l'espace annulaire défini entre les plages 176 et 178. La force de pression différentielle de carburant résultante engendrée de part et d'autre du servo-piston 168 entraîne le piston 168 et l'arbre 166 qui en est solidaire vers le haut entraînant ainsi par exemple les aubages du 20 compresseur à se déplacer en conséquence. Dans ce déplacement, l'arbre 164 sollicite le levier 158 à se déplacer dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sur la tige 154 ce qui sollicite la valve à tiroir 178 vers sa position nulle pour stabiliser ainsi en position le servo-piston 168. On remarquera que le carburant 25 déplacé de la chambre 166 vers le passage 190 lorsque le servo-piston 168 se déplace, passe à travers l'espace annulaire défini entre les plages 176 et 178 pour gagner les passages 194 et 192 et ainsi la portion du conduit 40 situffeen aval de la valve de pressurisation 90. 30 La valve à bille 210 est sensible à la différence de pression de part et d'autre du piston 168 et est ainsi sollicitée par la plus haute pression de carburant de façon à venir coopérer de façon étanche avec l'un des sièges de valve 206 et 208 de façon à relier la chambre 198 au passage 202 ou 204 qui est relié à la 35 plus haute pression d'alimentation, ou pression motrice du piston 168. Dans le cas où le piston 168 est incapable de surmonter la charge qui lui est impartie, la valve à tiroir 70 reste dans sa position acquise de façon à maintenir la communication entre les 40 passages 182 et 184 ce qui entraîne une augmentation correspondante 69 14394 8 2007920 de la pression de carburant d'alimentation fournie à la chambre 166 d'un côté du piston 168 aussi bien que dans la chambre 198 qui est reliée à cette dernière. L'augmentation de pression dans la chambre 198 agit sur la valve 90 et s'ajoute à la charge du ressort 200 5 sollicitant la valve 90 vers sa position de fermeture ce qui entraine une augmentation correspondante de la pression de carburant d'alimentation en amont de cette dernière. Si nécessaire, la valve de contrôle de pressurisation 90 répond à une augmentation de la pression d'alimentation de carburant dans la chambre 198 10 jusqu'au point de rester dans sa position de complète fermeture de façon à ce que la pression d'alimentation de carburant P^ en amont de l'orifice 196 augmente jusqu'à la pression de sortie maximum de la pompe 44 de façon à surmonter la charge opposée au piston 168 et pouvoir faire revenir la valve 170 vers sa position 15 de repos. Il est peu probable cependant que même des conditions de charge particulièrement élevées sur le piston 168 doivent exiger une telle augmentation de pressioç dans la pression de commande du servo-piston de telle sorte qu'on peut s'attendre dans ce cas à ce que la valve de contrôle de pression 90 reste suffisamment 20 ouverte pour permettre un débit de carburant dans la conduite 40 de façon à assurer un débit suffisant pour la commande de mesure de carburant. Une diminution de la vitesse du moteur à partir de régime stable supposé ci-dessus entraîne une séquence de fonctionnement 25 inverse à celle décrite précédemment. Ainsi, la valve à tiroir 64 se déplace vers le bas en réponse à une diminution de la force de sortie des masselottes centrifuge 76, le passage 96 se trouve alors relié au passage 86 à la pression d'alimentation de carburant P-, et le passage 98 au passage 94 à la pression relativement basse 30 de carburant en aval de la valve de pressurisation 90. La pression différentielle résultant de part et d'autre du piston 102 entraîne ce dernier vers la droite entraînant ainsi en rotation les cames 114 et 116 qui actionnent les palpeurs 118 et 146, respectivement. Les galets de transmission se déplacent vers l'axe de pivotement 35 du levier 136 entraînant ainsi une diminution du bras de levier effectif de ces derniers et ainsi de la force de contre-réaction appliquée sur la valve 64 par le ressort 142 de façon à équilibrer la force opposée résultante des masselottes centrifuge 76 et solliciter la valve 64 vers sa position normale de repos. 40 Le palpeur 147 entraîne le levier 152 dans la direction inverse 69 14394 9 2007920 des aiguilles d'une montre entraînant ainsi le levier 158 à pivoter autour de la broche 162 dans la direction des aiguilles d'une montre ce qui entraîne la valve à tiroir 170 à se déplacer vers le haut. La plage 176 relie le passage 190 au passage 192 à la pression 5 d'alimentation du carburant et la plage 174 relie le passage 188 au passage 192 à la pression relativement basse P2 en amont de la valve de pressurisation 90. La chute de pression différentielle résultante de part et d'autre du piston 168 entraîne ce dernier vers le bas de façon à repositionner les aubages du compresseur 10 en conséquence. Le levier 168 porté par la roue 164 suit le piston 168 et pivote autour de la broche 154 dans la direction des aiguilles d'une montre de façon à actionner la valve à tiroir 170 vers le bas vers sa position nulle pour laquelle les plages 174 et 176 bloquent les passages 188 et 190 respectivement de façon à stabi-15 lise® le piston 168 en position. On notera que le débit de sortie venant des pistons 102 et 168 retourne à la portion du conduit 40 qui se trouve en aval de la valve de pressurisation 90 de telle sorte que le débit complet de la pompe 44 soit disponible à l'ensemble formant valve de régu-20 lation de carburant 50. On remarquera qu'on peut également positionner le servo-piston 102 ainsi que le servo-piston 168 contrôlé par ce dernier en fonction d'une condition supplémentaire de fonctionnement du moteur. A cette fin, la came de contre-réaction 114 peut être 25 une came à 3 dimensions, chantournée radialement en fonction de la vitesse du moteur et axia.lement en fonction de la température de l'air à l'admission du compresseur par exemple. La came 114 peut être reliée de façon convenable par un levier 298 par exemple à un mécanisme de commande (non représenté) sensible a la température 30 d'admission de l'air entrant dans le compresseur. De cette façon, la position des aubages d'admission 38 du compresseur peut être rendue fonctmon de la vitesse du moteur et corrigée en fonction de la température d'admission d'air du compresseur. 69 14394 10 2007920 REVENDICATIONS 1) L'invention a essentiellement pour objet un dispositif de commande de débit de fluide qui est destiné à alimenter au moins un servo-mécanisme de commande par le fluide sous pression venant d'une conduite d'alimentation conduisant d'une source de pression 5 de fluide à un récepteur et comportant des moyens de commande susceptibles de régulariser un débit déterminé de fluide envoyé par ladite conduite d'alimentation à ce récepteur de fluide, est caractérisé en ce que la servo-valve commandant la pression de fluide actionnant le servo-moteur du servo-mécanisme est disposée 10 entre un conduit d'admission et un conduit d'évacuation reliés à ladite conduite d'alimentation en amont et en aval respectivement d'une valve de contrôle disposée dans ladite conduite d'alimentation en amont desdits moyens de contrôle de fluide, ladite valve de contrôle étant conçue pour réguler la pression de fluide dans 15 ladite conduite d'admission en fonction de la charge entraînée par ledit servo-moteur. 2) Dispositif de commande de débit de fluide selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite valve de contrôle est commandée en fonction de la pression différentielle motrice actionr- 20 nant au moins l'un desdits servo-moteurs de commande.