Brevet FR2030226A1 — publié le 19701113

La présente invention est relative à un dispositif hydraulique de réglage de débit de fluide, notamment applicable ,aux commandes d'alimentation en carburant pour moteurs à turbine à gaz, et dont le fonctionnement est régi par l'écart existant entre une valeur de 5 consigne et la valeur instantanée d'une grandeur variable influencée par le débit de fluide. Il est connu d'employer en ce domaine des dispositifs comportant une valve à section de passage variable jouant le rôle d'organe de réglage de débit de carburant, et une valve de dérivation qui agit 10 pour maintenir constante la perte, de charge subie par le fluide à la traversée de ladite valve de réglage. Il est pareillement connu d'associer à de tels dispositifs des systèmes de commande propres à leur- imposer un mode de fonctionnement par intégration et/ou avance de phase. Ces systèmes de commande comportent toutefois, surtout 15 lorsque les dispositifs en cause sont de nature hydraulique ou hydro-mécanique, un grand nombre de valves, clapets, pistons, membranes, leviers etc., qui leur confèrent une certaine complexité et accroissent fâcheusement leur poids aussi bien que leur encombrement. De tels inconvénients peuvent rendre leur emploi indésirable ou même impos-20 sible dans certains domaines d'application et notamment en aéronautique. Il est d'autre part évident que fiabilité et précision s'acco-modent mal, en règle générale, d'excès de complexité. Iâ. présente invention a pour objet un dispositif hydraulique de réglage de débit de fluide du type rappelé ci-dessus, fonction-25 nant par intégration et/ou avance de phase, et conçu pour allier compacité et simplicité. Ce dispositif qui comporte donc une valve de réglage à section de passage variable agissant par sa position sur le débit de fluide à contrôler, une valve de dérivation actionnée par un organe sensible à une pression différentielle et agencée pour 30 maintenir constante par ses déplacements la perte de charge à la traversée de la valve de réglage, et un organe de commande conçu pour modifier la position de ladite valve de réglage en fonction des variations d'un signal d'entrée approprié, est plus particulièrement caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant d'asser-35 vir temporairement audit organe de commande ladite valve de dérivation de manière à rendre inopérant son propre organe d'actionnement et à la solidariser initialement avec ladite valve de rélgage lors d'une variation du signal d'entrée, l'action desdits organes s'effaçant ensuite devant ceQLe dudit organe d'actionnement qui reprend 69 44052 2030226 alors sa fonction de commande de la valve de dérivation. Ainsi donc, ■ lorsque varie le signal d'entrée, la valve de dérivation cesse momentanément de maintenir constante la perte de charge à la traversée de la valve de réglage; elle lui impose au contraire une variation, que 5 des dispositions constructives précisées ci-après permettent de déphaser en avance sur celle obtenue par la seule ouverture de la valve de réglage, ce après quoi l'organe d'actionnement qui lui est associé l'oblige à reprendre sa fonction première. les caractéristiques et particularités de fonctionnement du 10 dispositif suivant l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante relative à un exemple non limitatif de réalisation et donnée avec référence au dessin en annexe représentant un tel dispositif en coupe schématique , supposition étant faite pour fixer les idées que le dispositif en question soit appliqué a la 15 commande d1 alimentation en carburant pour un moteur à turbine à gaz de type aviation. Ce moteur sehématiquement représenté en 20 sur le dessin, est alimenté en carburant par une canalisation 22 à partir d'un réservoir 26 et d'une pompe 24 entraînée par le moteur et élevant la pression 20 du carburant d'une valeur relativement basse PQ à. une valeur supérieure Pl. Entre le refoulement de la pompe 24 et l'admission au moteur 20 est.interposé le dispositif de réglage de débit objet de la présente invation, généralement désigné par le repère 28. Une canalisation de dérivation 30 permet le renvoi en amont de la pompe 24 d'une fraction 25 du débit de carburant refoulé par celle-ci et fournit en même temps au dispositif de réglage 28 une basse pression de référence P0 à. des fins qui seront précisées ci-après. Le fonctionnement du dispositif est régi par un signal d'entrée élaboré en fonction de l'écart existant entre une valeur de consigne 30 définie par la position d'un levier ou d'une manette de commande 32, qu'un biellage 34 transmet au dispositif, et la valeur-instantanée d'une grandeur variable directement influencée par le débit de carburant à 1 émission du moteur 20, telle par exemple qu'une vitesse de rotation, une pression ou une température , et mesurée par un or-25 gane ou capteur approprié sehématiquement indiqué en 36. Le dispositif de réglage proprement dit 28 est contenu à l'intérieur d'un boîtier 38 pourvu d'un orifice d'admission 40 et d'un orifice de sortie 42, auxquels se raccordent respectivement les sections amont et aval de la canalisation 22, d'un orifice de dérivation 44 4Q auquel se raccorde la canalisation 30, et d'un orifice 46 qu'un élé 69 44052 3 2030226 ment de tuyau 48 raccorde à cette même canalisation 30 afin d'alimenter en fluide sous pression PQ une chambre 112 du boîtier. A l'intérieur du boîtier 38, les orifices 40 et 42 sont mis en communication par "un passage 50 incluant un orifice fixe de valve 52. 5 Pareillement, les orifices 40 et 44 sont reliés par un passage 54 incluant un orifice fixe de valve 56. Un axe-support coulissant 58 à corps cylindrique s'engage et est guidé dans ses déplacements à travers trois ouvertures alignées 60,62,64 ménagées dans autant de cloisons transversales du boîtier 10 38. La partie supérieure de l'axe-support 58 est creuse et débouche dans le passage 50, en aval de l'orifice de valve 52, par l'intermédiaire d'un orifice calibré 66 dont l'ouverture est contrôlée par un clapet sphérique 68. Ce dernier estlui-même relié par une tige 70 à une pièce 72 en forme de soupape circulaire dont la position par 15 rapport à l'orifice 52 détermine la section de passage utile offerte à l'écoulement du carburant entre l'orifice 40 et l'orifice 42. La soupape 72, qui constitue à proprement parler la valve de réglage du dispositif décrit, est élastiquemat montée sur l'axe-support 58 par l'intermédiaire d'un ressort de compression 74 prenant appui sur un 20 épaulement 76, la force à laquelle elle est ainsi soumise est normale— ment équilibrée par celle qu'exerce sur elle la différence des pressions P} et P2 régnant respectivement en amont et en aval de l'orifice 52 , différence qui sera simplement désignée ci-après "perte de charge" à la traversée de la valve de réglage. 25 Une pièce de révolution 78, jouant le rôle.de valve de dérivation , est montée coulissante sur l'axe-support 58 et présente à une de ses extrémités un épanouissement 80 en forme de bride ou de piston différentiel, percé d'une ouverture contenant un orifice calibré d'étranglement 82. Ce piston, qui constitue l'organe d'actionnement normal de la valve de dérivation, est exposé sur laplus petite de ses faces à la pression P-j régnant dans une chambre annulaire 84 mise en communication avec le passage 54 en amont de l'orifice de valve 56, et sur son autre face à mie pression de commande variable Px établie à l'intérieur d'une chambre 86. Cette dernière communique avec le pas-35 sage 50 en aval de l'orifice 52 par l'intermédiaire de la partie creuse 88 de l'axe-support 58, cette communication étant naturellement contrôlée, et la pression Px conséquemment modulée, par la position relative du clapet 68 et de l'orifice 66. L'autre extrémité de la valve de dérivation 78, de forme conique ou tronconique, détermine par 4P sa position relativement à l'orifice de valve 56 la section de 69 44052 2030226 passage utile offerte au carburant entre l'orifice 40 et l'orifice 44. la valve de dériyation 78 comporte elle-même un alésage intérieur qu'une cloison 90 solidaire de l'axe-support 58 divise en 5 deux chambres annulaires 92 et 94 que des orifices d'étranglement 96 et 98, respectivement, mettent en communication avec un passage 100 ménagé dans l'axe-support 58, lequel passage débouche à son tour dans le. passage 54 en aval de l'orifice 56. Ces deux chambres sont ainsi emplies de fluide sous pression Po e^les ont pour 10 rôle, comme montré ci-après, de servir d'amortisseur hydraulique bi-directionnel en s'opposant temporairement aux mouvements relatifs de la valve de dérivation 78 et de l'axe-support 58. A l'extrémité de l'axe-support 58 opposée à celle qui porte la valve de réglage, est formé un épanouissement radial 102 ou pis-15 ton différentiel, reçu en coulissement dans une chambre 104 du boîtier 38 et jouant le rôle d'organe de commande pour le dispositif, la chambre 104 communique à sa partie supérieure avec le passage 54 et est ainsi alimentée en fluide sous pression P-j par l'intermédiaire d'un canal 106, et à sa partie inférieure avec la chambre 20 112 emplie de fluide sous pression PQ Par l'intermédiaire d'un-canal 108 et d'un orifice de valve 110. Une ouverture pratiquée dans l'épaisseur du piston 102 et munie d'un orifice calibré d'étranglement 114 relie entre elles les deux parties de la chambre 104, laissant ainsi s'écouler une veine de fluide en direction de 25 la chambre 112 et créant une perte de charge de part et d'autre du piston 102, laquelle est fonction de l'ouverture effective de l'orifice de valve 110. Cette ouverture est à son tour contrôlée par la position d'un clapet 116 porté par un levier comparateur 118 dont les déplacements sont commandés, d'une part, par ceux de 30 la manette 32 et du biellage 34 qui lui est associé, et d'autre part par les signaux reçus du capteur 36 et convertis de façon appropriée en déplacements mécaniques. le dispositif de réglage ci-dessus décrit fonctionne de la manière suivante : 35 supposition faite qu'à l'instant initial ses divers éléments constitutifs occupent une position stable en réponse à un degré d'ouverture donné de la valve de commande 110-116. A travers l'orifice 52 s'écoule en direction du moteur 20 un certain débit de carburant, fonction de la section de passage définie par 40 la paition de la soupape 72 de la valve de réglage ainsi que de la perte de charge P-j -P2 établie au droit de cette dernière. Cette per 69 44052 5 2030226 te de charge est elle-même maintenue constante contre toute influence perturbatrice extérieure par la valve de dérivation 78 dont la position est définie par l'équilibre des actions exercées, d'une part, par la pression Px sur une face du piston 80, et d'autre part par 5 la pression P1 sur l'autre face de cemême piston et par la pression PG sur la valve proprement dite. Supposons à présent que la manette de*commande 32 soit déplacée dans le sens correspondant à une réduction du débit de carburant. Cette manoeuvre a pour effet de faire pivoter le levier 118 dans le 10 sens horaire autour de son extrémité droite et de rapprocher ainsi le clapet 116 de l'orifice 110. Il en résulte une réduction du débit & fluide en direction de la chambre 112 et de la pression différentielle agissant sur le piston 102; celui-ci commande en conséquence un déplacement de l'axe - support 58 et de la soupape 72 vers 15 l'orifice de valve 52. La valve de dérivation 78 est tout d'abord entraînée dans ce déplacement de l'axe-support en vertu de l'effet amortisseur exercé par les chambres annuiires 92, 94- et leurs orifices d'étranglement respectifs 96,98. Tout se passe donc, à ce moment, comme si la valve 20 de dérivation 78 était asservie à l'organe de commande que constitue le piston102. Par son mouvement,' ladite valve accroît la section de passage utile au droit de l'orifice 56 et le débit de carburant renvoyé à l'admission de la pCsape 24 par la canalisation 30; il en résulte un abaissement de la pression P-j , donc également de la perte 25 de charge P^ -?2 subie par le carburant à la traversée de la valve de réglage 72, Dans le même temps, cette dernière en se rapprochant de l'orifice 52 réduit la section de passage utile de celui-ci et le débit de carburant en direction du moteur 20; il en résulte un abaissement de la pression P2 tendant à élever la valeur de la perte • de charge Pf —P2 ♦ Toutefois, et conformément à un aspect de l'invention, la valve de dérivation 78 est construite de manière à présenter une caractéristique ouverture /déplacement de pente supérieure à celle de la valve de réglage 72. Il s'ensuit une prédominance de l'action de 3a première sur celle de la seconde, avec pour résultat une y,- décroissance de la perte de charge P-j -?2 qui ajoute ses effets à ceux de la réduction de section de passage en 52 et contribue ainsi à la réduction du débit de carburant. La valve de dérivation 78 se trouve ainsi exercer, grâce aux dispositions constructives adoptées, une action qui est en avance de phase sur celle de la seule valve 40 de réglage 72. 69 44052 6 2030226 Au fur et à mesure que diminue le débit de carburant fourni au moteur 20, la variation résultante de la grandeur mesurée par'le capteur 36 déplace à son tour le levier 118 dans un sens tendant à rouvrir l'orifice 110, et par conséquent à accroître la pression 5 différentielle agissant sur le piston 102. On notera à ce sujet que ce dernier exerce une fonction intégratrice puisque sa vitesse de déplacement est fonction de-1'amplitude de l'écart mesuré par le levie comparateur 118 entre valeur de consigne et valeur instantanée de la variable contrôlée. Le piston 102 s'immobilise lorsque la pression .|0 dans la chambre 104 en aval de l'étranglement 114, elle même modulée par la position relative du clapet 116 et de l'orifice 110, atteint une valeur qui, rapportée à la pression P^ régnant en amont, est en raison inverse du rapport des sections du piston 102 sur lesquelles elles s'exercent. ^ A mesure que l'écart entre les signaux d'entrée tend à s'annuler le mouvement de la valve de réglage en direction de l'orifice 52 se ralentit. Par ailleurs, la réduction de la perte de charge P^ -?2 dése quilibre la soupape 72 que le ressort 74 repousse vers l'extérieur, entraînant la fermeture de l'orifice 66 par le clapet 68. La pression 2q Px dans la chambre 86 s'élève en conséquence et le piston 80, qui comme le piston 102 exerce une action intégratice et n'atteint un état d'équilibre que pour un rapport déterminé des pressions P^ et Px auxquelles il est soumis, reprend sa fonction de commande vis-à-vis de la valve de dérivation 78 qu'il repousse progressivement en 2^ direction de l'orifice 56 à 1'encontre de la résistance opposée par le dispositif amortisseur d'asservissement temporaire. Le mouvement de fermeture de la valve de dérivation 78 entraîne un relèvement de la pression P^, donc de la perte de charge P^ -P2 au droit de la valve de réglage 72. La soupape- de cette dernière comprime à nouveau le ressort 74- et décolle le clapet 68 de son siège, recouvrant ainsi l'orifice 66 et provoquant une baisse de la pression Px tendant à rétablir 1'équilibre du piston 80. La valve de dérivation 78 reprend ainsi sa fonction normale de régulation de la perte de charge P-j -P2 à la traversée de la valve de réglage 72. 35 II va naturellement de soi que les diverses' phases du processus ci-dessus décrit se reproduiraient en sens opposé si l'on manoeuvrait la manette 32 dans le sens d'un accroissement du débit de carburant au moteur 20. - Il est enfin à peine besoin de souligner le caractère,schéma- 40 tique de la représentation du dessin ci-annexér où ont été systè- 69 44052 7 2030226 matiquement omis, aux fins de simplification, les nécessaires joints d'étanchéité entre parties du dispositif emplies de fluide à des pressions différentes, ainsi que les couvercles ou autres moyens d'accès indispensables tant au montage qu'à l'entretien du dispositif décrit. Celui-ci constitue d'ailleurs qu'un exemple des possibilités de mise en oeuvre de la présente invention et ne saurait être regardé comme présentant un quelconque caractère limitatif. 69 44052 8 2030226 REVENDICATIONS 1. Dispositif hydraulique de réglage de débit de fluide du type comportant une valve de réglage à section de passage variable agissant par saposition sur le débit de fluide à contrôler, une valve de dérivation actionnée par un organe sensible à une pression 5 différentielle et agencée pour maintair constante par ses déplacements la perte de charge à la traversée de la valve de réglage, et un organe de commande conçu pour modifier la position de iladite valve de réglage en fonction des variations d'un signal d'entrée approprié, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour asservir tempo- 10 rairement,audit organe de commande ladite valve de dérivation de manière à rendre inopérant son propre organe d'actionnement et à la solidariser initialement avec ladite valve de réglage lors d'une variation du signal d'entrée, l'action desdits moyens s'effaçant ensuite devant celle dudit organe d ' actLonnement qui reprend alors 15 sa fonction de commande de la valve de dérivation. 2. Dispositif selon la revendication 1 et dans lequel la valve de réglage est portée par un axe-support coulissant solidaire dudit organe de commande caractérisé en ce que la valve de dérivation est elle-même montée coulissante sur ledit axe-support et en ce que 20 lesdits moyens d'asservissement temporaire consistent en un amortisseur bi-directionnel conçu pour s'opposer momentanément à leur mouvement relatif. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit amortisseur comprend une paire de chambres annulaires 25 formées à l'intérieur de la valve de dérivation et séparées l'une de l'autre par une cloison solidaire dudit axe-support, un passage approprié dans ce dernier pour mettre ces chambres en communication avec une source de fluide, et une paire d'orifices d'étranglement agencés de manière à retarder l'écoulement de fluide entre lesdites 30 chambres et ledit passage. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3» caractérisé en ce que la valve de dérivation comporte une partie en forme de piston différentiel constituant son organe d'actionnement, ledit piston étant exposé sur une de ses faces à la pression régnant en amont 35 de la valve de réglage et sur son autre face à une pression de commande variable établie à l'intérieur d'une chambre communiquant avec l'amont et avec l'aval de la valve de réglage respectivement à travers un orifice calibré d'étranglement et à travers un orifice 69 44052 9 2030226 contrôlé par un clapet mobile. 5. Dispositif selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que la valve de réglage comporte une pièce en forme de soupape exposée aux actions antagonistes de la différence des pressions 5 régnant en amont et en aval de ladite valve et d'un ressort interposé entre ladite soupape et l'axe-support. 6. Dispositif selon les revendications 4 et 5» caractérisé en ce que ledit clapet mobile est porté et actionné par ladite soupape. 10 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 et dans lequel la valve de réglage coopère avec un orifice fixe disposé eifcre un orifice d'admission de fluide sous pression et un orifice de sertie raccordé à un récepteur tandis que la valve de dérivation coopère avec un autre orifice fixe pour renvoyer une fraction variable du 15 fluide reçu audit orifice d'admission vers une source de fluide à relativement basse pression, caractérisé en ce que ladite valve de dérivation est construite de manière à présenter une caractéristique ouverture/déplacement de pente supurieure à celle de ladite valve de réglage. 20 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit organe de commande comporte un piston différentiel sensible à la perte de charge subie par une veine de fluide en s'écoulant à travers un orifice d'étrangement calibré, et une valve de commande agencée de manière à moduler le débit de ladite veine 25 de fluide en fonction des variations du signal d'entrée. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit signal d'entrée est élaboré par un mécanisme détecteur d'écart conçu pour comparer entre elles les positions d'un levier ou d'une manette de commande définissant une valeur de consigne et d'un or-30 gane mesurant la valeur instantanée d'une grandeur variable influencée par le débit de fluide à travers la valve de réglage.