Brevet FR2103490A1 — publié le 19720414

La présente invention concerne l'alimentation en carburant liquide des moteurs du type turbine à gaz et est destinée plus particulièrement mais non limitativement à être utilisée dans les avions ou engins aériens analogues. Dans les turbines à gaz des engins aériens, il est habituel d'alimenter le moteur de propulsion en carburant à l'aide d'une pompe à carburant principale du type à déplacement positif Entraînée par le moteur et fournissant du carburant, à un rythme proportionnel à la vitesse du moteur et sous une pression élevée convenable, à un bloc de commande pour le carburant, qui déter--IO mine le retour au cSté admission de la pompe de l'excès de carburant par rapport aux exigences momentanées du moteur. Cette pompe principale à carburant est précédée par une pompe dynamique, dénommée habituellement pompe de renforcement et généralement entraînée par le moteur de propulsion, qui maintient 15 au niveau de l'entrée de la pompe à carburant principale une pression suffisante pour empêcher les phénomènes de cavitation d'apparaître dans cette dernière et pour assurer un contrôle ou urne mesure précise du débit alimentant la pompe à carburant principale. Pour assurer la continuité de 1*alimentation en carburant de 20 la pompe de renforcement, particulièrement pour des altitudes -élevées, lorsque la pression ambiante provenant des réservoirs de carburant est extrêmement faible, ces derniers étant souvent réalisés dans les ailes des engins aériens, et également du fait que les pompes dynamiques ne fonctionnent pas en auto-amorçage 25 d'une manière certaine, il est également habituel de prévoir à l'intérieur ou à proximité immédiate de chaque réservoir de carburant, une pompe dynamique basse pression supplémentaire, dénommée habituellement pompe d'alimentation d'appoint et de la placer dans une position telle que le carburant l'atteint sous l'ef— fet de la pesanteur même lorsque les réservoirs sont presque vides Ces pompes d'appoint sont entraînées chacune indépendamment du moteur de propulsion, généralement par un moteur électrique et, dans le cas d'un incendie résultant d'un écrasement de l'engin aérien entraînant la rupture du système de canalisations pour le 3 carburant, il existe donc le risque que les pompes d'appoint continuent, Œême lorsque le moteur de propulsion s'est arrêté, à pomper du fluide dans les réservoirs et à alimenter ainsi l'incendie. En outre, il n'est pas souhaitable, dans un système d'ali 71 30628 2 2103490 mentation en carburant tel que ceux construits jusqu'ici, d'interrompre le fonctionnement des pompes d'appoint aussitôt que les pompes de renforcement ont été amorcées lors du démarrage du moteur, du fait que pour maintenir le poids de l'équipement à 5 une valeur faible, la pompe de renforcement utilisée ne suffit pas en toutes circonstances pour fournir, sans l'assistance d'une pompe d'appoint, la pression minimale nécessaire au niveau de l'entrée de la pompe à carburant principale. Ce risque concerne particulièrement les altitudes élevées et par conséquent les 10 pressions d'air ambiant faibles, et il est donc susceptible d'imposer unœ limitation de l'altitude à cause de la cavitation. L'invention a pour but de permettre la réalisation d'un système d'alimentation en carburant perfectionné qui, en réduisant ce risque, rend possible d'interrompre le fonctionnement des pom-15 pes d'appoint une fois que le moteur a été démarré, réduisant ainsi les risques d'incendie dans le cas d'un écrasement de l'engin aérien. Selon l'invention, le dispositif destiné à ramener l'écoulement dénommé de recirculation du fluide ou carburant excédentaire 20 au coté admission de la pompe à carburant principale, est conçu de manière à utiliser l'énergie et, de préférence, l'énergie cinétique de cet écoulement de recirculation pour augmenter la pression du carburant au niveau de l'entrée de la pompe à carburant principale. 25 Par conséquent1 * invention est matérialisée dans un système destiné à faire passer le carburant liquide d'un réservoir ou récipient d'emmagasinage analogue à un moteur du type turbine à gaz, et destiné plus particulièrement à alimenter en carburant un moteur du type turbine à gaz destiné à la propulsion d'un 30 avion ou engin aérien analogue, comprenant une pompe à carburant principale comportant un orifice d'admission et pouvant être actionnée de manière à augmenter la quantité de carburant requise pour lui faire atteindre au moins la pression requise, une pompe auxiliaire pouvant être actionnée de manière à distribuer le car-35 burant à cet orifice d'admission à partir d'un point à faible pression et un dispositif à écoulement de recirculation destiné à ramener jusqu'à un conduit reliant le réservoir à l'orifice d'admission le carburant fourni par la pompe à carburant principale et qui est en excès par rapport aux exigences momentanées 40 du moteur, caractérisé en ce que le dispositif de recirculation 71 30628 3 21Ô3490 est relié à l'orifice d'admission de manière à introduire le carburant excédentaire retourné dans le carburant s'écoulant à partir du réservoir jusqu'à l'orifice d'admission de la pompe dans le sens de cet écoulement de manière à utiliser l'énergie 5 cinétique de l'écoulement de recirculation pour augmenter la pression totale du carburant au niveau de cet orifice d'admission L'efficacité du système selon l'invention est améliorée du fait que tandis que le débit de la pompe à carburant principale est sensiblement proportionnel à la vitesse du moteur, le rap-10 port entre les exigences du moteur en carburant et sa vitesse décroît généralement au fur et à mesure que la pression de l'air ambiant diminue avec l'augmentation de l'altitude, de sorte que dans les conditions mêmes dans lasquelles la pression fournie par la pompe de renforcement non assistée est susceptible de de-15 venir insuffisante pour empêcher l'apparition des phénomènes de cavitation au niveau de l'entrée de la pompe à carburant principale, un volume d'écoulement de recirculation relativement important est alors disponible. En outre, l'invention n'est pas strictement limitée à une 20 utilisation associée à une pompe à carburant principale à déplacement fixe, du fait que dans le cas des pompes qui n'utilisent pas sur la recirculation du carburant excédentaire pour modifier la quantité de carburant fournie au moteur, il serait faisable d'introduire un écoulement de recirculation pour permettre d'aug-25 menter la pression au niveau de l'entrée de la pompe. La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention0 La fig. 1 est une représentation schématique d'un système 30 d'alimentation en carburant constituant un mode de réalisation de l'invention. La fig. 2 est une représentation schématique en élévation avec coupe du dispositif d'injection à jet d'écoulement de recirculation selon l'invention. 35 La fig. 2a montre un autre mode de réalisation de l'inven tion dans lequel l'effet d'adhérence à la paroi, du type Coanda, est utilisé au lieu de l'effet d'un jet. Les fig. 3 et 4 montrent respectivement deux autres modes de réalisation du dispositif d'injection à jet d'écoulement de 40 recirculation. 71 30628 4 2103490 la fig» 5 est une représentation graphique d'un groupe de courbes montrant respectivement le débit fourni par une pompe à carburant principale entraînée par le moteur et du type à déplacement constant, ainsi que les exigences en carburant d'un moteur 5 du type turbine à gaz, pour diverses altitudes, tous ces éléments étant représentés en fonction de la vitesse du moteur» la fig. 6 est une représentation graphique d'un groupe de courbes montrant respectivement, pour diverses altitudes, l'augmentation de la prôssion produite par une pompe de renforcement 10 du type dynamique, entraînée par le moteur, tous ces éléments étant représentés en fonction du débit fourni et exigé par le moteur. Si l'on se réfère tout d'abord à la représentation schématique de la fig. 1, le carburant provenant d'un réservoir 1 15 logé dans une aile 1a d'un avion ou engin aérien analogue, est distribué, par une pompe d'alimentation d'appoint ou pompe complémentaire 2, montée dans le réservoir et entraînée par un moteur électrique individuel 2a, à l'entrée d'une pompe de renforcement 3, qui fait passer le carburant à l'entrée 4a d'une 20 pompe à carburant principale 4 du type à engrenage et augmente sa pression à partir de la pression de distribution de la pompe d'alimentation d'appoint 2 jusqu'à une valeur suffisante pour empêcher tout risque de cavitation dans la pompe à carburant principale. 25 A la fois la pompe de renforcement 3 et la pompe à carbu rant principale 4 sont entraînées selon un rapport constant, par l'arbre 6 du turbo-moteur 5 auquel est fourni le carburant, de sorte que ce carburant est distribué à la sortie 4b de la pompe à carburant principale sous une pression élevée et avec 30 un débit qui est sensiblement proportionnel à la vitesse du moteur, pour atteindre un dispositif ou bloc de commande 7 destiné au carburant. 0e dernier provoque la variation de la quantité par révolution du carburant qui est fourni aux brûleurs 10 du moteur 5» en fonction d'un certain nombre de données et mène 35 cette modification à bien en déterminant la mise en dérivation du carburant excédentaire jusqu'à un conduit de recirculation 8, qui ramène le carburant à l'entrée 4a de la pompe à carburant principale. Cependant, alors que dans les systèmes connus jusqu'ici ce cçnduit de recirculation est relié à l'entrée de la 40 pompe dans un élément de liaison en T simple ou dans une petite 71 30628 5 2103490 chambre de mélange, cet élément de liaison est réalisé selon, l'invention de manière à utiliser l'énergie de l'écoulement de recirculation pour augmenter la pression régnant à l'entrée 4a de la pompe à carburant principale. Dans le mode de réalisation vi-^ sible sur la fig. 1, ce résultat est obtenu en prévoyant une pompe à jet 9 du type à injection qui utilise l'énergie cinétique de l'écoulement de recirculation0 La pompe à carburant principale 4 et la pompe à jet 9 visible sur la fig. 1 sont représentées plus en détail et à une échelle plus grande sur la figo 2. TJn conduit d'injection 11 transportant le carburant de recirculation retourné par l'intermédiaire du conduit de recirculation 8 débouche sous un angle aigu dans le conduit 12 qui sert à fournir le carburant distribué par la pompe de renforce-15 ment 3 à l'entrée 4a de la pompe à carburant principale 4, de sorte que la vitesse de l'écoulement du carburant de recirculation augmente la pression régnant au niveau de l'entrée 4a de la pompe principale. De préférence, le perçage correspondant au conduit d'injection 11 présente un diamètre réduit au niveau 20 de son extrémité de sortie, correspondant au repère 13» de manière à former un ajutage d'injection destiné à convertir en énergie cinétique une partie de la pression produite par la pompe à carburant principale au niveau de son orifice de sortie 4b, au fur et à mesure que l'écoulement de recirculation pénètre dans 25 le liquide présent dans le conduit 12 et pour lequel la pression est beaucoup plus faible. Si l'on se réfère maintenant à la fig. 2a, celle-ci montre un autre mode de réalisation qui peut être utilisé à la place du dispositif à jet d'injection désigné par 9 sur la fig. 2, et 50 qui est considéré comme offrant une efficacité plus élevée. Dans ce mode de réalisation, on remplace le jet du carburant d'écoulement de recirculation produit par le conduit 11 et l'ajutage 13, par l'introduction longitudinale de l'écoulement de recirculation dans le conduit d'entrée 12, au niveau de la périphérie 35 de ce conduit, à partir d'une chambre annulaire 15 et en passant par des passages d'alimentation 16 pour atteindre une partie de paroi convergente 17, dont la transition par rapport à la surface circonférentielle du conduit d'admission 12 est conçue de façon que l'écoulement provenant des conduits 16 soit 40 retenu ou maintenu au niveau de la surface de la paroi par l'ef- 71 30628 6 2103490 fet d*adhérence à la paroi du type Coanda. De cette manière, l'énergie cinétique de l'écoulement de recirculation est effectivement utilisée pour augmenter la pression totale régnant au niveau de l'entrée 4a de la pompe à carburant principale 4. 5 Si l'on se réfère maintenant aux fig. 3 et 4, celles-ei montrent d'autres montages d'injection à jet qui peuvent également être utilisés au lieu du simple injecteur a jet 9. du type à liaison en V visible sur la fig;. 2. Dans le montage visible sur la fig. 3., le conduit 12 pour 1 o le carburant comporte une partie 14 formant tube de Yenturi et le conduit d'injection 11a pénètre radialement à travers la paroi de l'étranglement du tube de Venturi, sa partie constituant l'ajutage 13a étant recourbée selon un angle de 90° de manière à former, le long de l'axe du conduit 12, un jet à grande vites-15 se à partir du carburant retourné par le conduit de recirculation 8, ce jet étant dirigé vers l'entrée 4a de la pompe principale. Dans 1®autre montage qui est visible sur la fig. 4, le conduit transportant le carburant distribué par la pompe de renforcement 3 est conformé de manière à présenter un raccord 12a 20 se présentant sous la forme d'un L ou avec un angle de 90°» grâce auquel le carburant provenant de la pompe de renforcement 3 pénètre dans une partie da conduit rectiligne 12b qui est reliée à l'entrée de la pompe à carburant principale 4. Cette particularité permet de disposer non.seulement l'ajutage d'injection 25 mais également" le conduit d'injection 11b selon un alignement axial par rapport à la partie d'admission 12b du conduit 12 d'alimentation en carburant, évitant ainsi toute déviation de l'écoulement de recirculation qui pourrait apparaître peu de temps avant son accélération dans la partie d'ajutage 13b et augmen-30 tant ainsi le rendement de ce dernier. D'après ce qui précède, il est facile de se rendre compte que pourvu qu'un écoulement de recirculation suffisant soit disponible, 1* invention permet d'interrompre le fonctionnement des pompes d'alimentation d'appoint associées aux pompes à carburant 35 individuelles, immédiatement après le démarrage du turbo-moteur et de les maintenir hors service sauf lorsque, alors que l'engin aérien vole à une altitude élevée avec du carburant provenant d'un réservoir presque vide, il existe un risque de tampon de gaz ou bulle d'air dans le conduit reliant le réservoir 1 à l'en-40 trée de la pompe de renforcement -3, et même dans ce cas le 71 30628 7 2103490 fonctionnement des pompes d * alimentation d'appoint 2 peut être à nouveau interrompu quand la pression ambiante augmente à l'approche du niveau du sol, c'est-à-dire avant qu'il n'y ait aucun risque appréciable d'écrasement de l'engin aérien. cj l'étude des fig. 5 et 6 montre qu'il existe en pratique un volume d'écoulement de recirculation qui est suffisant pour permettre d'atteindre les buts que s'est fixée l'invention, ce volume étant assuré sans qu'il soit aucunement nécessaire d'augmenter les dimensions de la pompe à carburant principale. -10 Selon la fig. 5» la quantité totale de carburant fournie par la pompe à déplacement fixe 4- qui est commandée par le moteur, est exprimée en fonction de la vitesse du moteur sous la forme de la ligne droite A issue de l'origine 0 dans le système de coordonnées cartésiennes, alors que les exigences du moteur en 15 carburant, au niveau de la mer, à 3000 mètres (10 000 pieds) au-dessus du niveau de la mer, et à 6000 mètres (20 000 pieds) au-dessus du niveau de la mer, sont représentées respectivement par les lignes courbes B, 0 et D. En comparant les lignes B, C et D avec la ligne A, il est facile de se rendre compte que, sauf 20 lorsque le moteur doit fonctionner à une vitesse proche de sa vitesse maximale au niveau de la mer, il existe un excès considérable d'écoulement de carburant fourni par la pompe à carburant principale par rapport aux exigences du moteur en carburant et, par conséquent, il existe un écoulement de recirculation disponi-25 ble qui est considérable dans le conduit de recirculation 8. Selon la fig. 6, l'augmentation de la pression fournie par la pompe de renforcement 3 est représentée en fonction de l'écoulement ou du débit du carburant, la courbe supérieure E représentant ces valeurs au niveau de la mer, alors que les courbes 30 f et 5 représentent respectivement ces valeurs pour des altitudes de 3000 mètres (10 000 pieds) et de 6000 mètres (20 000 pieâs) au-dessus du niveau de la mer. Il apparaît à l'évidence qu'au niveau de la mer, la pompe de renforcement est capable de fournir sensiblement son augmen-35 tation de pression maximale tout le long de sa gamme de vitesses de fonctionnement, et que même pour des altitudes de 3000 mètres et de 6000 mètres, une augmentation de pressioh. proche de la valeur maximale est maintenue jusqu'à ce qu'approximativement la moitié de l'écoulement maximal soit atteint, alors qu'au delà de 40 cette valeur d'-écoulement il apparaît une diminution progressive 71 30628 8 2103490 du gain de pression disponible, cette diminution devenant plus prononcée pour l'altitude la plus grande0 Si l'on se réfère à nouveau à la fig. 5» celle-ci montre cependant que dans les conditions mimes pour lesquelles le gain 5 de pression de la pompe de renforcement est susceptible de devenir insuffisant, -un écoulement de recirculation tout à fait considérable est disponible pour réaliser les buts de l'invention et provient de la distribution de la pompe à carburant principale même si cette dernière est conçue de façon à être simplement suf-10 fisante pour couvrir les exigences maximales du moteur lorsque ce dernier fonctionne à sa vitesse maximale et sous une pression ambiante correspondant à celle du niveau de la mer. Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans 15 s'écarter de l'invention. 71 30628 9 2103490 BEVEHDICATIOHS 1, Système pour faire passer un carburant liquide provenant d'un réservoir ou d'un récipient d'emmagasinage analogue à un moteur du type turbine à gaz, plus particulièrement pour alimen- 5 ter en carburant liquide un moteur du type turbine à gaz destiné à la propulsion d'un avion ou engin aérien analogue, comprenant une pompe à carburant principale comportant une entrée et pouvant être actionnée de manière à augmenter la quantité de carburant requise jusqu'à atteindre au moins la pression requise, une pompe 10 auxiliaire pouvant être actionnée de manière à distribuer le carburant à cette entrée à partir d'un point à faible pression et un dispositif à écoulement de recirculation destiné à ramener jusqu'à un conduit reliant le réservoir à cette entrée le carburant fourni par la pompe à carburant principale et dont la quantité 15 dépasse les exigences momentanées du moteur, caractérisé en ce que le dispositif de recireulation est relié à cette entrée de manière à introduire le carburant excédentaire retourné dans le carburant s'écoulant à partir du réservoir pour atteindre l'entrée de la pompe dans le sens de cet écoulement de manière à uti-20 liser l'énergie cinétique de l'écoulement de recirculation pour augmenter la pression totale du carburant au niveau de cette entrée. 2. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de recirculation comprend un conduit d'injection 25 qui injecte le carburant excédentaire retourné dans un conduit dans lequel le carburant s'écoule à partir du réservoir pour atteindre l'entrée de la pompe principale sous la forme d'un jet dont le sens coïncide sensiblement avec le sens de l'écoulement du carburant dans ce conduit. 50 3» Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de recirculation comprend un organe destiné à introduire le carburant excédentaire retourné dans un conduit amenant le carburant provenant du réservoir à l'entrée de la pompe principale à l'aide d'un effet d'adhérence à la paroi du type 35 Coanda de manière à diriger le carburant ramené le long de la paroi de ce conduit dans la direction de l'écoulement provenant du réservoir. 4. Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de recirculatioa 40 est relié au conduit au niveau d'un point situé entre la pompe 71 30628 10 2103490 auxiliaire et cette entrée. 5. Système suivant la revendication 1, dans lequel le réservoir ou récipient d'emmagasinage analogue comprend un réservoir de carburant équipé d'une pompe d'alimentation d'appoint 5 pouvant être actionnée indépendamment du moteur à turbine pour assurer la distribution du carburant provenant du réservoir au réservoir auxiliaire, caractérisé en ce que le carburant excédentaire retourné est introduit dans l'écoulement provenant du récipient d'emmagasinage et alimentant l'entrée de la pompe principa-^g le de manière à maintenir, d'un bout à l'autre de l'opération d'auto-entretien du moteur à turbine, la pression régnant au niveau de l'entrée au-dessus de la valeur minimale requise pour éviter tout phénomène de cavitation. 6. Système suivant l'une quelconque des revendications pré-15 cédentes, caractérisé en ce que la pompe à carburant principale est une pompe à déplacement fixe entraînée par le moteur, le moteur étant équipé d'un régulateur de carburant qui détermine la mise en dérivation de l'excès de carburant distribué par la pompe, en le faisant passer par le dispositif d'écoulement de recir-20 culation pour atteindre l'entrée de la pompe principale. 7. Dispositif d'injection d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit destiné à l'écoulement du fluide devant être injecté au niveau d'un point de consommation, ce conduit comportant une paroi contenant des organes formant passages pour 25 l'introduction dans ce conduit de l'écoulement d'un fluide à grande vitesse, sous un petit angle par rapport à la direction de cet écoulement, la liaison de transition entre ces passages et le conduit étant conçuede manière à faciliter l'adhérence à la paroi, du type Coanda, du fluide à grande vitesse avec la paroi 30 du conduit.