Brevet FR2101093A1 — publié le 19720331

La présente invention a pour objets un mécanisme actionné par la pression d'un fluide et un système de réglage de l'admission du combustible dans une turbine à gaz comportant un tel mécanisme. I1 a été antérieurement proposé d'utiliser, dans les systèmes d'alimentation en combustible des turbines à gaz, d'actionner un régulateur de réglage du débit du combustible au moyen d'un signal constitué par une pression d'air dérivée de pressions d'air prises en divers points du compresseur du moteur. Ce signal de pression d'air est obtenu en faisant circuler de l'air de l'une des prises de pression à l'autre au travers d'un système d'orifices dont l'un a une section de passage qui varie sous l'action d'une commande de régulation. Nais, dans un tel système, des difficultés se présentent lorsque-l'air prélevé sur les prises d'air du compresseur contient des impuretés, lesquelles peuvent obturer lesdits orifices. La présente invention-a pour objet de supprimer lesdits orifices par l'emploi de signaux constitués par des pressions d'air statiques. Selon l'invention, le mécanisme actionné par la pression d'un fluide qui en fait l'objet et qui est destiné à titre inc3r- poré dans le système de réglage de l'admission du combustible dans une turbine à gaz comprend : un carter ; une chambre située dans ce carter et dans laquelle sont logées une première et une deuxième cellule sensibles à la pression qui existe dans la chambre, chacune de ces cellules se contractant lorsqu'un premier signal de pression d'air est envoyé dans la chambre, la première cellule comportant un orifice d'entrée qui permet de lui appliquer intérieurement un signal de pression d'air et ayant l'une de ses extrtmités fixée dans le carter,-et la deuxième cellule étant sous vide intérieur ; un premier levier logé dans le carter et pivotant par rapport à celui-ci par lkne de ses extrtmités, des connexions pivotantes étant formées entre ce premier levier et, respectivement, l'autre extrtmité de la première cellule et l'une des extrtmités de la deuxième cellule, ces connexions pivo tantes étant situées à distance 1' une de 1 'autre sur la longueur du premier levier ; un deuxième levier pivotant dans la chambre par l'une de ses extrtmités et relié à son autre extrémité avec la deuxième cellule par une connexion pivotante ; un troisième levier pivotant dans la chambre ; une biellette reliant le deuxiè- me et le troisième levier ; une butée associée au premier levier et qui vient en contact avec le troisième levier lorsque le rapport de la valeur du deuxième signal de pression d'air à celle du premier dépasse une valeur qui est déterminée par la construction du système constitué par les leviers et la biellette ; et une butée logée dans la chambre et contre laquelle le premier levier vient s'appliquer lorsque la valeur dudit rapport des pressions est inférieure à ladite valeur déterminée ; ce par quoi le couple appliqué sur le troisième levier est à la fois fonction des deux signaux de pression lorsque la valeur dudit rapport dépasse ladite valeur déterminée et est seulement fonction de la pression du premier signal lorsque la valeur de ce rapport est inférieure à ladite valeur déterminée. L'invention a aussi pour objet un système de réglage de l'admission du combustible dans une turbine à gaz, ce système comprenant le mécanisme décrit ci-dessus. La description qui va suivre, et les dessins annexés donnés surtout à titre d'exemples non limitatifs, feront mieux comprendre comment la présente invention peut titre réalisée. Sur les dessins annexés - la figure 1 représente schématiquement une partie d'un système conforme à l'invention et assurant la régulation de l'admission d'un combustible ; et - la figure 2 est une coupe schématique faite dans un mécanisme actionné par la pression d'un fluide et compris dans le système de régulation de la figure 1. Be système de régulation représenté sur la figure 1 comprend une oe upape régulatrice 10 qui tourne dans un manchon de portée 11. La soupape 10 est percée de deux orifices de régulation triangulaires 12 qui agissent en coopération avec le manchon de portée lorsque la soupape 10 se déplace sous l'action d'un levier 13 et règlent ainsi le débit d'un combustible entre une tuyauterie d'arrivée de combustible sous forte pression 14 et deux tuyauteries de distribution, 15 et 16, qui alimentent respectivement la tubulure d'admission des brtleurs principaux et celle des brûleurs pilotes d'un moteur associé 60. La chute de pression dans la soupape 10 est réglée par un mécanisme 17 qui comprend une soupape similaire à la soupape 10 mais qui est repoussée en direction axiale dans un sens par un régulateur 18 et par la pression de sortie du combustible, et en sens opposé par la forte pression d'entrée du combustible. La position du levier 13 est déterminée par un mécanisme hydraulique piston-cylindre 19 dont le piston est constamment repoussé par un ressort dans le sens qui repousse la soupape 10 vers sa position de débit de combustible minimale, laquelle est déterminée par une butée 20. Les pressions qui s' appliquent sur l'autre face du piston du'mécanisme 19 sont déterminées par un dispositif 21 de réglage de la pression d'air, lequel est représenté en détail sur la figure 2. Ce dispositif 21 de réglage de la pression d'air comprend un carter 22 percé de trois orifices d'entrée 23, 24 et 25. Ces orifices sont reliés respectivement avec l'une; différente, de trois prises de pression situées sur le compresseur de la turbine, laquelle est une turbine à trois rotors. L'orifice d'entrée 23 est relié à une prise de pression (P1) située sur l'entrée dù compresseur, l'orifice d'entrée 24 est relié à une prise de. pression (P3) située sur le deuxième étage du compresseur, et l'orifice d'entrée 25 est relié à une prise de pression (P4) située sur la sortie du troisième étage du compresseur. Ce dispositif de réglage 21 comporte aussi une commande mécanique qui s'effectue par l'effet des mouvements longitudinaux d'une tige 26 reliée à la commande de l'accélération. Le carter 22 forme deux chambres d'air, 27 et 28, dans lesquelles débouchent respectivement des orifices d'entrée 24 et 23. La chambre 27 renferme deux cellules sensibles à la pression constituées par deux soufflets élastiquement expansibles 29 et 30. Le soufflet 29 est rattaché au carter par l'une de ses extrémités et son volume intérieur est en communication avec l'orifice d'entrée 25. L'autre extrtmité du soufflet 29 pivote sur un levier 31, lequel est rattaché par l'une de ses exfrtmités au carter 22 par une connexion pivotante. Ainsi qu'on le voit sur la figure 2, la pression dans la chambre 27 tend constamment à contracter le soufflet 29; ce qui a pour effet l'application sur le levier 31 d'une force qui tend à le faire pivoter en sens inverse de la rotation des aiguilles d'une montre. La pression intérieure de ce soufflet tend à faire pivoter ie levier 31 en sens inverse. Le soufflet 30, dans lequel le vide est fait, pivote par l'une deses extrémités sur un deuxième levier 32 qui est rattaché au carter à l'une de ses extrémités par une connexion pivotante. L'autre extrtmité du soufflet 30 pivote sur le levier 31 en un point plus éloigné de la connexion pivotante qui relie le levier 31 au carter 22 que ne l'est celle qui le relie au soufflet 29. Un troisième levier 33 pivote dans le carter du dispose tif. Ce levier 33 peut venir en contact avec une butée 34 associée au premier levier 31. En fait, dans le mode de réalisation de l'invention décrit, cette butée 34 fait partie du soufflet 29, mais on comprend aisément qu'elle pourrait titre située en un point différent du levier 31 si l'utilisation envisagée pour le dispo actif le nécessitait. Une biellette 35 pivote respectivement par l'une et l'autre de ses extrtmités sur le levier 31 et sur le levier 33. Il est prévu dans le carter un épaulement de butée 36 contre lequel peut venir s'appliquer l'estrtmité libre du levier 31 lorsque le moment résultant des forces appliquées sur ce levier par les soufflets 29 et 30, qui provient du signal de pression d'air P3, surpasse le moment appliqué en sens inverse sur ce levier par le soufflet 29 et qui provient du signal de pression d'air P4. On remarquera d'après la construction du mécanisme que cette condition est satisfaite lorsque la valeur du rapport P4/r3 est supérieure à une valeur prédéterminée. Lorsque la valeur de ce rapport dépasse ladite valeur prédéteiminée; le moment en sens inverse de la rotation des aiguilles d'une montre qui résulte des forces appliquées sur le levier 33 par la biellette 35 et par la butée 34 s'exprime par relation suivante G = K L(P4 - a P3) + b dans laquelle : K est une constante, a est ladite valeur prédé terminée dudit rapport et b est une constante qui dépend de la longueur des bras de levier qui entrent en jeu. Lorsque ledit rapport est inférieur à a, le moment appliqué en sens inverse de la rotation des aiguilles d'une montre sur le levier 33 par la biellette 35 (le levier 33 n'étant plus en contact avec la butée 34) est donné par la relation suivante : G = EbP5 Un piston 37 qui coulisse dans un alésage cylindrique du carter est agencé de façon à fournir une force qui équilibre les moments appliqués en sens inverse de la rotation des aiguilles d'une montre sur le levier 33. Ce piston 37 est muni d'une tige de piston 38 qui pivote sur l'extrtmité du levier 33 la plus éloignée de la biellette 55 et de la butée 34. Ce piston est percé d'un orifice 39 dont la section d'entrée efficace est fonction de la distance qui le sépare de la paroi de fond de l'alésage dans lequel coulisse ce piston.Sur sa face la plus rapprochée du levier 33, ce piston reçoit la pression du combustible sous basse pression, et l'alésage dans lequel il coulisse est relié à la tuyauterie d'alimentation 14 sous forte pression par un conduit qui forme un étranglement 40. Gn comprend donc que la pression du combustible dans ledit alésage est fonction de la distance qui sépare le piston 37 de la Paroli de fond de cet alésage de sorte que ce piston prend toujours, en faitt une position telle que cette pression du combustible exerce la force nécessaire pour équilibrer les pressions qui s'exercent sur le levier 330 La di ambre 28 renferme deux autres soufflets 41 et 42. L'intérieur du soufflet 41 est en communication avec l'orificé d'entrée 25 relié à la prise de pression P4 et le soufflet 42 est intérieurement sous vide. Ce soufflet 42 est relié par une conne xion pivotante à un levier 43, qui pivote lui-meme dans le carter, et fait pivoter ce levier en sens inverse de la rotation des aiguilles d'une montre lorsque la pression en P1 augmente et en sens contraire lorsque la pression P4 augmente. La tige 26 porte sur son extrtmité, libre qui est logée dans la chambre 28, deux rouleaux 45 interposés entre les leviers 43 et 44. La disposition de l'ensemble est telle que le levier 44 demeure en équilibre pour une valeur différente du rapport P4/P1 pour chacune des positions différentes de la tige d'accélération 26. Be levier 44 forme sur son extrémité la plus éloignée du soufflet 41 une lame qui règle la section de passage d'un orifice 46 qui débouche dans une chambre 47 et qui est relié par un conduit 48 au ctté basse pression du piston 37. Un conduit 49 relie l'orifice 46 et un étranglement 50 relié par ltintermédiaire de l'étranglement 40 à la tuyauterie 14 d'arrivée du combustible sous forte pression. La pression existant dans un conduit de dérivation 51, qui débouche dans le conduit 49 et qui est relié au mécanisme piston-cylindre 19, repousse le piston de ce mécanisme en sens inverse de la force exercée par son ressort de charge. Un conduit 52 met en communication la chambre 47 et la chambre du cylindre du mécanisme 19 située sur la face arrière du piston de ce mécanisme. Ainsi, la différence des pressions qui s'exercent sur l'une et l'autre face du piston du mécanisme 19 est fonction de deux facteurs indépendants, savoir la relation qui existe entre les pressions P3 et P4, relation dont les variations provoquent des variations de la pression du combustible entre les étranglements 40 et 50, et la relation qui existe entre les pressions P1 et P4, laquelle est fonction de la position de la tige d'accélération 26, position dont les variations provoquent des variations du débit passant par l'orifice 46 ; une augmentation de la pression dans le conduit 51 ayant pour effet un accroissement du débit de combustible envoyé à la turbine.En conditions de marche normales, la dernière relation citée est prépondérante pour le réglage du débit de combustible envoyé à la turbine, de sorte qu'il existe toujours une vitesse de rotation spécifique de la turbine (à une altitude quelconque donnée) qui correspond à chaque position de la tige d'accélération. En cas d'accélération rapide, le levier 44 vient s'appliquer contre une vis de butée 53, et le réglage de l'admission du combustible s'effectue alors d'après la première relation citée jusqu'à ce que la valeur du rapport P4/P1 devienne suffisante pour remettre en équilibre le levier 44. De façon similaire, en cas de décélération, le levier 44 vient en contact avec une butée 54. Les cellules sensibles à la'pression ont été décrites cidessus sous la forme de soufflets 29, 90, 41 et 42. Il est toutefois évident que ces soufflets pourraient titre remplacés, par exemple, par des diaphragmes ou par des ensembles piston-cylindre munis de joints d'étanchéité à faible coefficient de frottement. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, mais s'étend à toutes les variantes conformes à son esprit. REVENi)i CATI ONS 1. Mécanisme actionné par la pression d'un fluide et destiné à être incorporé au système de réglage de l'admission du com bustible dans une turbine à gaz, ce mécanisme étant caracté risé en ce qu'il comporte : un carter ; une chambre située dans ce carter et dans laquelle sont logées une première et une deuxième cellule sensibles à la pression, chacune de ces cellules se contractant lorsqu'un premier signal de pression d'air est envoyé dans la chambre, la première cellule compor tant un orifice d'entrée qui permet de lui appliquer intérieu rement un signal de pression d'air et ayant 1' lune de ses ex- trtmités fixée dans le carter, et la deuxième cellule étant sous vide intérieur ; un premier levier logé dans le carter et pivotant par rapport à celui-ci par l'une deses extrtmités, des connexions pivotantes étant formées entre ce premier le vier et, respectivement, l'autre extrtmité de la première cel lule et l'une des extrémités de la deuxième cellule, ces con nexions pivotantes étant situées à distance l'une de l'autre sur la longueur du premier levier ; un deuxième levier pivo tant dans la chambre par 1' une de ses extrémités et relié à son autre extrémité avec la deuxième cellule par une connexion pivotante; un troisième levier pivotant dans la chambre; une biellette reliant le deuxième et le troisième levier une butée associée au premier levier et qui vient en contact avec le troisième levier lorsque le rapport de la valeur du deuxième signal de pression d'air à celle du premier dépasse une valeur qui est déterminée par la construction du système constitué par les leviers et la biellette ; et une butée logée dans la chambre et contre laquelle le premier levier vient s'appliquer lorsque la valeur dudit rapport des pressions est inférieure à ladite valeur déterminée ; ce par quoi le couple appliqué sur le troisième levier est à la fois fonction des deux signaux de pression lorsque la valeur dudit rapport dé passe ladite valeur déterminée et est seulement fonction de la pression du premier signal lorsque la valeur de ce rapport est inférieure à ladite valeur déterminée. 2. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil comporte en outre.: un premier et un deuxième orifice d'étran glement du débit de liquide passant montés en série, la sec tion de passage efficace de ce premier orifice variant en fonction du couple appliqué au troisième levier ; un troisième orifice d'étranglement par lequel s'applique la pression d'un fluide sous pression entre les deux premiers. ; un orifice de sorie d'un signal constitué par la pression d'un fluide, si tué sur un c8té du deuxième orifice d'étranglement éloigné du premier orifice ; et un orifice appliquant une pression faible sur un ctté du premier orifice d'étranglement éloigné dudit troisième orifice d'étranglement. 3. Mécanisme selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un piston qui se déplace dans un premier sens sous l'action de la pression du fluide qui existe entre le premier et le deuxième orifice d'étranglement précités et en sens inverse sous l'action du troisième levier en réponse à une augmentation de la pression de l'air du deuxième signal. 4. Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé en ce que le déplacement du piston dans ledit premier sens a pour effet d'augmenter la section de passage efficace du premier orifice d'étranglement. 5. Mécanisme selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : une deuxième chambre disposée dans le carter ; une troisième et une quatrième cellule sensible aux pressions, logées dans la deuxième chambre précitée et qui se contractent lors de l'accroissement d'un troisième signal de pression d'air appliqué à l'intérieur de cette deuxième cham bre, la troisième cellule étant munie d'un orifice d'entrée par lequel peut lui étre appliquée intérieurement la pression d'air du deuxième signal, l'une des extrtmités de la troisiè me et la quatrième cellule étant fixée dans le carter et le volume intérieur de la quatrième cellule étant sous vide ;; uul quatrième levier pivotant dans le carter et relié par une connexion pivotante à l'autre extrémité de la troisième cel lule ; un cinquième levier pivotant dans le carter par l'une de ses extrémités et relié à l'autre extrBmlté de la quatriè me cellule par une connexion pivotante ; et un élément mobile dans le carter et constituant une connexion pivotante de po sition variable entre le quatrième et le cinquième levier, le point auquel se place cette connexion pivotante variant en fonction des mouvements dudit élément. 6. Mécanisme selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un troisième orifice d'étranglement du dé bit de fluide passant, dont l'un des côtés est en communica- tion avec l'orifice de sortie du signal de pression et dont la section de passage efficace varie sous l'action du quatrié me levier ; et un orifice placé sur un côté du troisième ori fice éloigné dudit orifice d'entrée et qui établit la conne xion avec une pression de fluide faible 7. Mécanisme selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dit orifice associé au troisième orifice d'étranglement commu nique avec l'orifice associé au premier orifice d'étrangle ment. 8. Mécanisme selon une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qutil comporte un dispositif qui limite la course du qua trième le vier. 9 Système de réglage de l'admission du combustible dans une turbine à gaz à compresseur, ce système étant caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme selon l'une des revendica tions 2 à 8, une soupape de mesure du débit du combustible et des dispositifs de commande de cette soupape, ces dispositifs de commande agissant en fonction d'un signal constitué par la pression d'un fluide qui s' applique sur l'orifice de sortie dudit mécanisme. 10. Système de réglage selon la revendication 9 prise en combi naison avec la revendication 5, caractérisé en ce qu'il com porte une commande d'accélération et en ce que l'élément qui est relié au quatrième et au cinquième levier par des conne xions pivotantes est actionné par ladite commande de l'accé lération. 11. Système de réglage selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les signaux de pression d'air appliqués sur les cellules sensibles aux pressions sont dérivés de pressions prises sur le compresseur de la turbine. 12. Système de réglage selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le liquide dont la pression est appli quée sur l'orifice dtentrée du mécanisme est un combustible qui alimente la turbine.