Brevet FR2121583A1 — publié le 19720825

i 2121583 La présente invention est relative aux installations de réglage du débit du combustible pour moteurs à turbine à gaz et elle a pour but de réaliser une telle installation sous une forme avantageuse. 5 Suivant l'invention, une installation de réglage du débit de combustible pour moteur à turbine à gaz comprend un réservoir de combustible, une pompe qui envoie le combustible du réservoir au moteur, un appareil de réglage du débit placé en aval de la pompe, une soupape de réglage comprenant un corps, un orifice 10 d'entrée qui communique avec l'entrée de l'appareil de réglage du débit, deux lumières de sortie qui communiquent respectivement la première avec l'entrée de la pompe et la seconde avec le réservoir, un élément obturateur destiné à fermer les lumières de sortie et un moyen de servo-commande de cet élément obturateur réagissant 15 à une perte de charge entre l'entrée et la sortie de l'appareil de réglage du débit, un accroissement de la perte de charge déterminant un accroissement correspondant de la force qui tend à déplacer l'élément obturateur dans le sens qui permet à l'orifice d'entrée de communiquer successivement avec la première et la seconde lumières 20 de sortie, et des moyens soumis à la vitesse du moteur et tendant à repousser l'élément obturateur dans le sens opposé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exeirple non limitatif : 25 La Fig. 1 est un schéma d'enseirfole d'une installation de réglage du débit de cembustible conforme à 1 ' invention ; la Fig. 2 est une coupe d'un appareil de réglage du débit de cette installation ; la Fig. 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la Fig.2 ; 50 les Fig. 4 et 5 sont des coupes de soupapes qui font partie de 1'installation représentée sur la Fig. 1. Dans l'exemple représenté, l'installation de réglage du débit de ccnbustible est associée à un moteur à turbine à gaz à trois rotors. Dans la forme de réalisation représentée sur la Fig.l, me poupe 35 de suralimentation 10 envoie le ccxnbustible d'un réservoir (non représenté) à une pcmpe 12 à travers un filtre 11. La sortie de cette pcmpe 12 est reliée à une entrée 13 d'un appareil de réglage du débit 14. L'entrée 13 débouche dans xrne chambre cylindrique 15 ménagée dans l'appareil 14, cette chairbre 15 colportant des lumières de sortie 16 qui ccmnuniquent avec un passage 17. Un piston 18 ^ coulisse dans la chambre 15 et forme en combinaison avec les lumières 16, un orifice de réglage de débit variable. L'entrée 13 com 00190 2 2121583 munique également, à travers un filtre 19 et un étranglement 20, avec le côté du piston 18 qui est le plus éloigné de l'entrée 13. Le piston 18 comporte une tige 21 qui pénètre dans une chambre 22 de l'appareil 14 à travers un joint étanche. Une autre chambre 23 de l'appareil contient deux soufflets 24 et 25 qui, en cours de fonctionnement, reçoivent respectivement dans leur cavité intérieure, des signaux de pression pneumatique provenant l'un de la pression de sortie du compresseur du moteur et l'autr d'une pression P^ prise sur le deuxième étage du compresseur du moteur. Les extrémités libres des soufflets 24, 25 sont accouplées entre elles et reliées à une extrémité d'un levier 26. ' Ainsi qu'on peut le voir sur les Fig. 2 et 3» ce levier 26 est porté par un moyeu 27 qui . tourne dans des paliers 28 montés dans la chambre 23. Une cloison 29 qui sépare les chambre 22 et 23 porte un élément 30 de montage d'une bague d'étanchéité 31- Cette bague 31 est disposée en contact étanche avec l'élément 30 et avec le levier 26 et de telle sorte que son plan passe par l'axe des paliers 28. Le levier 26 s'étend dans la chambre 22 et il est accouplé d'une part à la tige%t d'autre part à une vis de réglage 34 par deux ressorts de traction 32 et 33 respectivement. Un orifice calibré 35 prévu dans la cloison 29 relie les chambres 22 et 23 entre elles. Un dispositif fluidique 36 comprend deux buses 37 et 38 à axes alignés et un volet 39 qui fait partie du,levier 26 et est disposé entre ces buses 37 et 38 de façon,à régler en cours de fonctionnement le débitfdu fluide qui passe de l'une à l'autre. Les buses 37 et 38 sont respectivement reliées au filtre 19 et à la chambre 15 située sur le coté du piston 18 qui est le plus éloigné de l'entrée 13. Entre ces buses 37 et 38, le dispositif 36 débouche dans la chambre 22 qui, à son tour, communique par un passage 40 avec le côté aspiration de la pompe 12. Le soufflet 24- est relié à travers un orifice calibré 41 à un potentiomètre pneumatique qui est formé par deux orifices calibrés 42 et 43 et qui communique respectivement par ses deux extrémités avec les pressions P^ et P^. Le soufflet 24 communique également avec une pression ambiante Po à travers une soupape hémisphérique 44, elle-même commandée par un soufflet 45 qui est soumis à la pression P^, Une élévation de cette pression P^ au-dessus d'une valeur prédéterminée ayant pour effet d'ouvrir la soupape 44. Le soufflet 24 est également relié à la pression ambiante Po à travers une autre soupape pilote 46 dont la cour 72 00190 3 2121583 20 se est limitée par deux butées réglables 120a_ et 120b, cette soupape étant sollicitée dans le sens de la fermeture par un ressort 47 et son ouverture étant commandée par un électro-aimant 48. Un appareil de commande électrique 49 envoie à 11 électro-aimant 48 un courant dont l'intensité varie, en fonction de la position de l'organe de réglage de l'admission du moteur et également en fonction de la vitesse du moteur, l'arrangement étant tel qu'un déplacement de l'organe de réglage dans le sens propre à faire croître la vitesse du moteur détermine une fermeture progressive de la sou-pape 46, un accroissement de la vitesse du moteur en détermine au contraire une ouverture progressive. Le soufflet 25 est relié' à un potentiomètre pneumatique formé par deux orifices calibrés 50 et 51 qui communiquent respectivement avec les pressions Po et P^. Une soupape de sûrèté 52 barrée par un ressort est montée ^ en parallèle avec la pompe 12. Une soupape de décharge 53» représentée plus en détail sur la Fig. 4, est également montée en parallèle avec cette pompe 12. Cette soupape 53 comprend un corps 54 comportant une entrée 55 qui communique avec l'entrée 13 de l'appareil 14 et deux lumières de sortie 56 et 57 Qui communiquent respectivement avec le côté aspiration de la pompe 12 et avec le réservoir de combustible. Un élément obturateur 58 coulisse dans le corps 54 et est accouplé par une tige 65 à un piston 59 qui coulisse dans une partie 60 du corps 54. L'élément obturateur 58 et le piston 59 sont munis de prolongements axiaux J1 et 72 qui ^ sont en prise entre eux de manière à admettre entre les éléments 58 et 59 un déplacemebt angulaire relatif limité qui serait dû à une torsion de la tige 65. L-'élément obturateur 58 présente un passage 73 à. travers lequel le combustible peut pénétrer dans une chambre 74 de la soupape 53. Le piston 59 est soumis à une pression de sollicitation qui règne dans un conduit 6l et également- à la-pression qui règne dans la chambre 74. La pression de sollicitation qui règne dans le conduit 61 provient d'un potentiomètre qui comprend deux orifices calibrés 62 et 63 et qui est monté en parallèle avec l'appareil 14 entre l'entrée 13 et le passage 17. 35 L'organe obturateur 58 est également sollicité dans le sens antagoniste à la pression régnant dans la chambre 74 par un volant 64 qui tourne à la vitesse du moteur. Ce volant comprend plusieurs masselottes 66 articulées sur une collerette 67 de l'organe obturateur 58. La collerette 67 forme une roue dentée oylin-drique et elle est en prise avec un pignon ( non représenté) en- COPY 72 00190 4 2121583 traîné par le moteur. Les masselottes 66 comportent des saillies 68 qui viennent s'appuyer sur une deuxième roue dentée 69 montée libre ,-en coulissement et en rotation sur la partie 60 du corps. La roue 69 est également en prise avec le même pignon et elle est portée 5 par un palier 75 qui est sollicité en direction de l'entrée 55 par un ressort 70. .Les masselottes sont faites d'une matière à densité relativement faible, par exemple en aluminium, pour des raisons qui seront décrites plus loin. La chambre 74 communique, par un- passage 110, avec un vé-10 rin 76. Le piston 77 de ce véfcln est sollicité fjjar un ressort 78 dans le sens antagoniste à l'action de la pression régnant dans le passage 110. Le piston 77 forme également une roue dentée et il est entraîné en rotation par tin pignon 79 lui-même entraîné par le moteur. Un distributeur 80 comprend une entrée 8l qui communique 15 avec le passage 17, deux lumières de sortie 82 et 83 qui communiquent respectivement avec le côté aspiration de la pompe 12 et avec le réservoir de combustible et un élément tiroir 84 qui est accouplé au piston 77 et est par conséquent soumis à la pression intérieure du passage 110 de façon à démasquer successivement les lumières 20 82 et 83. Le tiroir 84 est également soumis à une pression de sollicitation régnant dans un passage 85 et antagoniste à la pression intérieure du passage 110. La pression du passage 85 provient, à travers un orifice calibré 86, de la pression intérieure du passage 17. Le.passage 85 communique avec le côté aspiration de la pompe 12 25 à travers une soupape hémisphérique 87 qui est sollicitée dans le sens de la fermeture par un ressort 88 et qui s'ouvre, en surmon- " tant l'action de ce ressort 88, sous l'action d'un électro-aimant 89. L'appareil de commande électrique 49 est agencé de façon que, en cas de défaut de fonctionnement de l'électro-aimant 48 ou d'une par-250 tie associée de l'appareil 49, un courant variable soit transmis à l'électro-aimant 89 pour commander la soupape 87 en fonction de la position de l'organe de réglage de l'admission et en fonction de la vitesse du moteur. Une soupape de mise sous pression 90, également représen-35 tée sur la Fig. 5, comprend un corps 91 qui comporte une entrée 92 et une sortie 93. L'entrée 92 communique avec le passage 17. Un piston 94 qui coulisse dans une partie 95 du corps 91 comporte un clapet 96»1 Ce clapet 96 est maintenu appliqué contre l'entrée 92 par. un ressort 97 et par la pression qui règne dans un passage 98 40 et qui agit sur le piston 9^» Lé passage 98 communique avec le côté COPY 72 00190 5 21215.83 aspiration de la pompe 12. Le clapet 96 est traversé d'un passage calibré 99 par lequel l'entrée 92 communique avec la sortie 93-Le piston 94 présente un perçage axial 100 qui communique avec l'entrée 92 et plusieurs perçages transversaux 101 qui débouchent sur la 5 airface du piston à l'intérieur de la partie 95 du corps. Le perçage 100 contient un élément filtrant 102 à travers lequel passe le combustible qui, en cours de fonctionnement s'écoule de l'entrée 92 vers les perçages 101. La sortie 93 de la soupape de mise sous pression 90 10 communique, à travers un distributeur d'arrêt 103 du type à tiroir avec des passages 104 qui mènent aux brûleurs du moteur. Lorsque le distributeur 103 est en position d'arrêt, la sortie 93 communique avec le côté aspiration de la pompe 12 et les passages 104 communiquent, par un conduit de vidange 105, avec un réservoir 15 de vidange. Le passage 17 communique, à travers line électro-vanne 106 et un robinet d'arrêt 107, avec des passages 108 qui mènent aux gicleurs de démarrage du moteur. Les passages 104 et 108 sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'un orifice calibré 109-L'électro- vanne 106 est commandée par l'appareil de commande 49 20 pour régler la quantité de combustible transmise aux gicleurs de démarrage. Le fonctionnement de l'installation ainsi décrite est le suivant : le combustible est envoyé du réservoir par la pompe de suralimentation 10 et à travers le filtre 11 à la pompe 12. 25 Le combustible refoulé par la pompe 12 pénètre-, dans l'appareil 14 à travers l'entrée 13 et agit sur l'élément obturateur 18 dans le sens qui tend à ouvrir l'appareil 14. La pression du combustible qui règne flans l'entrée 13 est transmise, à travers le filtre 19, à la buse 37 du dispositif 36. Le combustible qui s'échappe du 30 dispositif 36 passe dans la chambre 22 qui contient du combustible à une pression égale à celle qui est donnée par la pompe 10. La pression de combustible qui est récupérée par la buse 38 est transmise à l'élément obturateur 18 pour agir à 1'encontre de la pression régnant à l'entrée 13. La pression obtenue dans la buse 38 35 dépend de la position du volet 39 et est comprise entre la valeur de la pression qui règne à l'entrée 13 et la pression qui règne dans la chambre 22. Une pression P^P intermédiaire entre les pressions P^ 40 et P^ est fournie par le potentiomètre formé par les orifices calibrés 42 et 43. Une pression KP^P intermédiaire entre la pression P^p et la pression Po est fournie par le potentiomètre OOPY 72 00190 6 2121583 formé par l'orifice calibré 4l et la soupape 46 et elle est transmise au soufflet 24. La valeur de la pression KP^P est limitée par la soupape 44 qui a pour fonction de protéger le moteur des valeurs excessives que peut prendre la pression Pi,. La. valeur 5 a ' de KP^P est également contrôlée par l'intermédiaire de la soupape 46, par l'appareil "de commande 49 ainsi qu'on l'a indiqué plus haut. Un accroissement de KP^P* qui peut être dû entre autres, à , un accroissement de P^ ou à une diminution de la vitesse du moteur, ou encore au mouvement de l'organe de réglage de l'admission dans le sens qui fait croître la vitesse du moteur, se traduit par une rotation du levier 26 dans le sens horaire, vu sur la Fig. 1, de sorte que le volet 29 est amené progressivement dans l'axe des buses 37 et 38, ce qui permet au piston 18 de se déplacer, sous l'influence de la pression régnant à l'entrée 13, dans le sens 15 qui augmente le débit de combustible. Ce déplacement du piston 18, exerce par l'intermédiaire du ressort 32, une force qui tend à faire tourner le levier 26 dans le sens antihoraire. Ce levier 26 prend donc une position d'équilibre dans laquelle les forces exercées par les ressorts 32 et 33 équilibrent approximativement 20 les forces exercées par les soufflets 24 et 25. Une diminution de la pression intérieure du soufflet 24 a de même pour effet de réduire 1 'écoulement de combustible à travers l'appareil^. La chambre 23 reçoit à travers l'orifice calibré 35, la même pression intérieure que la chambre 22. Le joint 31 ne suppor-te donc aucune différence de pression entre ses deux faces de sorte que sa longévité est considérablement augmentée. En cas de défaillance de l'un ou l'autre des soufflets 24 et 25, le débit de combustible envoyé au compresseur du moteur ou aux soupapes 44 et 46 est limité à la valeur du débit qui peut passer par l'orifice calibré 3° 35. Le joint 31 n'entre donc en action qu'en cas de défaillance des soufflets 24 ou 25. La perte de charge à travers l'orifice calibré 62.est proportionnèlle à la perte de charge à travers l'appareil 14. La pression régnant à l'entrée 55 de la soupape de décharge est 25 transmise, à travers le passage 73 pratiqué dans l'élément obturateur 58, à une première face du piston 59. La pression régnant entre les orifices calibrés 62 et 63 est transmise le conduit 61 sur l'autre face, du piston 59. Ce piston est donc soumis à une pression d'asservissement constituée par une perte de charge qui est pro-portionnelle à la perte de charge entre l'entrée et la sortie de l'appareil 14 qui tend à déplacer l'élément obturateur 58 danfe le COPY 72 00190 7 2121583 sens qui démasque tout d'abord la limière 56, puis la lumière 57. Tout accroissement de la vitesse du moteur tend à déplacer les masselottes 66 vers l'extérieur de façon à repousser la roue dentée 69 vers ïe bas, vu sur la Fig. 4 à 1'encontre du ressort 70, jusqu'à 5 ce que le palier 75 entre en contact avec le corps 54-. Tout accroissement supplémentaire de la vitesse du moteur déplace l'élément obturateur 58 "dans le sens qui tend à fermer les lumières 56 et 57. La soupape 53 a donc pour effet de maintenir la pression régnant à l'entrée 13 de l'appareil de réglage à un niveau qui dé-^ pend de la perte de charge à travers cet appareil 14 et qui dépend également de la vitesse du moteur, pourvu que cette dernière soit suffisante pour faire agir les masselottes 66 à 1'encontre du ressort 70. Par conséquent, pour une vitesse donnée du moteur, il se développe une différence de pression correspondante entre l'entrée ■*■5 et la sortie de l'appareil 14. Lorsque la lumière 57 est ouverte, le combustible est renvoyé au réservoir au lieu d'être immédiatement recyclé à travers la pompe 12. La rotation de la roue dentée 69 et celle du piston 59 entraîné par la tige 65 réduit au minimum lés effets du frottement statique. Les prolongements 71 et 72 de l'obtu-20 rateûr 58 et du piston 59 qui sont en prise évitent que des couples excessifs ne soient transmis à la tige 65. L'utilisation de masselottes 66 de faible densité, mentionnée plus haut, a pour effet cjiie la force exercée par les masselot tes66 pour fermer les lumières 56 et 57 est plus faible pour les 25 combustibles de forte densité que pour les combustibles de faible densité. Lorsque le combustible présente une densité plus forte la soupape de décharge rejette donc ainsi des quantités dîautant plus grandes La valeur calorifique du combustible qui atteint le moteur pour une dimension donnée d'orifice de l'appareil 14 reste donc à ^®peut près constante. L'entrée 92 de la soupape 90 de mise sous pression est soumise à l'action de la pression régnant dans le passage 17, pression qui tend à soulever le clapet 96 en surmontant l'effort du ressort 97 et la pression qui règne dans le passage 98 et qui agit 25Sur le piston 94. Le combustible arrivant par l'entrée 92 pénètre dans le perçage axial 100 à travers l'élément filtrant 102 et il passe dans les perçages transversaux 101 pour pénétrer dans le perçage de la partie 95 du corps afin d'y former un palier fluide. Lorsque cette soupape 90 est fermée, il-peut s'écouler à travers l'orifice calibré 99 une quantité suffisante de combustible pour COPY 72 00190 8 2121583 permettre l'allumage initial des brûleurs du moteur. La pression intérieure du passage 98 est la même que celle qui règne à l'entrée de la pompe 12 et cette pression croît lorsque le débit de combustible envoyé au moteur est faible. Dans 5 cette condition, l'accroissement de pression régnant dans le passage 98 agit dans le même sens que le ressort 97 pour maintenir les pressions régnant dans le passage 17, la buse 57 de l'appareil 14 et l'entrée 55 de la soupape 53 à des niveaux suffisamment supérieurs à la pression régnant à l'entrée de la pompe 12 pour 10 assurer le fonctionnement correct de l'appareil 14 et des soupapes 53 et 80. , Aux niveaux plus élevés du débit de combustible envoyé au moteur, la pression intérieure du passage 98 est réduite et. le piston 94 est sollicité dans le sens qui tend à ouvrir le clapet 15 96 de manière à laisser le combustible passer vers la sortie 93 sans aucune perte notable de pression. A ces niveaux élevés de débit de combustible, les pressions régnant dans le passage 17, dans la buse 37 et dans l'entrée 55 conviennent pour assurer le fonctionnement correct de l'appareil 14 et des soupapes 53 et 80. 20 La. perte de presssion relativement faible à travers la soupape 80 avcçhiveaux élevés du débit de combustible évite de charger inutilement la pompe 12. La pression intérieure du passage 110 est égale à la pression régnant à l'entrée 55 de la soupape 53» majorée d'une 25 petite composante de pression additionnelle due à l'action centrifuge à l'intérieur de la chambre 74, le passage 110 communiquant avec la périphérie de cette chambre 74. La soupape 87 reste normalement fermée sous l'influence du ressort 88. La pression régnant dans le passage 85 est dans ces circonstances égale 30 à la pression régnant dans le passage 17. Dans ces conditions la soupape 80 est maintenue fermée par le ressort 78. Un défaut de fonctionnement de 1'électro-aimant 48.ou de l'appareil "de commande 49» qui entraîne une fermeture de la soupape 46 sous l1action du ressort 47» se traduit par une large 35 ouverture de l'appareil 14 puisque, dans ce cas, il. ne se produit pas de perte de charge entre les deux extrémités de l'appareil 14, la soupape 53 se fermant entièrement. Dans ces conditions, l'électro-aimant 89 est mis en action sous la commande d'une partie séparée de l'appareil de commande 49, de sorte que l'orifi-40 ce calibré 86 et la soupape 87 se comportent comme un potentiomètre qui fait varier la pression intérieure du passage 85 en COPY 72 00190 9 2121583 fonction de la position de l'organe de réglage de l'admission et en fonction de la vitesse du moteur. L'alimentation en combustible est effectivement commandée par la soupape 80, qui a pour effet de renvoyer l'excès de combustible du passage 17 à l'entrée de la 5 pompe 12 ou au réservoir de combustible. go?v 72 00190 10 2121583 REVENDICATIONS 1.- Installation de réglage du débit de combustible pour moteur à turbine à gaz, caractériséeen ce qu'elle comprend un réservoir de combustible, une pompe qui envoie le combustible du réservoir au moteur, un appareil de réglage du débit placé en aval 5 de la pompe, une soupape de réglage comprenant un corps, un orifice d'entrée qui communique avec l'entrée de l'appareil de réglage du débit, deux lumières de sortie qui communiquent respectivement la première avec l'entrée de la pompe et la seconde avec le réservoir, un élément obturateur destiné à fermer les lumières de sortie et un 10 moyen de servo-coiranande de cet élément obturateur réagissant à une perte de charge entre l'entrée et la sortie de l'appareil de réglage du débit, un accroissement de la perte de charge déterminant un accroissement correspondant de la force qui tend à déplacer l'élément obturateur dans le sens qui permet à l'orifice d'entrée de 15 communiquer successivement avec la première et la seconde lumières de sortie, et des moyens soumis à la vitesse du moteur et tendant à repousser l'élément obturateur dans le sens opposé. 2.- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ledit moyen de servo-commande comprend un piston et une 20 tige qui relie le piston à l'élément obturateur. 3.- Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le piston et l'élément obturateur sont accouplés d'une façon qui permet un déplacement angulaire limité entre eux. 4.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 25 2 et 3, caractérisée en ce que le piston est soumis sur une face à la pression régnant à lëntrée de l'appareil de réglage du débit et sur l'autre face à une pression intermédiaire entre les pressions régnant à l'entrée et à la sortie de l'appareil de réglage du débit. 5.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 30 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens soumis à la vitesse du moteur comprennent un volant à masselottes. 6.- Installation suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le volant est monté sur l'organe obturateur. 7.- Installation suivant la revendication 6, caractérisée 35 en ce que l'élément obturateur comprend une roue à denture droite qui, en cours de fonctionnement, est reliée au moteur de façon à être entraînée par celui-ci. 8.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que le volant est monté dans une chambre 72 00190 ii 2121583 ménagée dans le corps de la soupape de réglage, cette chambre étant remplie de fluide en cours de fonctionnement. 9.- Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce que ladite chambre communique avec l'entrée de l'appareil de 5 réglage du débit. 10.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que les masselottes du volant sont réalisées dans un métal léger. 11.— Installation suivant la revendication 6, caractérisée 10 en ce qu'elle comprend un manchon qui coulisse sous l'action du volant à masselottes et qui forme une butée au moyen de laquelle ce volant peut exercer une force sur l'élément obturateur, un ressort tendant à repousser ce manchon à 1'encontre de la force exercée par le volant et une butée étant prévue pour limiter ce mouvement. 15 12.- Installation suivant la revendication 11, caractérisée en ce que, en cours de fonctionnement, le manchon est entraîné en rotation par le volant à masselottes.