Brevet FR2121582A1 — publié le 19720825

i 2121582 La présente invention est relative à un appareil de réglage du débit du combustible pour moteur à turbine à gaz et elle a pour but de réaliser un tel appareil sous une forme avantageuse. Suivant l'invention, m appareil de réglage du débit de 5 combustible pour moteur à turbine à gaz comprend ion corps comportant une entrée et une sortie, deux chambres ménagées à l'intérieur de ce corps un moyen sensible à la pression logé dans la première chambre et soumis intérieurement à des signaux de pression pneumatique provenant du compresseur du moteur, ces signaux variant avec 10 les eonditions de fonctionnement du moteur, une pièce de commande reliée à ce moyen sensible à la pression et qui pénètre à travers un joint étanche dans la deuxième chambre, un dispositif contenu dans cette deuxième chambre et servant à engendrer une servo-- pression en fonction de la position de la pièce de commande, un 15 orifice de réglage du débit ménagé dans le corps, un élément de commande qui se déplace en réponse à la servo-pression pour faire varier le débit de l'écoulement de fluide qui traverse l'orifice de dosage, et un orifice calibré qui relie entre elles les deux chambres. 20 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'exemple non limitatif: la Pig. 1 est un schéma d'ensemble d'une installation de réglage du débit de combustible ; 25 la Pig.2 est une coupe d'un appareil de réglage conforme à l'invention ; la Pig. 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la Pig.2 ; les Pig. 4 et 5 sont des coupes de soupapes qui font partie de l'installation représentée sur la Fig. 1. 30 Dans l'exemple représenté, l'installation de réglage du débit de combustible est associée à un moteur à turbine à gaz à trois rotors. Dans la forme de réalisation représentée sur la Pig. 1, une pompe de suralimentation 10 envoie le combustible d'ion réservoir 35 (non représentéjà une pompe 12 à travers un filtre 11. La sortie de cette pompe 12 est reliée à une entrée lj5 d'un appareil de réglage du débit 14. L'entrée 1} débouche dans une chambre cylindrique 15 ménagée dans l'appareil 14, cette chambre 15 comportant des lumières de sortie 16 qui communiquent avec un passage 17. Un piston 18 40 coulisse dans la chambre 15 et forme en combinaison avec les lumières 16, un orifice de réglage de débit variable. L'entrée 13 com 72 00189 "2. 2121582 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 5 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'autre d'une pression P^ prise sur le deuxième étage du compresseur du 10 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 15 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 2° 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 25 disposé entre ces buses 37 et 38 de façon à régler en cours de fonctionnement le débit/du 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 côté du piston 18 qui est le plus éloigné de l'entrée 13. Entre ces buses 37 et 38, le dispositif 36 débouche 3° 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 35 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 ^0 soupape 44. Le soufflet 24 est également relié à la pression ambiante Po à travers une autre soupape pilote 46 dont la courCOPY 72 00189 5 2121582 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 tin électro-aimant 48. Un appareil de commande électrique 49 envoie à 1'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 vi'tesse 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 5^ 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 71 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 â 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 3° de sollicitation qui règne dans un conduit 61 et également a la pression qui.règne dans la chambre 74. La pression de sollicitation qui règne dans le conduit 6l provient d'ion 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 ion pignon ( non représenté) en- COP"' 72 00189 4 2121582 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 véfcin est sollicité £ar 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 un pignon 79 lui-même entraîné par le moteur. Un distributeur 80 comprend line entrée 81 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 dû 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 surmontant 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 1'électro-aimant 48 ou d'une par-30 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. 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 9b. Lé passage 98 communique avec le côté 72 Q0189 5 2121582 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 transver-saux 101 qui débouchent sur la 5 surface 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- vamae 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 dans 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 l'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 72 00189 6 2121582 formé par l'orifice calibré 41 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 yaleurs excessives que peut prendre la pression P^. La valeur 5 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 10 le sens qui fait croître la vitesse du moteur, se traduit par une rotation du levier 26 dans le sens horaire, vu sur la Pig. 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 •*•5 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 1'apparei^/14. La chambre 23 reçoit à travers l'orifice calibré 35* la même pression intérieure que la chambre 22. Le joint 31 ne suppor-25 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 proportionnelle à la perte de charge à travers l'appareil 14. La pression régnant à l'entrée 55 de la soupape de décharge est 35 transmisé, à travers le passage 73 pratiqué dans l'élément obturateur 58, à line 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 00189 7 2121582 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 le bas, vu sur la Fig. 4 à 1'encontre du ressort JO, jusqu'à ^ 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 les effets du frottement statique. Les prolongements 71 et 72 de l'obtu-rateur 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 cjue 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 d'autant plus grandes Là 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 35 sur 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 COP^ 72 00189 8 2121582 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 37 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. 2C La perte de presssion relativement faible à travers la soupape 80 auxhiveaux 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 l'action 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 00189 9 2121582 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 pompe 12 ou au réservoir de combustible. COPY 72 00189 10 2121582 REVENDICATIONS 1 - Appareil de réglage du combustible pour moteur à turbine à gaz caractérisé en ce qu'il comprend ion corps et deux chambres ménagées à l'intérieur de ce corps, un moyen sensible à la pression logé dans la première chambre et soumis intérieurement 5 à des signaux de pression pneumatique provenant du compresseur du moteur, ces signaux variant avec les conditions de fonctionnement du moteur, une pièce de commande reliée à ce moyen sensible à la pression et qui pénètre à travers un joint étanche dans la deuxième chambre, un dispositif contenu dans cette deuxième chambre et ser -lOvant à engendrer une servo - pression en fonction de la position de la pièce de commande, un orifice de réglage du débit ménagé dans le corps,un élément de commande qui se déplace en réponse à la servo-pression pour faire varier le débit de l'écoulement de fluide qui traverse l'orifice de dosage, et vin orifice calibré qui 15 relie entre elles les deux chambres. 2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen sensible à la pression comprend deux soufflets qui reçoivent intérieurement des signaux de pression qui proviennent respectivement de la sortie et d'un étage intermédiaire du compres- 20seur du moteur. 3 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif générateur de la servo-pression comprend deux buses à axes alignés et un volet qui se déplace entre ces buses sous l'action dudit élément de commande pour 25régler la fraction de la pression de l'une des buses qui est récupérée par l'autre. 4 - Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la première buse communique avec l'entrée de l'appareil. 5 - Appareil suivant 1'une quelconque des revendications 3 30et 4, caractérisé en ce que la zone comprise entre les buses communique avec une troisième chambre ménagée à l'intérieur de l'appareil, cette troisième chambre recevant, en cours de fonctionnement une pression inférieure à celle qui règne à l'entrée de l'appareil. 6 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 35 1 à 5, caractérisé en ce que la pièce de commande est constituée par un piston qui coulisse dans un alésage, ce piston recevant sur ses deux faces respectivement la pression régnant à l'entrée de l'appareil et ladite servo-pression. 72 00189 ii 2121582 7 - Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un orifice calibré au moyen duquel la partie de l'alésage qui est soumise à la servo-pression communique avec 1 'entrée de l'appareil. 5 8 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que ledit élément de commande comprend un levier et en ce que cet appareil comprend un tourillon pour l'articulation de ce levier dans le corps de l'appareil, la partie de la la cloison qui sépare les deux chambres et qui est traversée à 10 joint étanche par ce levier se trouvant disposée au voisinage de l'axe du tourillon.