Brevet FR2116566A1 — publié le 19720713

La présente invention concerne une installation d'atomisation de combustible par suralimentation d'air notamment pour des moteurs à turbine à gaz. Dans les buses d1atomisation de combustible 5 par l'air, le degré d'atomisation de combustible obtenu dépend de la vitesse de l'air à travers la buse. Or, cette vitesse est une fonction directe de la différence entre la pression d'air à l'entrée de la buse et la pression ambiante dans le volume dans lequel la buse pulvérise le combustible. Dans les buses à combustible classiques 10 de ce type, la pression d'entrée est la pression de sortie du compresseur du moteur et la pression ambiante est celle qui règne dans la chambre de combustion, La différence entre les deux pression correspond à la perte de charge dans les conduites de la chambre de combustion. 15 . Dans les moteurs à turbine à gaz utilisant des buses d'atomisation de combustible par de l'air, lorsque le moteur démarre, la différence de pression entre la pression de sortie du compresseur du moteur et la pression régnant dans la chambre de combustion n'est pas suffisante pour produire une atomisation permet-20 tant la combustion, et cela se poursuit jusqu'à ce que le moteur ait atteint line vitesse relativement élevée par exemple une vitesse correspondant à 80 % de la vitesse maximale de l'arbre de la turbine. C'est pourquoi au cours du démarrage du moteur, il peut y avoir un échappement de fumée provoqué par une insuffisance d'air nécessai-25 re à 1'atomisation et à la combustion. En général, la région des fumées se situe dans la zone de la courbe de pression d'air en fonction de la vitesse du moteur qui va en diminuant à partir de la vitesse nulle pour rencontrer les courbes ascendantes des pressions du compresseur et de la chambre de combustion, à environ 30 80j£ de la vitesse maximale de l'arbre de la turbine. C'est pourquoi sans installation de suralimentation d'air, l'échappement du moteur fume jusqu'à ce que l'on ait atteint environ 80$ de la vitesse. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet une installation carac-35 térisée en ce qu'elle comporte un compresseur de suralimentation entraîné de manière à envoyer de l'air sous pression augmentée vers les buses pendant le démarrage du moteur, ainsi que des moyens répondant jusqu'à une valeur prédéterminée à une augmentation de la pression de sortie du compresseur du moteur, afin de couper le com-40 presseur de suralimentation et de permettre le fonctionnement du OOPY 71 43747 - 2 - 2116566 moteur avec son propre compresseur d'air. Suivant une autre caractéristique, l'invention concerne également une installation d'atomisation de combustible par suralimentation d'air pour moteurs à turbine à gaz du type comportant 5 un compresseur auxiliaire envoyant l'air d'alimentation sous pression vers des buses d*atomisation de combustible par l'air, buses logées dans la chambre de combustion de ce moteur, installation caractérisée en ce qu'elle comprend un compresseur de suralimentation destiné à augmenter la pression de l'air d'alimentation envoyé aux buses au 10 cours du démarrage du moteur, ainsi que des valves actionnées, jusqu'à une valeur prédéterminée, en réponse à une augmentation de la pression de sortie du compresseur du moteur, afin d'ouvrir la liaison entre le compresseur du moteur et les dites "buses et de fermer la liaison entre le compresseur de suralimentation et les buses, 15 pour que le moteur continue à fonctionner avec l'air de son propre compresseur. Grâce à l'invention, on obtient une installation d'atomisation de combustible par suralimentation d'air, pour moteurs à turbine à gaz du type muni d'un compresseur entraîné par le moteur, 20 destiné à envoyer de l'air d'alimentation, sous pression, vers un collecteur d'air et de combustible comprenant des buses d'atomisa-tion de combustible logées dans la chambre de combustion du moteur, cette installation comprenant un compresseur de suralimentation fonctionnant de manière à envoyer de l'air sous pression augmentée au 25 collecteur pendant le démarrage du moteur et jusqu'à ce que le moteur atteigne la vitesse de fonctionnement pour laquelle la pression de sortie du compresseur du moteur dépasse celle de la chambre de combustion, d'une valeur prédéterminée, et des moyens, répondant à une augmentation de la pression de sortie du compresseur à cette vitesse de 30 fonctionnement, permettant de relier le collecteur au compresseur du moteur. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide d'un mode de réalisation représenté schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, dans les figures ci-jointes, dans lesquelles î 35 - La figure 1 est un schéma d'une installation d'atomisation par suralimentation d'air. - La figure 2 est un graphique représentant la pression d'air de sortie du compresseur, la pression d'air dans la chambre de compression et la pression d'air de suralimentation en 40 fonction de la vitesse du moteur. 71 43747 - 3 - 2116566 - la figure 3 est un schéma d'un autre mode de réalisation de l'installation d'atomisation par suralimentation d'air. Selon la figure 2, les axes représentent res-5 pectivement la pression d'air et la vitesse du moteur. La courbe 1 concerne la pression de sortie du compresseur, la courbe 2 la pression régnant dans la chambre de pression. L'écartement 3 représente la chute minimale, permettant un fonctionnement efficace du moteur, entre la pression de sortie du compresseur et la pression régnant 10 dans la chambre de combustion. Dans cet exemple, on utilise par exemple 80# de la vitesse disponible sur l'arbre de la turbine. La courbé 4 (figure 2) représente la ligne de fumée ou la ligne de puissance minimum. Si la .pression de l'air est inférieure à cette ligne jusqu'à environ 80# de la vitesse maximum 15 de l'arbre de la turbine, le moteur ne fonctionne pas efficacement et il fume. Dans certains cas, on ne peut faire démarrer le moteur. Comme cela ressort de la figure 2, les parties des courbes 1 & 2 allant jusqu'à 80# de la vitesse maximum de l'arbre de la turbine se trouvent dans la région de fumée et c'est pourquoi, sans instal-20 lation d*atomisation par suralimentation d'air, on ne peut éviter que le moteur fume au cours du démarrage. Le moteur continue ainsi à fumer jusqu'à ce qu'il atteigne la vitesse pour laquelle la chute de pression 3 correspond à la valeur correcte correspondant à une combustion efficace. 25 Selon l'installation d'atomisation par sura limentation d'air représenté sur la figure 1, le collecteur d'air et de carburant 5 comporte un certain nombre de buses d'injection de carburant 6 atomisées par de l'air. L'une de ces buses est représentée sur la figure 1. La buse comporte une conduite d'alimenta-30 tion 7 de combustible sous pression ainsi qu'une conduite d'alimentation d'air 8. Les passages du combustible et de l'air dans le collecteur sont dirigés vers les buses respectives 6 si bien que l'air participe à 1'atomisation du combustible qui est pulvérisé dans la chambre de combustion 9 sous forme finement divisé et géné-35 ralement suivant un cône creux. Dans la conduite d'air du compresseur on a monté une valve 10 commandée par un solénoxde de façon que lorsque le solénoïde 11 n'est pas alimenté, l'air comprimé soit envoyé au collecteur 5 uniquement par le compresseur d'air du moteur (.non 40 représenté), et à ce moment la pression de sortie du compresseur kt-. 71 43747 - + - 2116566 est suffisante pour commander un commutateur de pression 12 et ouvrir celui-ci afin qu'il coupe l'alimentation du solénoïde 11. Une source électrique 14 et un commutateur de fonctionnement principal 15 sont fermés lorsqu'on veut commander l'installation de surali-5 mentation 16 pendant le démarrage du moteur à turbine à gaz. Si le commutateur 15 est fermé, le moteur 17 est alimenté par le commutateur de pression 12, lequel est fermé afin d'actionner une machine soufflante de suralimentation ou un compresseur 18. Le solénoïde 11 est alimenté de façon à amener la valse 10 dans la position 10 représentée . Le compresseur ou la machine soufflante 18 comporte une conduite d'entrée 19 reliée à la valve 10 par un filtre 20 et une conduite de sortie 21 également reliée à la valve 10 de façon que lorsque le solénoïde 11 et le moteur 17 sont alimentés, 15 le compresseur de suralimentation 18 soit monté en série entre le compresseur du moteur et le collecteur d'air et de combustible 5. De cette façon, la pression d'air est augmentée pendant le démarrage comme on peut le voir sur la courbe 23 de la figure 2. Cette cérurbe est au-dessus de la ligne de. fumée 4 et c'est pourquoi le moteur 20 peut fonctionner efficacement avec peu de fumée ou même pas de fumée du tout au cours du démarrage et jusqu'à ce que le moteur atteigne la valeur pour laquelle la chute de pression 3 permet une combustion efficace. Lorsqu'on atteint la chute de pression 3, ce 25 qui correspond par exemple à 80# de la vitesse maximum de l'arbre de la turbine, le moteur 17 du compresseur est coupé par l'ouverture du commutateur de pression 12. Au même moment, le solénoïde 11 est également coupé si bien que la valve 10 se déplace vers la droite de la figure 1, isolant de cette façon l'installation de suralimen-30 tation 16. L'air est ainsi envoyé directement au collecteur 5 par le compresseur du moteur. L'installation d'atomisation par suralimentation d'air, telle qu'elle est représenté sur la figure 3, comprend également un collecteur combustible-air 5 et des buses 5 reliées aux 35 conduites d'alimentation 7 & 8 de combustible et d'air. La conduite d'alimentation 8 comporte une valve 25 commandée par un solénoïde et normalement ouverte. Cette conduite est également reliée à une installation de suralimentation 26 munie d'une conduite d'alimentation d'air 27 équipée d'une valve 28 commandée par solénoïde, et 40 normalement fermée. 71 43747 - 5 - 2116566 La conduite d'alimentation 8 en amont de la valve 25 est munie d'un commutateur de pression 29 dont les contacts sont branchés sur le circuit du moteur 30 et des solénoïdes 31 & 32. 5 Le compresseur ou la machine soufflante de suralimentation 34 entraînés par un moteur, comportent une entrée atmosphérique munie d'un filtre 35 et une sortie d'air comprimé reliée à un réservoir d'air sous pression élevée 36 équipé à sa sortie d'un régulateur de pression différentielle 37. La sortie du 10 régulateur 37 est reliée à la valve 28. Le régulateur 37 est réglé par rapport à la pression de sortie du compresseur du moteur pour que la pression différentielle soit supérieure à la pression de la chambre de combustion. Le réservoir 36 comporte un commutateur de pression 38 qui coupe le moteur 30 chaque fois que le réservoir 15 36 est chargé d'air comprimé à une pression de l'ordre de 3,9 à 4,2 kg/cm c'est à dire notablement supérieure à la pression d'air qu'il faut envoyer au démarrage au collecteur 5 par le régulateur 37 et la valve 28 commandée par le solénoïde. Le réglage du commutateur de pression 38 est généralement supérieur, de l'ordre de 3>5 20 kg/cm2, à la pression de la chambre de compression à la vitesse correspondant à l'arrêt de la machine soufflante. Lorsqu'on veut faire démarrer le moteur, si la pression dans le réservoir 36 est inférieure à la pression fixée, le commutateur 39 peut être fermé afin d'alimenter le moteur 30, 25 de façon à commander le compresseur 34. Celui-ci crée la pression voulue dans le réservoir 36 si bien que lorsque le moteur démarre, un grand volume d'air peut être envoyé au collecteur 5 pour y faire régner la pression voulue, supérieure à celle correspondant à la ligne de fumée 4. Lorsque le moteur démarre, les commutateurs 30 39 & 40 sont fermés et comme le commutateur de pression 29 est fermé les deux solénoïdes 31 & 32 sont commandés de façon à fermer la valve 25 et à ouvrir la valve 28. L'air est ainsi envoyé au collecteur 5 par l'installation de suralimentation 26 comme cela est indiqué par la courbe 41 qui se trouve au-dessus de la ligne de fumée 4. Dans 35 certaines installations, les valves 28 & 25 peuvent être interchangées, en faisant les commutations nécessaires. Lorsque la vitesse du moteur augmente, ce qui se traduit par la chute de pression 3, la pression d'air régnant dans la conduite d'alimentation 8 est suffisante pour commandér le 40 commutateur de pression 29 qui ouvre les deux jeux de contacts 71 43747 "6" 2116566 coupant l'alimentation des solénoïdes 31 & 32. C'est pourquoi la valve 25 s'ouvre et la valve 28 se ferme. Après cela le moteur reçoit uniquement l'air de son propre compresseur. Cet air passe par la conduite d'alimentation 8 et la valve 25 normalement ouverte, 5 pour aller vers le collecteur 5. Le compresseur 34 continue à tourner jusqu'à ce que le réservoir 36 soit rempli à la pression fixée puis le commutateur 38 coupe le moteur 30. On peut remarquer que 1' installation selon la figure 3 constitue une installation dont la capacité ne nécessite 10 pas de coïncidence exacte entre l'alimentation auxiliaire ou la suralimentation d'air et la vitesse du moteur. Il en résulte que la puissance nécessaire pour l'entraînement de l'installation de la figure 3 est considérablement inférieure à celle des autres installations pour lesquelles l'alimentation auxiliaire d'air doit être 15 suffisante pour satisfaire à une demande maximum d'air. A titre d'exemple, l'installation de la figure 3 ne demande environ qu'un huitième de la puissance de l'installation de la figure 1 étant donné que le réservoir 36 peut absorber les variations de demande d'air. Les valves 25 & 28 de la figure 3 sont de préférence des 20 valves à solénoïde à deux voies présentant une réponse rapide à la sollicitation ou à la coupure des solénoïdes 31 & 32. La courbe 41 de la figure 2 représente une caractéristique typique de l'installation de suralimentation 26 de la figure 3. Comme pour la courbe 23 de l'installation de la fi-25 gure 1, la courbe 41 est au-dessus de la ligne de fumée 4 ce qui. permet une combustion propre et efficace du combustible au cours du démarrage. Dans les deux modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus, la pression de l'air de suralimentation est 30 inférieure à la ligne d'extinction de la flamme (non représentée) de sorte qu'il n'y a pas de risque d'extinction de la flamme au cours du démarrage du moteur par suite de la vitesse très grande de l'air dans la chambre de combustion , ce qui amènerait le mélange air-combustible à des niveaux de non inflammation et/ou le soufflerait 35 au delà de la source d ' allumage. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée exemples de réalisation ci-dessus décrit et représenté . et à partir desquels on pourra prévoir d'autres foremes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 71 43747 -7- 2116566 » REVENDICATIONS 1°/ Installation d1atomisation de combustible par suralimentation d'air pour moteurs à turbine à gaz du type comportant un compresseur entraîné par le moteur et envoyant de 5 l'air sous pression aux buses d1atomisation de combustible logées dans la chambre de combustion du moteur, installation caractérisée en ce qu'elle comporte un compresseur de suralimentation entraîné de manière à envoyer de l'air sous pression augmentée vers les buses pendant le démarrage du moteur, ainsi que des moyens répondant, 10 jusqu'à une valeur prédéterminée, à une augmentation de la pression de sortie du compresseur du moteur, afin de couper le compresseur de suralimentation et de permettre le fonctionnement du moteur avec son propre compresseur d'air. 2°/ Installation selon la revendication 1, 15 caractérisée en ce que les moyens répondant à une augmentation de la pression de sortie du compresseur propre comprennent un commutateur de pression qui coupe les moyens d'entraînement du compresseur de suralimentation. 3°/ Installation selon l'une quelconque des 20 revendications 1 & 2, caractérisée en ce que la valve de la conduite d'alimentation d'air, entre le compresseur du moteur et les busos, fonctionne de manière à relier l'entrée du compresseur de suralimentation à la prise d'air d'alimentation, et la sortie du compresseur de suralimentation aux buses, de façon à mettre le 25 compresseur de suralimentation en série avec le compresseur du moteur et à augmenter la pression de l'air envoyé aux buses, cette valve étant commandée pour relier la conduite d'alimentation d'air du compresseur du moteur aux buses. 4°/ Installation selon la revendication 5, iiO caractérisée en ce que les moyens répondant à la pression de sortie du compresseur du moteur commandent la dite valve pour 1'amener dans sa dernière position mentionnée. 5°/ Installation d'atomisation de combustible par suralimentation d'air pour moteurs à turbine à gaz du type conpor-35 tant un compresseur auxiliaire envoyant l'air d'alimentation sous pression vers des buses d'atomisation de combustible par l'air, buses logées dans la chambre de combustion de ce moteur, installation caractérisée en ce qu'elle comprend un compresseur de suralimentation destiné à augmenter la pression de l'air d'alimentation envoyé 40 aux buses au cours du démarrage du moteur, ainsi que des valves 71 43747 - 8 - 2116566 actionnées jusqu'à une valeur prédéterminée en réponse à une augmentation de la pression de sortie du compresseur du moteur, afin d'ouvrir la liaison entre le compresseur du moteur et les dites buses et de fermer la liaison entre le compresseur de suralimentation et 5 les buses, pour que le moteur continue à fonctionner avec l'air de son propre compresseur. 6°/ Installation selon la revendication 5 caractérisée en c e que la valve comporte un orifice de sortie relié aux buses et des orifices d'entrée reliés respectivement au 10 compresseur du moteur et au compresseur de suralimentation. 7°/ Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le commutateur de pression de la conduite d'alimentation d'air situé entre la valve et le compresseur du moteur alimente la valve de façon à fermer la liaison entre le compresseur 15 du moteur et les buses et à ouvrir la liaison entre le compresseur de suralimentation et les buses, de l'air sous une pression plus forte étant envoyé vers les buses au cours du démarrage du moteur jusqu'à ce que le commutateur de pression soit commandé jusqu'à une valeur prédéterminée par la pression de sortie du compresseur 20 du moteur, et qu'à ce moment la valve soit coupée si bien que l'installation contenue à fonctionner avec le seul compresseur d'air du moteur. 8°/ Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la sortie du compresseur de suralimenta-25 tion est reliée à un réservoir d'air comprimé dont la sortie est reliée aux buses par la dite valve. 9°/ Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un régulateur différentiel de pression placé en aval dudit réservoir de façon à régler l'augmen-30 tation de la pression de l'air envoyé aux buses. 10°/ Installation selon l'une quelconque des revendications 8 & 9» caractérisée en ce que le réservoir comporte un commutateur de pression destiné à couper le compresseur de suralimentation lorsque la pression du réservoir atteint une 35 valeur prédéterminée. 11°/ Installation d1atomisation de combustible par suralimentation d'air pour moteurs à turbine à gaz du type comportant un compresseur entraîné par le moteur et envoyant l'air comprimé d'alimentation vers un collecteur de combustible et 40 d'air comprenant des buses d'atomisation de combustible par de l'air 71 43747 - 9 - 2116566 ces buses étant logées dans la chambre de combustion dudit moteur, installation caractérisée en ce qu'elle comporte un compresseur de suralimentation envoyant de l'air sous pression vers ledit collecteur au cours du démarrage du moteur et jusqu'à ce que la vitesse 5 du moteur atteigne la vitesse de fonctionnement pour laquelle la pression de sortie du compresseur du moteur dépasse la pression de la chambre de combustion d'une valeur prédéterminée, ~-,"nsi que des moyens répondant à une augmentation de la pression de âortie du compresseur du moteur, à cette vitesse, permettant de relier ledit 10 collecteur au compresseur du moteur. 12°/ Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que les moyens répondant à une augmentation de la pression de sortie du compresseur du moteur sont constitués d'un commutateur de pression fonctionnant de façon à couper le com-15 presseur de suralimentation pour la poursuite du fonctionnement du moteur sur son propre compresseur d'air. 13°/ Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que les moyens répondant à une augmentation de pression de sortie du compresseur du moteur comprennent des valves v 20 destinées à ouvrir et à fermer la liaison entre le compresseur du moteur et le collecteur, et à fermer et ouvrir la communication entre le collecteur et le compresseur de suralimentation. 14°/ Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que les dites valves sont commandées par 25 solénoïde de sorte que lorsqu'elles sont alimentées, les valves ferment la liaison entre le collecteur et le compresseur du moteur et ouvrent la liaison entre le collecteur et le compresseur de suralimentation. 15°/ Installation selon la revendication 14, 30 caractérisée en ce que le commutateur de pression répondant à la pression de sortie du compresseur du moteur fonctionne de manière à couper les dites valves afin d'ouvrir la liaison entre le collecteur et le compresseur du moteur et de fermer la liaison entre le collecteur et le compresseur de suralimentation, lorsque la pression de 35 sortie du compresseur du moteur augmente jusqu'à une valeur prédéterminée. 16°/ Installation selon Ir revendication 15, caractérisée en ce que le commutateur de pression coupe également le compresseur de suralimentation lorsque les valves sont coupées.