Brevet FR2163394A1 — publié le 19730727

Dans les turbomoteurs comportant une turbine à gaz, on a constaté que des difficultés se présenemt lorsque, après une période de fonctionnement ininterrompu avec l'étrangleur en position d'ouverture complète, on ferme rapidement celui-ci, puis on l'ouvre de nouveau rapidement et complètement. Ce passage brusque de l'étrangleur de la position fermée à la position complètement ouverte, lorsque le turbomoteur est chaud, est connu en anglais sous le nom de "hot re-slas". Lorsqu'il se produit, le moteur a tendance à s'emballer ou à caler. Jussqutici, on a combattu cette tendance en réglant la commande de l'accél4ration du moteur de façon à limiter la gante d'accélération à un niveau tel qu'il empoche le moteur de s'emballer ou de caler. Toutefois, cette mesure impose une limite à l'accélération normale, et, par la même, elle est parfaitement indésirable. L'explication théorique proposée pour cette tendance du moteur à caler lorsqu'on passe brusquement, à chaud, de la position fermée à la position d'ouverture complète de l'étrangleur est la suivante. Lorsque le moteur tourne de façon ininterrompue à plein régime, le compresseur absorbe de la chaleur jusqu'8 ce qu'il atteigne une température d'équilibre. Lorsqu' on ferme l'étrangleur, on réduit le débit de l'air à travers le compresseur ainsi que la quantité de travail effectué sur cet air. Le compresseur commence alors à se refroidir, cédant sa chaleur à l'air qui le traverse à une vitesse relativement faible.Cet air est donc envoyé dans la chambre de combustion du moteur à une température plus élevée que celle qu'il doit normalementgoir. Si le moteur continue de tourner à bas rérime pendant un certain temps, toute la chaleur emmagasinée dans le compresseur peut se dissiper et il n'y aura aucune perturbation lorsqu'on commencera à accélérer. Par contre,si oa ouvre en grand l'étrangleur presque immédiatement après 1' avoir fermé, l'air qui pénètre dans la chambre de combustion sera encore trop chaud et il en résulte que la quantité supplémentaire de combustible admise pour l'accélération dans des conditions normales sera trop importante pour assurer une accélération progressive. L'invention a donc pour objet de pallier les inconvénients précités. A cet effet, elle prévoit d'utiliser un dispositif de commande de l'admission du combustible permettant de passer brusquement, à chaud, de la position fermée à la position d' ouverture complète de l'étrangleur sans qu'il soit nécessaire de limiter en permanence la plage d'accélération du turbomoteur. Le dispositif de commande de l'admission du combustible selon l'invention comprend des moyens de commande/l'accélération sensibles à une pluralité de paramètres de fonctionnement du moteur, pour commander le débit du combustible, arrivant au moteur en fonction des dits paramètres pendant l'accélération, des moyens sensibles à un état particulier du moteur, dans lequel l'air traversant le compresseur est chauffé par la chaleur emmagasinée par ce dernier au cours de la décélération précédente et agencés de façon à produire un signal électrique pendant la durée de cet état, et des moyens actionnables par ledit signal pour réduire le débit maximum de combustible permis par les dits moyens de commande de l'accélération. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de ce dispositif Figure 1 est une vue schématisée et partiellement en coupe d'une première forme d'exécution du dispositif selon l'invention; Figuré 2 est une vue schématisée et partiellement en coupe dtune seconde forme d'exécution de ce dispositif Bigure 3 est un graphique montrant les courbes caractéristiques de température d'un moteur typique. Comme on peut le voir, la figure 5 présente quatre courbes caractéristiques de la température de l'air a sa sortie du compresseur (enta, en ordonnées) en fonction de la vitesse du moteur Çen abscisses). La courbe A indique l'élévation de la température au cours d'une accélération normale, le moteur étant froid au début de cette accélération. Cette courbe se rapproche de l'équation 926191 +o(, , dans laquelle T2C est la température à la sortie du compresseur lors d'une accélération "à froid", ?1 est la température à l'entrée du compresseur, est une constante et N est la vitesse du moteur. la courbe B est celle de l'accélé- ration "à chaud".La courbe C est celle qui représente l'éléxa- tion de la température lorsque le moteur tourne en permanence à plein régime et la courbe D représente la diminution de tempé rature au cours d'une décélération normale après une période de fonctionnement permanent à plein régime. Le dispositif selon l'invention comprend une pompe 50, qui envoie le combustible sous pression à un régulateur de débit 10, dont une partie seulement est représentée. Ce régulateur 10 comporte un orifice doseur qui consiste en une ouverture Il dans un manchon coulissant 12, monté dans un collier fixe JI et sur lequel coulisse un collier mobile 14, la section de passage de l'orifice étant fonction des positions axiales respectives du manchon 12 et du collier coulissant 14. Le manchon 12 se déplace axialement nous l'action d'un appareil détectaur de pression indiqué par la référence générale 15, qui comprend une pluralité de soufflets élastiques sur lesquels agissent, de l'intérieur, un signal de pression prélevé sur le ctté basse pression du compresseur du moteur (appelé ci-aprFs pression P2) et, de l'extérieur, un signal de pression P3p, obtenu en faisant passer de l'air à une pression P3 du coté sortie du compresseur vers le c8té entrée de celui-ci, à travers une paire d'orifices 16 et 17 et en faisant agir sur l'extérieur des soufflets la pression existant entre les deux orifices précités.Une diminution de P3p repousse le manchon 12 vers la gauche de la figure 1 et, de ce fait, diminue la section de passage de l'otifice 11. Au contraire, une augmentation de P3p ramène le manchon 12 dans le sens opposé. Le collier coulissant 14 est déplacé dans un seul sens par un levier 18 sollicité par la force d'un ressort qui varie suivant la position d'une tige de manoeuvre de l'étrangleur. Des masselotes 19 agissent aussi sur le collier mobile 14 et le repoussent dans le sens opposé, c est à dire en direction du collier fixe 13. Des butées 20 et 21 sont prévues pour limiter les mouvements d'ouvertures et de fermeture du collier 14 et, à cet effet, coopèrent avec le levier 1&commat;. Ces butées sont réglables dans les deux formes d'exécution décrites eVSéférence aux figures et, dans le cas de celle représentée à la figure 1, la butée 20 est déplacée par un servo-moteur 22, dont la liaison avec la butée 20 est représentée schématiquement. Pour la commande du moteur 22, il est prévu un amplificateur de puissance ZZ, dont l'entrée reçoit un signal provenant d'un amplificateur 24, qui comprend un circuit totalisateur dont la sortie émet un signal proportionnel à la somme algébrique des signaux qui lui arrivent et qui sont au nombre de quatre. Il y a tout d'abord un signal T2t produit par un couple thermoélectrique ou autre appareil détecteur de la température situé immédiatement en aval du compresseur. Cet appareil fournit un signal de polarité positive. Les autres signaux ont une polarité négative et comprennent un signal (rétroactif) provenant d'un potentiomètre ou autre appareil similaire entraîné par le servomoteur 22, un signal de température T1 provenant d'un couple thermoélectrique ou autre appareil de détection de la température placé immédiatement en amont du compresseur et un signal égal au produit d'une constante aconnue et du carré de la vitesse du turbo-moteur, soit N2, produit par un mécanisme et/ou un circuit électronique. Lorsque le servo-moteur 22 place la butée 20 en position pour une marche normale, il n'y a pas de signal de rétroaction envoyé vers l'amplification 24, de sorte que le signal sortant de ce dernier est proportionnel à l'expression T2t -(T1 +o(N2) En fait, l'expression T1 * N2 représente la valeur de T2 pendant l'accélération "à froide", à condition que la constante soit convenablement choisie pour le turbomoteur en question, de sorte que l'alificatlon 24 n'émet un signal que brusque la température f2t diffère de sa valeur calculée.Ceci se produit, comme il a été expliqué plus haut, lorsque le compresseur cède à l'air qui le traverse une partie da la chaleur qu'il a emmagasinée, lors du passage brusque de l'étrangleur de la position fermée à la position d'ouverture complète, le moteur étant chaud, ce transfert de chaleur ayant pour conséquence que T2t est supérieur à T1 +N2 pendant un court moment. Ceci provoque un réglage de la position de la butée 20, qui s'écarte de sa position normale dans le sans d'une diminution de la quantité supplémentaire de combustible correspondant à l'accélération. Le degré de réglage est commandé par la boucle de rétroaction indiquée plus haut. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 2, la butée 20 n'est pas déplaaée par un servo-moteur, mais il est prévu une soupape 25 commandée par un solénolde, qui est reliée, par l'intermiiaire d'un passage étranglé 26, à l'intervalle qui sépare les orifices 16 et 17 et aussi, directement, à une enceinte entourant les soufflets de l'appareil de commande du débit du combustible. La soupape 25 est maintenue en position de fermeture par la force d'un ressort et, comme le montre la figure 2, il y a une boucle de rétroaction entre le solénoïde et l'amplificateur 24.Ainsi, lorsque l'étrangleur passe brusquement, à chaud, de la position fermée à celle d'ouverture complète, le signal émis par la sortie de l'amplificateur 24 provoque ltouverture de la soupape 25. Le degré d'ouverture de celle-ci est fonction de l'intensité du signal émis et il provoque une diminution proportionnelle de la pression qui s'exerce de l'extérieur sur les soufflets. Cette diminution, à son tour, déplace le manchon 12 vers la gauche ebSéduit ainsi la quantité supplémentaire de combustible correspondant à l'accélération. Dans une variante de réalisation du dispositif selon l'invention, la température réelle de la matière dont est fait le compresseur est mesurée en un endroit placé vers l'extrémité de sortie de celui La température du cnprasseur pendant l'accélération "à froid est calculée, comme plus haut, à partir de valeurs mesurées de la température de l'air à l'entrée du compresseur et de la vitesse du turbomoteur.Cette température calculée est comparée avec la température réelle et le signe rFaultant d'une différencie éventuelle est amplifié et utilisé soit pour régler la butée 20 de limitation, de l'accélération soit pour actionner une soupape modifiant les signaux de pression d'air reçus par l'appareil détecteur de pression Dans une autre variante, la température réelle du compresseur peut titre comparée avec la température calculée de l'air débité par le compresseur pendant l'accélération "d froid". Dans une forme d'exécution enoore différente, le signal différentiel peut résulter de deux signaux, correspondant chacun à une température réelle mesurée. Par exemple, la température de la matière dont est fait le compresseur et celle de l'air à la sortie du compresseur peuvent être mesurées toutes deux et comparées dans le circuit d'addition de l'amplificateur 24. Une forme appropriée de servo-m6danisme est utilisée pour déplacer la butée 20 ou ouvrir la soupape 25 lorsque la différence entre ces deux températures indique que le moteur risque de s'emballer ou de caler lors d'un passage brusque de l'étrangleur de la position fermée à celle compsstement ouverte. Dans une autre variante, on peut utiliser deux sondes "palpant" la température dans le courant d'air sortant du compresseur. line des sondes réagit rapidement, tandis que l'autre possède une inertie thermique supédbure convenable, de sorte qu'une aifférence dans les signaux indique un changement de température. Le signal différentiel qui en résulte modifie la commande de l'admission de combustible de la manière expliquée plus haut. Pour obtenir l'inertie thermique nécessaire, la seconde sonde peut "palper" la température de l'air dans une chambre traversée par un eourant d'air lent, prélevé sur le courant d'air sortant du compresseur. Bans une autre forme d'exécution, la sonde elle-même peut être dotée de moyens retardateurs pour fournir l'inertie désirée, ou l'instrument auquel elle est associée peut comporter un système temporisateur électronique ou électro-mécanique. REVENDICATIONS 1. - Dispositif de commande du débit du combustible alimentant des moteurs à turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande de l'accélération, sensibles à une pluralité de paramètres de fonctionnement du moteur, pour commander le débit du combustible arrivant au moteur en fonction des dits paramètres pendant l'accélération, des moyens sensibles à un état particulier du moteur, dans lequel l'air traversant le compresseur est chauffé par la chaleur emmagasinée par ce dernier au cours de la décélération précédente, et agencés de façon à produire un signal électrique pendant la durée de cet état, et des moyens actionnables par ledit signal pour réduire le débit maximal de combustible permis par les dits moyens de commande de l'accélération. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens sensibles à l'état particulier du moteur consistent en un amplificateur produisant un signal qui correspond à la différence entre les valeurs de deux paramètres du moteur, valeurs qui ne diffèrent que lorsque ledit état existe 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé an ce que ledit amplificateur produit un signal qui correspond à la différence entre la valeur réelle mesurée d'un paramètre qui fluctue par suite de la chaleur emmagasinée par le compresseur et la valeur du mOrne paramètre, déterminée en mesurant d'autres paramètres non influencés par la chaleur emmagasinée dans le compresseur. 4. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le paramètre fluctuant par suite de la chaleur emmagasinée dans le compresseur est la température de l'air à la sortie de ce dernier, les autres paramètres étant la température de l'air à l'entrée d'air du moteur et la vitesse de rotation du moteur. 5. - Dispositif selon la rerendication 4, caractérisé en ce que l'entrée de l'amplificateur reçoit des signaux provenant de moyens produisant un premier signal électrique dont la grandeur est proportionnelle au carré de la vitesse du moteur, de moyens produisant un deuxième signal électrique dont la grandeur est proportionnelle à la température de l'air à la prise d'air du moteur et de moyens produisant un troisième signal électrique proportionnel à la température de l'air à la sortie du compresseur et en ce que ledit amplificateur émet un signal proportionnel à la somme du premier et du deuxième signal, diminuée de la valeur du troisième signal. 6. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le paramètre fluctuant par suite de la chaleur emmagasinée dans le compresseur est la température du compresseur lui-mSme et en ce que les autres paramètres sont la température de l'air à la prise d'air du moteur et la vitesse de rotation de ce dernier. 7. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amplificateur émet un signal correspondant à la différence entre deux températures mesurées à l'intérieur du moteur. 8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les dites températures sont celles du compresseur et cellesde l'air sortant de ce dernier. 9. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens sensibles à l'état particulier du moteur consistent en un amplificateur différentiel dont l'entrée reçoit un signal correspondant à la température de l'air sortant du compresseur et un autre signal correspondant à cette même température, mais temporisé. 10. - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une paire de sondes de température pour fournir les dits signaux, une des ondes mesurant la température réelle instantanée, tandis que l'autre présente une plus grande inertie thermique. 11. - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la sonde dotée d'une plus grande inertie thermique est munie de moyens retardateurs. 12. - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la sonde ayant une plus grande inertie thermique est disposée de façon à mesurer la température dans une chambre reliée à la sortie du compresseur et traversée par un courant d' air lent venant de ladite sortie. 13. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que les moyens actionnés par le signal de sortie de l'amplificateur envoient à ce dernier un signal de contre-réaction stabilisateur. 14. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens actionnés par le signal de sortie de l'amplificateur consistent en un servo-moteur relié à une butée disposée de façon à limiter le déplacement d'une pièce déplaçable sous l'influence de l'un ou de plusieurs des paramètres de fonctionnement du moteur, pièce qui commande le débit du combustible arrivant au turbomoteur. 15. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les moyens de commande de l'accélération comprennent des moyens de détection de la pression reliés au compresseur du moteur et en ce que les moyens actionnables par le signal de sortie comportent une soupape reliée aux moyens de détection de la pression pour modifier la pression qui s'exerce sur ces derniers lorsque le moteur se trouve dans l'état particulier auquel il doit être remédié.