Brevet FR2238046A1 — publié le 19750214

La présente invention se rapporte à un dispositif de commande de l'alimentation en carburant pour moteurs à turbine à gaz. Suivant l'invention, un dispositif de commande de l'alimentation en carburant pour moteurs à turbine à gaz comprend une pompe, un dispositif de dosage variable placé en amont de ladite pompe, un distributeur de commande place en aval du dispositif de dosage variable, ce distributeur de commandecomportant une entrée communiquant avec le dispositif de dosage variable ainsi qu'une première et une seconde sorties communiquant respective- ment avec les bradeurs du moteur et avec un côté d'amont de la pompe ainsi qutun élément de commande mobile en réponse à une augmentation dtun signal de servo-pression pour ouvrir la première sortie et fermer la seconde sortie et une soupape pilote réagissant à une augmentation de la vitesse du moteur pour réduire le signal de servo-pression. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - les Fig. 1 à 3 représentent schématiquement les différentes parties dtun système de commande de carburant et elles doivent etre considérées en combinaison, et - la Fig. 4 représente une variante du système de commande de carburant suivant l'invention. Sur les dessins, on a représenté un dispositif commande de 1' alimentation en carburant pour un moteur à turbine à gaz 10 à trois étages, c'est-à-dire un moteur comportant trois compresseurs et trois turbines associées qui sont montées sur des arbres concentriques. Une pompe centrifuge 11 alimente en carburant une pompe volumétrique 12 entraînée par le moteur 10. Une soupape de sûreté 23 sollicitée par un ressort est reliée à la pompe 12. En aval de la pompe 12, il est prévu un dispositif de dosage variable 14 qui comprend un manchon 15a pouvant coulisser dans un corps 16 par rapport à un manchon fixe 15b. Dans les manchons 15a, 15b peut coulisser un autre manchon 17 qui est pourvu d'orifices triangulaires 18 pouvant se déplacer par rapport à un intervalle 19 formé entre les manchons 15a, 15b afin de cons tituer un orifice de dosage variable. le manchon 55a- est mobile dans une certa-ine direction par rapport au manchon 17 afin de réduire le débit de carburant, ce mouvement étant assuré par un ensemble de masselottes 20 entraînées par l'arbre du moteur 10 tournant à grande vitesse. le manchon 15a est en contact avec un levier 21 qui, comme indiqué sur la Zig.1, est monté de façon à tourner autour d'un axe fixe 22 et comporte un bras 23 pourvu sur un bord d'une surface de came 24. Un élément de came 25 comporte deux faces actives 26, 27 qui sont formées le long de côtés opposés de l'élément 25. Deux galets porteurs 28, 29 entrent en contact avec la face de came 27 et les positions des galets 28, 29 sont réglables à l'aide de tiges filetées. Un dispositif de transmission 30 comporte un support 31 sur lequel sont montés à pivotement deux bras 32, 33. Des galets d'appui 34, 35 prévus aux extrémités des bras respectifs 32, 33 entrent en contact avec les surfaces de came 24, 26.Les galets 34, 35 sont poussés vers l'extérieur contre les surfaces de came respectives par un ressort 36, la disposition étant telle que les ressorts 36 agissent par l'intermédiaire d'un levier 21 pour pousser le manchon 15 en opposition au mouvement assuré par les masselottes 20. le support 31 est monté de manière à pivoter autour d'un axe fixe entre les surfaces de came 24, 26 de façon que le mouvement du ressort 36 autour du pivot 22 et par conséquent la poussée exercée sur le manchon 15a soient variables. Le support 31 est mobile sous l'impulsion d'une came 37 qui réagit à son tour à un levier 38 déplaçable à partir d'une position centrale de ralenti représentée sur la Fig. 1 dans l'une ou l'autre direction afin de commander le moteur 10 pour qu'il exerce une poussée vers l'avant ou vers l'arrière. La came 37 est agencée de façon que la commande de poussée, pour un mouvement similaire du moteur à partir de la position de ralenti soit la même pour la poussée vers l'avant et la poussée vers l'arrière.Il est évident qu'on obtient une poussée vers l'arrière à partir du moteur 10 à l'aide de déflecteurs (non représentés) qui sont actionnés en réponse à un mouvement du levier 38. L'élément de came 25 est articulé sur une biellette 39 qui est-à son tour articulée sur un levier 40 mobile autour d'un axe fixe 41. Le levier 40 est poussée par un ressort 42 en direction d'une came 43 entraînée en rotation par un moteur pasà-pas 44. Le moteur 44 est excité par des impulsions fournies par un circuit de commande 45.Le circuit 45 est un circuit numérique réagissant à la vitesse NH de l'arbre du moteur 10, à la température T1 à l'entrée du compresseur du moteur, au nombre de Mach MN et à l'altitude de l'avion dans lequel le moteur 10 se trouve monté, à la température T7 des gaz d'échappement de la chambre de combustion du moteur, à la position &commat;B du du levier 38 et également au réglage d'un commutateur-sélecteur 46 de manière à entraîner le moteur 44 pour faire tourner la came 43 et pour déplacer l'élément de came 25 vers le haut, en regardant la Fig.1. Un mouvement de montée de élément de came 25 fait tourner ce dernier dans le sens contraire des aiguilles d'une montre autour de son pivot d'articulation sur la biellette 39 et il augmente par conséquent la poussée exercée par le ressort 33 sur le manchon 15 pour une position donnée du support 31. Le com mutateur-sélecteur 46 est actionné manuellement en eorrespon- dance aux modes de fonctionnement dtun avion dans lequel le moteur 10 est monté, par exemple le décollage, le vol ascensionnel maximum et la vitesse de croisière maximale. En cas de panne du circuit 44, la came 43 peut être rendue sans effet à l'aide d'une autre came 47. La came 47 est montée à rotation de façon à pouvoir écarter le levier 40 de la came 43 à ltaide d'un levier-sélecteur 48 lorsque ce dernier est amené dans la position indiquée en A sur la Sig.3. En référence à la Fig. 2, le manchon 17 du dispositif de dosage variable 14 est mobile à l'aide d'un levier 50 qui est accouplé à un dispositif à soufflets comportant deux soufflets unitaires 51, 52 montés en tandem. le soufflet 51 est mis sous vide tandis que le soufflet 52 est soumis intérieurement à une pression intermédiaire r3 fournie par le compresseur du moteur. Les deux soufflets 51, 52 sont soumis extérieurement à une pression P4p qui est transmise par l'intermédiaire d'un potentiomètre fluidique comportant un étranglement 53 et un venturi 54 branché en série entre la source de pression P3 etune source de pression P4 provenant de la sortie de l'étage final du compresseur du moteur. En conséquence en service, le dispositif de dosage variable 14 réagit en réponse à une augmentation de la pression P4p ou bien à une diminution de la pression P3 pour augmenter le débit de carburant. Le dispositif 14 réagit également à une augmentation de la vitesse NH de l'arbre du moteur pour réduire le débit de carburant et le manchon 15 est poussé à l'encontre du mouvement exercé par les masselottes 20 par le ressort 36 agissent par l'intermédiaire t levier 21.La force exercée par le ressort 36 est amplifiée par le levier 38 se déplaçant dans une direction l'éloignant de la position centrale deralenti. le mouvement du manchon 15 est limité par des butées réglables 55, 56 qui agissent effectivement pour limiter respectivement lac- célération et la décélération. Le mouvement du manchon 17 dans une direction produisant une réduction du débit de carburant est limité par une butée 57. Cette butée 57 est déplaçable par une came 58 pouvant être entraînée en rotation par un levier-sélecteur 48. La butée 57 est mobile entre une première position, représentée sur la Fig. 2 et sélectionnée par la mise en place du levier 48 dans la position 3, et une seconde position correspondant aux positions Cou D du levier 48.La position 3 du levier 48 correspond à la marche normale du moteur 10 tandis que les positions C et D correspondent respectivement à des conditions de démarrage du moteur avec l'enrichissement en carburant " et "appauvrissement en carbura-nt". La butée 57 établit, pour une-vitesse donnée du moteur correspondant à la position du manchon 15a, un débit minimal de carburant dans le dispositif de dosage 14. Une tige 60 traverse axialement le manchon 17 et se termine dans un élément de piston 61 pouvant coulisser dans un manchon à orifice 62. les extrémités du manchon 62 communiquent respectivement avec les côtés d'amont et d'aval du dispositif de dosagew variable 14. Le manchon 62 comporte des orifices 63 qui communiquent par l'intermédiaire d'un passage 64 avec le coté d'amont de la pompe 12. L'élément 61 constitue par conséquent une soupape de décharge pour le dispositif de dosage 14. Un autre élément de piston 65 peut coulisser sur la tige 60 dans une zone adjacente à l'élément de piston 6t. Le mouvement de coulissement de l'élément 65 est limité dans les deux directions par une saillie 66 prévue sur la tige 60. L'élément 65 coopère avec d'autres orifices 67 du manchon 62 de manière à former une soupape d'étranglement branchée en série avec le dispositif de dosage 14. les orifices 67 communiquent par ltintermédiaire d'un passage 68 avec une autre valve 69 qui sera décrite dans la suite. L'élément 65 est poussé dans une direction produisant une ouverture des orifices 67 par la pression régnant en aval du dispositif de dosage 14 et il est poussé dans la direction opposée par un ressort 70 qui est également en contact avec l'élément de piston 61. L'élément de piston 65 est agencé de manière que l'intervalle existant entre les éléments 61 et 65 soittoujours soumis à la pression régnant dans le passage 68. La tige 60 est sollicitée par une autre série de masselottes de régulateur 71 qui sont également entraînées à la vitesse NE de l'arbre de moteur. Les masselottes 71 sont poussées par un ressort 72 en réponse à une augmentation de la vitesse NE. Le ressort 72 exerce par conséquent une force minimale sur la tige 60 et, en poussant cette dernière vers une position de fermeture, on obtient une baisse de pression minimale dans le dispositif de dosage variable 14. On établit par conséquent un débit de carburant approprié à l'allumage. Ce débit d'allumage est fonction de l'altitude du fait du mouvement du manchon 17 sous l'influence des soufflets 51, 52. Le côté d'aval du dispositif de dosage 14 communique par l'intermédiaire d'un passage 73 et d'un robinet dtar- rêt 74 avec des brailleurs d'allumage du moteur 10. Le robinet 74 est actionné par le sélecteur 48 de façon à être ouvert dans toutes les positions du levier 48,excepté la position E qui correspond à arrêt du moteur. L'élément de piston 61 est poussé dans une direction s'opposant à la pression de décharge de la pompe 12 et dans une direction correspondant à une réduction de l'écoulement de décharge, en permettant à l'élément 65 d'ouvrir la soupape d'étranglement sous l'action d'un ressort 75. La force exercée par le ressort 75 est modifiable à l'aide d'une came 76 qui est entraînée en rotation par le levier-sélecteur 4 & de manière que, dans la position C du levier 48 (correspondant à un démarrage avec enrichissement en carburant), la force exercée par le ressort soit augmentée.et l'écoulement de décharge réduit Pendant le démarrage, la pression régnant en aval du dispositif de dosage est faible et le ressort 70 contre-balance cette pression de façon à pousser l'élément de piston 65 pour fermer la soupape d'étranglement.Pratiquement la totalité du carburant débité par la pompe 12 est par conséquent fournie par l'intermédiaire du passage 73 aux brûleurs d'allumage du moteur. Pour de faibles niveaux du débit de carburant passant dans le dispositif de dosage 14, la soupape d'étranglement agit par conséquent comme une soupape de pressurisation pour maintenir la pression régnant dans le passage 73 supérieure à celle régnant dans le passage 68 d'une valeur qui ne tombe pas en-dessous d'une valeur minimale correspondant au réglage du ressort 70. lorsque la vitesse du moteur augmente jusqu'a un niveau où les masselottes 71 contrebalancent la force exercée par le ressort 72, le débit de carburant passant dans le dispositif 14 augmente et le débit fourni par la pompe 12 augmente également. les pressions régnant en amont et en aval du dispositif de dosage 14 augmentent. la pression d'aval contrebalance la force exercée par le ressort 70 et l'élément 61 entre en contact avec l'élément 65. Ces éléments se déplacent essentiellement à l'unisson et réagissent à la différence entre les pressions régnant de part et d'autre du dispositifde dosage 14. les éléments 61, 65 sont également sensibles, par l'intermédiaire des masselottes 71, à la vitesse N11 du moteur. En conséquence dans ces conditions, les éléments 61, 65 agissent de façon à maintenir la différence entre les pressions régnant de part et d'autre du dispositif de dosage 14 à une valeur essentiellement constante pour une vitesse donnée Nx. Le distributeur 69 (Fig.3) prévu entre les passages 68 et les brûleurs principaux du moteur comporte deux sorties 77, 78 qui communiquent respectivement avec le passage 68 et avec les brûleurs principaux. Un tiroir de commande 79 est mobile de façon à répartir l'écoulement provenant du passage 68 entre les orifices de sortie 77, 78. L'élément 79 réagit à la pression régnant dans le passage 68 et comporte des collets de différents diamètres de manière à titre poussé par la pression régnant dans le passage 68 dans une direction produisant une augmentation du débit passant par la'orifice de débit 77 et une réduction du débit passant par l'orifice de sortie 78.L'élément 79 est également poussé dans la même direction par un ressort 80 et par un signal de-haute pression appliqué par l'intermédiaire d'un tuyau 81 relié à la sortie de la pompe 12. L'élément 79 est poussé dans la direction opposée par un signal de servo-pression dans une chambre 82, ce signal étant dérivé de la pression établie dans le tuyau 81 par l'intermédiaire d'un étranglement 83. La chambre 82 communique par l'intermédiaire d'un orifice 84, d'un passage 85 et d'une soupape-pilote 86 avec le passage 68. L'ori- fice 84 est disposé de façon à former une valve en coopération avec la grande extrémité du tiroir 79. Il peut par conséquent exister une condition dans laquelle, lorsque l'orifice 84 est partiellement fermé, les forces agissant sur l'élément 79 sont en équilibre.Dans cette condition d'équilibre, l'orifice 78 reste au moins partiellement ouvert de sorte que les brûleurs principaux ne sont pas éteints. La soupape-pilote 86 est actionnée par un moteur de génération de coupe 87 réagissant à un circuit de commande électronique 88, Le circuit 88 reçoit des signaux qui sont fonction des vitesses M,, NI des arbres de moteur à basse vitesse et à vitesse intermédiaire et également de la température T7 de sorte qu'une augmentation de ces paramètres au-delà de niveau prédéterminés produit une ouverture de la soupape-pilote 86 afin de ré duire-la servo-pression dans la chambre 82 et par conséquent de réduire le débit dé carburant fourni aux brûleurs principaux du moteur. Un levier 86 comporte un pivot 90 réglable en position et il peut être-sollicité à la fois par l'élément de commande de la soupape-pilote 86 et par le levier 50 du dispositif de dosage variable 14 lorsque ce levier a été déplacé dtune distance supérieure à une valeur prédéterminée en réponse aux pressions P3 et P4p. Te levier 89 agit par conséquent de façon à réduire le débit de carburant fourni au moteur afin de limiter la différence entre les pressionsPq et Pqp et par conséquent de déterminer une pression maximale de sortie de compresseur. La chambre 82 de la soupape 69 communique également par l'intermédiaire d'un passage 90 et d'un robinet d'arrêt 91 avec le passage- 68. Le robinet d'arrêt gl est actionné par un levier-sélecteur 48 de façon à être ouvert seulement lorsque ce dernier se trouve dans la position E, c'est-à-dire lorsque le moteur est arrêt. lorsque lerobinet 92 est ouvert, la serve pression régnant dans la chambre 82 diminue de façon à produire une fermeture complète de l'orifice de sortie 78 et tout'le débit de carburant fourni au distributeur 69 est-renvoyé au côté d'amont de la pompe 12. le système représenté sur la Fig. 4 constitue une variante du mode de réalisation-décrit ci-dessus, des parties similaires portant des références identiques. Un moteur à turbine à gaz 10 à trois étages est alimenté en carburant par une pompe volumétrique 12 entraînée par le moteur 10. En aval de la pompe 12, il est prévu un dispositif de dosage variable 14. le dispositif 14 commande le débit de car burant en fonction de la position & ommat; # d'un d'un levier de commande 48, de la vitesse NH de la turbine à haute vitesse du moteur et des pressions de décharge P3, P4 des compresseurs à vitesse intermédiaire et à grande vitesse. le dispositif 14 réagit également à un signal électrique d'équilibrage provenant d'un circuit de commande 44 sensible à la position 8 du levier 48, à la -vitesse NH et à la température T7 régnant dans la chambre de combustion du moteur. le dispositif 14 comporte comme auparavant un élément de commande qui est mobile respectivement dans une première et une seconde directions afin d'augmenter et de réduire le débit de carburant. Cet élément de commande est mobile dans ladite première direction en réponse à une réduction de la pression P3 ou à une augmentation d'une pression P4p provenant d'un potentiomètre flui dique branché entre les deux pression P 3 et P En aval du -dispositif de dosage 94, il est prévu un distributeur îoo qui constitue une variante du distributeur 69 décrit en référence aux Fig. 1 et 3. le distributeur 1oo est branché entre un passage de sortie 68 du dispositif de dosage 14 et les brûleurs principaux du moteur 10. Ce distributeur 100 comport-e deux orifices de sortie 102, 103 qui communiquent respectivement avec un passage 64 et avec les brûleurs principaux du mot-eur. le passage 64 communique avec le c8té amont de la pompe 12. Un élément de commande 101 se présentant sous forme de tiroir est mobile de manière à répartir l'écoulement provenant du passage 68 entre les orifices de sortie 102, 103. L'élément 101 est poussé par la pression régnant en aval de la pompe 12 et transmise par l'intermédiaire du passage 81 ainsi que par un ressort 304 dans une direction produisant une augmentation du débit passant par l'orifice de sortie 102 et une réduction du débit passant par l'orifice de sortie 103. L'élément 101 est poussé dans la direction opposée par un signal de servo-pression engendré dans une chambre 105 et fonction de la pression établie dans le tuyau 81 par l'intermédiaire- d1un étranglement 106.La section de l'élément 101 qui est soumise à la pression régnant dans la chambre 105 est plus grande que celle qui est soumise à la pression régnant dans le passage 81. La chambre 105 communique par l'intermédiaire d'un orifice 107, d'un passage 108 et d'une soupape-pilote 109 avec le passage 68. L'orifice 107 est disposé de façon à former une valve coopérant avec un collet du tiroir 101. il peut par conséquent exister une condition dans laquelle, l'orifice 107 étant partiellement fermé, les forces agissant sur ltélé- ment 101 sont en équilibre. Dans cette condition d'équilibre, l'orifice 103 reste au moins partiellement ouvert de sorte que les brûleurs principaux ne sont pas éteints. La soupape pilote 109 est actionnée par un moteur de génération de couple 87 réagissant à un circuit de commande électronique 88. Le circuit 88 reçoit des signaux qui sont fonction des vitesses N1, NI des arbres de moteur tournant à basse vitesse et à vitesse intermédiaire et également de là température T-7 de sorte--qu'une augmentation de ses valeurs au-delà de niveaux prédéterminés produit une ouverture de la soupape-pilote 109 pour réduire la servo-pression dansa chambre 105 et par conséquent pour réduire le débit de carburant fourni aux brûleurs principaux du moteur. Un ressort 111 est interposé entre l'élément 101 et l'élément de commande 112 de la soupape-pilote 109. La dispo-sition est telle qu'un mouvement de l'élément 112 pour fermer la soupape 109 et par conséquent pour augmenter la pression dans la chambre 105 est contrebalancé par le mouvement résultant de l'élé- ment de commande 101 en forme de tiroir. L'élément de commande 112 prend par conséquent une position d'équilibre dans laquelle la force appliquée par le moteur 87 est contrebalancée par la force résultante exercée par le ressort 111 et par un ressort opposé 114. La force exercée par la -ressort 111 est fonction de la position de l'élément 10-1 L'élément 102 prend rer conséquent une position qui est fonction du courant fourni au moteur 87. Un levier 113 se déplace avec élément de commande 112 de le soupape-pilote 109 et ll est également déplaçable par l'élément de commande du dispositif de dosage 14 lorsque ce dernier se déplace de plus d'une valeur prédéterminée dans la première direction grécités afin d'augmenter le débit de carburant. le levier 113 peut par conséquent agir, par l'intermédiaire de la soupape-pilote 109, pour réduire le débit de carburant -fourni au moteur afin de limiter- la différence entre les pressions P3 et P4p et'par conséquent de déterminer la pression maximale à la sortie du compresseur. La chambre 105 -du distributeur 100 communique également par l'intermédiaire d'un passage 90 et d'un robinet d'arrêt 91 avec le passage 68. Le robinet d'arrêt 91 est actionné par le levier-sélecteur 48 de manière à être ouvert seulement lorsque le moteur est arrêté. le robinet 91 étant ouvert, la servo-pression régnant dans la chambre 105 diminue de façon à produire une fermeture complète de l'orifice de sortie 103 de sorte que tout le débit de carburant fourni au distributeur 100 est renvoyé au cEté d'amont de la pompe 12 par l'intermédiaire de- l'orifice de sortie 102. REVENDICATIONS 0 Dispositif de commande de l'alimentation en carburant pour un moteur à turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe, un dispositif de dosage variable placé en aval de 12 pompe, un distributeur de commande placé en amont du dispositif dè dosage variable et comportant une entrée communiquant avec ce dispositif de dosage ainsi qu'une première et une seconde sorties communiquant avec des brûleurs du moteur et avec un côté d'amont de la pompe et un élément de commande mobile en réponse à une augmentation d'un signal de servo-pression pour ouvrir la première sortie et fermer la seconde sortie ainsi qu' une soupape-pilote réagissant à une augmentation de la vitesse du moteur pour réduire le signal de servo-pression. 20 Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de dosage comprend un élément de commande mobile de façon à faire varier le débit de carburant traversant le dispositif et en ce outil est prévu un moyen réagissant à un mouvement, au-delà d'une limite prédéterminée, dudit élément de commande dans une direction correspondant à une augmentation du débit de carburant pour obliger la soupape-pilote à réduire ledit signal de servo-pression. 30 Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen réagissant à un mouvement de l'élément de commande comprend un levier coopérant avec ledit élément de commande et avec ladite soupape-pilote. 40 Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la position du pivot dudit levier est réglable. S0Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de commande réagissant à la vitesse du moteur pour produire un signal électrique de commande, un organe d'actionnement réagissant audit signal de commande et un élément de commande de la soupape-pilot-e qui est déplaçable par ledit organe d t actionnement. 60 Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un ressort reliant l'élément de commande de soupape-pilote à l'élément de commande de distributeur de manière qu'un mouvement de ce dernier élément dans une direction produi sant une ouverture de la première sorte pousse l'élément de commande de soupape-pilote dans une direction produisant une diminution du signal de servo-pression. 70 Dispositif suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'un pivot pour l'élément~de commande de soupape-pilote fore également un pivot pour ledit levier. 80 Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu1il comprend une soupape de limitation qui est progressivement fermée par l'élément de commande de distributeur lorsque ce dernier se déplace pour fermer la première sortie, ladite soupape de limitation étant branchée en série avec la soupape-pilote de manière qu'une réduction du signal de servopression par ladite soupape-pilote soit limitée par ladite soupape de limitation. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé an ce qu'il comprend une autre soupape, branchée en parallèle à ladite soupape-pilote et manoeuvrable lorsque le moteur est arrêt pour réduire ledit signas de servo-pression.