Brevet FR2459880A1 — publié le 19810116

La présente invention concerne des systèmes d'alimentation de carburant pour un moteur à turbine à gaz et, plus particulièrement, une soupape de réparti- tion de carburant pouvant également être utilisée pour permettre un démarrage séquentiel du moteur. De façon bien connue, pour obtenir l'allu- mage dans un moteur à réaction, le rapport carburant/air doit être maintenu au-delà d'une certaine valeur minimale au voisinage des tuyères o l'allumage doit avoir lieu. Normalement, l'allumage est amorcé en un ou deux endroits et la flamme se propage rapidement sur toute la périphé- rie du brûleur. Dans certains moteurs, cet apport rapide d'énergie provoque un calage du compresseur, à moins que l'on ne prenne des mesures importantes pour assurer une purge de ce dernier. Cet état de calage peut être atténué moyennant un allumage séquentiel de zones sélectionnées, à une vitesse réglée et au rapport local correct carbu- rant/air dans le brûleur, dé telle sorte que l'accéléra- tion du moteur au régime de ralenti puisse avoir lieu à une vitesse ne provoquant pas le calage du compresseur. A cet effet, la présente invention prévoit, pour un brû- leur à un seul étage, une soupape de répartition de car- burant qui assure une distribution dosée du carburant aux injecteurs individuels de carburant, ainsi qu'un allumage séquentiel sans modifier les caractéristiques de program- mation de la commande de carburant en ce qui concerne la distribution du carburant. En raison de sa conception exceptionnelle, cette soupape se prête à une utilisation à la fois comme soupape de dosage et comme distributeur 3( répartiteur d'écoulement grâce à son aptitude à doser l'écoulement avec précision à travers les orifices de dé- charge dans un large intervalle de débits de carburant. Selon une caractéristique de la présente in- vention, on prévoit une soupape de répartition assurant une distribution séquentielle du carburant et comportant un manchon intérieur coulissant, avec une rainure annulai- re qui communique, à l'intérieur de la soupape, avec des orifices de décharge pratiqués sur le carter extérieur pour la distribution du carburant à un système d'injec- teurs prévu dans le brûleur d'un g7roupe propulseur du type à turbine. Selon une autre caractéristique de la présente invention, l'écoulement du carburant entre les orifices de décharge reste relativement précis dans un large intervalle de débits. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la spécification et des revendications ci-après, en se réfé- rant aux dessins annexés qui illustrent une forme de réa- lisation de cette dernière et dans lesquels: la figure 1 est une vue éclatée en perspec- tive illustrant les détails de l'invention; la figure 2 est une vue partiellement en cou- pe et partiellement schématique illustrant la soupape re- liée aux injecteurs du brûleur; et la figure 3 est une vue schématique partielle illustrant la configuration des orifices pour un fonction- nement séquentiel avec possibilité de mise en dérivation. Comme le montre la figure 1, la soupape de répartition d'écoulement désignée d'une manière générale par le chiffre de référence 10 comporte un carter cylin- drique extérieur 12 qui est fermé à une extrémité 14 et ouvert à l'extrémité opposée. L'alésage 16 de ce carter a des dimensions calculées de façon qu'il puisse recevoir un manchon 18. Un piston 19 et un ressort 20 venant s'adapter dans l'alésage 22 du manchon 18, ainsi que l'as- semblage 24 d'un couvercle de fermeture et d'un élément de retenue pour le ressort constituent le reste de la sou- pape. Le couvercle peut être fixé au corps principal, c'est-à-dire au carter cylindrique extérieur 12, par des boulons 26 (dont un seul est représenté) introduits dans une ouverture pratiquée dans des brides formées sur ce couvercle et ce manchon, pour venir se visser dans une 24e9880 ouverture complémentaire pratiquée dans l'extrémité op- posée du carter cylindrique 12. Plusieurs raccords de décharge 30 sont formés sur la périphérie du carter cy- lindrique 12 pour coopérer avec des rainures 32 ménagées dans le manchon 18 ainsi qu'on le décrira ci-après en se référant à la figure 2. La figure 2 illustre les éléments assemblés, notamment le manchon 18 adapté dans l'alésage 16 du car- ter cylindrique extérieur 12 en étant verrouillé en place par la bride du couvercle 24 et l'extrémité du carter 12. Un piston 19 comportant des surfaces de parois 36 et 38 pour une réaction hydraulique, peut coulisser par rapport au manchon fixe 18. Le ressort 20 et la pression régnant dans la chambre de droite agissent contre la surface de 1s réaction 38 pour pousser le-piston dans une direction, tandis que le fluide pénétrant dans l'autre extrémité agit contre la surface de réaction 36 pour pousser le pis- ton dans la direction opposée. Suivant la présente invention, dans le diamè- tre extérieur du piston 19, est ménagée une gorge annu- laire 40 recevant le carburant venant de la chambre 44 via plusieurs trous axiaux forés 42 (dont deux seulement sont représentés). La chambre 44 recoit le carburant de l'ali- mentation fournissant ce dernier via l'orifice 46. Le carburant con-tenu dans la chambre 44 sert également à déplacer le piston 1.9 vers la droite à l'en- contre de la force exercée par le ressort 20 et la pression cinétique de référence établie dans la chambre 48 via un orifice d'admission 50. D'après la description ci-dessus, il apparaît que le carburant venant de la chambre 44 pénètre dans la gorge annulaire 40 via les trous axiaux 42, pour s'écouler ensui- te dans les orifices de décharge 52 communiquant avec les raccords 30. De même, comme illustré schématiquement en figure 2, des canalisations de carburant 56 relient des injecteurs de carburant 58 (deux injecteurs pour chaque raccordement) aux raccords 30 pour l'alimentation de car- burant au brûleur. Evidemment, on pourrait prévoir un ou plusieurs injecteurs, mais c'est là une question de concep- tion qui n'intervient pas dans le cadre de l'invention. A mesure de l'accroissement du volume de carburant dosé par la commande de carburant (non représentée), le pis- ton 19 se déplace en position d'extrême droite, si bien que la gorge annulaire glisse par-dessus les rainures allongées 32 dont la largeur augmente pour distribuer une plus grande quantité de carburant lors de l'accélération du moteur. Evidemment, étant donné qu'une plus grande surface de la rainure est découverte ou mise en communi- cation avec la gorge annulaire 40, un accroissement du débit de carburant se manifestera dans les injecteurs as- sociés. La figure 3 illustre la façon dont la soupa- pe peut être aisément adaptée pour assurer une distribu- tion séquentielle du carburant. Ainsi qu'on l'a mention- né précédemment, les rainures 32a, 32b et 32c sont pro- gressivement raccourcies et elles sont espacées axiale- ment par rapport au premier point de contact avec la gorge annulaire 40. Dès lors, à mesure que le piston 19 et la gorge annulaire 40 se déplacent axialement vers la droite, ils entrent tout d'abord en contact avec la rainure 32a qui alimente un premier injecteur ou un pre- mier groupe d'injecteurs, pour entrer ensuite en contact avec la rainure 32b qui alimente de la même manière un au- tre injecteur et, enfin, ils entrent en contact avec la rainure 32c. Unedérivation 60 sert à recycler le carburant distribué par la commande de carburant et qui ne doit pas être dirigé vers le brûleur par la soupape de répartition, assurant ainsi une alimentation constante de carburant à partir de la commande de carburant, de telle sorte que la dérivation 60 soit déconnectée lorsque toutes les rainures 32a, 32b et 32c sont exposées. Evidemment, la technique de démarrage progressif peut être mise en oeuvre dans la commande de carburant elle-même, rendant ainsi super- flue la dérivation. Toutefois, il est plus simple de façonner les orifices du manchon que d'apporter les mo- difications requises aux éléments de la commande de carburant. Comme on le comprendra, lorsqu'elle est uti- lisée comme soupape de répartition de carburant, l'inven- tion est particulièrement utile avec des injecteurs à "aération" (injecteurs à faible perte de charge) du fait que la répartition et la distribution du carburant sont réglées par la surface d'écoulement des rainures, tandis que la force exercée dans la soupape par le res- sort et la pression cinétique de référence est, par con- séquent, relativement insensible à la pression delta de l'injecteur et à la longueur de tube comprise entre la soupape et ce dernier. Dès lors, la soupape se caracté- rise par son aptitude à doser l'écoulement avec précision dans un large intervalle de débits de carburant. Il est entendu que l'invention n'est nulle- ment limitée aux formes de réalisation particulières il- lustrées et décrites ici, mais que diverses modifications peuvent y être apportées sans se départir de son esprit et de son cadre tels qu'ils sont définis par les revendi- cations ci-après. REVENDICATIONS 1. Soupape de distribution de carburant en vue de diriger un écoulement de carburant dosé d'une com- mande de carburant contrôlant le fonctionnement d'un mo- teur à turbine à gaz aux injecteurs de carburant du brû- leur de ce moteur, caractérisée en ce qu'elle comprend un carter cylindrique, un manchon fixé dans un alésage de ce carter cylindrique et dans lequel sont pratiquées plusieurs rainures circonférentielles allongées et espa- cées de largeurs variables communiquant avec des ori- fices de sortie complémentaires correspondants prati- qués dans le carter et communiquant avec les injecteurs, un piston pouvant coulisser dans ce manchon et comportant une gorge annulaire, ainsi qu'un élément destiné à ache- miner le carburant à cette gorge annulaire, de telle sor- te que la position de cette dernière par rapport aux rai- nures allongées détermine la quantité de carburant pou- vant pénétrer dans chacun des injecteurs. 2. Soupape de distribution de carburant sui- vant la revendication 1, caractérisée en ce que le piston comporte deux faces de réaction opposées dont une est soumise à la force d'un ressort et à la pression cinéti- que de référence, tandis que l'autre est exposée au car- burant dosé. 3. Soupape de distribution de carburant sui- vant la revendication 2, caractérisée en ce que le carter cylindrique est fermé à une extrémité et ouvert à l'autre extrémité, tandis qu'il comporte un couvercle muni d'une bride pour son montage sur l'extrémité ouverte de l'alé- sage du carter cylindrique, une cavité étant ménagée dans ce couvercle pour recevoir une extrémité du ressort dont l'extrémité opposée vient appuyer sur la face précitée. 4. Soupape de distribution de carburant sui- vant la revendication 3, caractérisée en ce que l'extrémi- té du manchon comporte une bride s'étendant radialement pour venir appuyer contre l'extrémité ouverte du carter en étant ainsi retenue par la bride du couvercle. 5. Soupape de distribution de carburant sui- vant la revendication 1, caractérisée en ce que les rai- nures allongées ont des longueurs différentes et des points de départ espacés axialement de telle sorte que la gorge annulaire entre en contact avec ces rainures à des positions axiales différentes de son parcours rectiligne pour assurer un remplissage séquentiel des injecteurs. 6. Soupape de distribution de carburant sui- vant la revendication 5, caractérisée en ce qu'une rai- nure supplémentaire de largeur variable est ménagée dans le manchon et communique avec un orifice de sortie pour renvoyer le carburant à la commande de carburant, la di- mension de cette rainure supplémentaire étant choisie de telle sorte que la quantité totale de carburant pouvant pénétrer dans les rainures précitées et devant être dis- tribuée aux injecteurs, le soit de telle manière que la quantité de carburant attribuée aux rainures qui ne sont plus en communication intégrale avec ces injecteurs, s'écoule à travers cette rainure supplémentaire.