Brevet FR2491144A1 — publié le 19820402

La présente invention concerne des circuits d'écoulement pour commandes hydromécaniques de carbu- rant destinées à différents types de turbines, par exem- ple, des turbomachines et des turbopropulseurs. Dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 069.141 déposée le 23 août 1979 au nom de Stearns, on décrit un circuit d'écoulement et une com- mande de base pour un turboréacteur à double flux. Les circuits ainsi prévus sont au nombre de trois 1) un circuit à débit minimum; 2) un circuit dont le débit est fonction de la pression de décharge du com- presseur de la turbine;et 3) un circuit dont le débit augmente directement en relation avec le réglage de la puissance. Ces circuits sont satisfaisants pour un turboréacteur à double flux, mais ils ne répondent pas aux conditions imposées à des circuits pour d'autres types de turbines, par exemple, les turbomachines ou les turbopropulseurs. Dans une demande de brevet connexe au nom de Stearns, on décrit un procédé en vue d'adapter une commande de base prévue pour un turboréacteur à double flux aux circuits nécessaires pour un turbopropulseur ou une turbomachine en prévoyant, à l'intérieur de cette commande, plusieurs cavités destinées à recevoir des chevilles d'adaptation renfermant les éléments de com- mande nécessaires et propres à un type particulier de turbine. En disposant judicieusement les passages d'écoulement dans la commande de base de telle sorte qu'ils intersectent les cavités précitées, on peut modi- fier les circuits de la commande de base afin d'adapter cette dernière à différents types de turbines. Ces chevilles servent à diriger le courant de carburant et les courants de pression de commande à l'intérieur de la commande de base en fonction des conditions requises pour un type particulier de turbine. Une autre demande de brevet de Stearns con- cerne, dans une certaine mesure, une modification du système à chevilles et à cavités décrit dans la demande de brevet précitée en ce sens que ce système est rem- placé par un bloc adaptif fixé au logement de la com- mande de base et comportant les passages d'écoulement et les dispositifs de commande propres pour assurer le circuit d'écoulement nécessaire pour une turbine parti- culière, Dès lors, en enlevant le bloc adaptif du turbo- réacteur à double flux et en le remplaçant par un bloc adaptif d'une turbomachine, on modifie les circuits pour adapter la commande aux conditions requises pour cette turboinachine. De la même manière, un autre bloc adap- tif prévu pour un turbopropulseur et comportant des soupapes et des passages d'écoulement appropriés devrait servir à modifier les circuits de la commande de base pour les adapter aux conditions requises pour le turbo- propulseur. Les deux dernières demandes de brevets pré- citées couvrent la structure mécanique permettant d'adap- ter une commande de base de carburant pour un type de turbine à gaz aux conditions particulières requises pour un autre type de turbine sans devoir réviser complète- ment l'ensemble de la commande. En d'autres mots, les éléments d'une commande commune à tous les types de turbines sont renfermés dans la commande de base dans ou à laquelle est introduite ou fixée la structure mo- dificatrice permettant d'adapter cette commande de base aux conditions requises pour d'autres types de turbines à gaz. La présente invention concerne les circuits d'écoulement de différents types de turbines à gaz. En conséquence, une caractéristique de l'invention concerne des circuits d'écoulement pour des turbines à gaz autres que des turboréacteurs à double flux. Une autre caractéristique concerne un système de circuits diécou- lement permettant d'obtenir le débit de carburant requis pour différents types de turbines, par exemple, des turbomachines ou des turbopropulseurs. Une autre carac- téristique concerne des circuits d'écoulement pour dif- férents types de turbines, que l'on peut obtenir en modifiant une commande de base en y fixant ou en y in- troduisant des éléments de commande qui dirigent le courant de carburant et le courant de réglage de pres- sion pour assurer la modification désirée de la commande en fonction du type particulier de turbine en cause. Suivant l'invention, les circuits sont con- çus de telle sorte que l'écoulement vers la turbine soit dosé par le moteur de couple ou le moteur pas-à-pas, la soupape commandée par le levier de puissance et la soupape d'asservissement. Les fenêtres prévues sur le levier de puissance ou la soupape à papillon soot ré- glées par l'angle du levier de puissance, tandis que les fenêtres d'asservissement sont réglées par un capteur en fonction de la pression de décharge du compresseur. Les surfaces d'écoulement de ces éléments sont répar- ties en trois circuits qui s'additionnent pour assurer le débit total de carburant vers la turbine lorsque le dispositif est utilisé pour une turbomachine. Lorsque les circuits d'écoulement sont utilisés pour un turbo- propulseur, ils renferment un sélecteur de minimum et un sélecteur de maximums le second établissant une limite de décélération absolue, tandis que le premier compare la limite établie par les soupapes à papillon et la soupape à clapet du moteur de couple en utilisant la pression inférieure pour régler la soupape de régulation de pression. D'autres objets et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après de certaines formes de réalisation préférées données en se référant aux dessins annexés dans les- quels: la figure 1 est une vue schématique d'une commande hydromécanique de carburant pour une turboma- chine; la figure 2 représente le circuit d'écoule- ment établi par la commande illustrée en figure 1; la figure 3 est un diagramme des ouvertures de fenêtres; la figure 4 illustre un circuit comparable utilisé pour un turbopropulseur. La commande de carburant illustrée en fi- gure 1 est essentiellement celle décrite dans la demande de brevet précitée de Stearns (mentionnée en deuxième lieu). En se référant à la figure 1, le carburant est amené, à partir d'une pompe, à un passage d'admission 8 allant à la soupape à papillon 10. Cette soupape est actionnée par un levier de puissance (non représenté) sous la commande du pilote, ce levier étant assemblé à un bras Il de cette soupape. Une conduite de dériva- tion 12 venant de la conduite 8 contourne la soupape à papillon et se dit!ge vers la soupape 14 réagissant aux conditions en présence, cette conduite de dérivation constituant la conduite de décélération. De cette- sou- pape à papillon 10, une conduite à débit minimum ou de démarrage 16 se dirige vers l'interface 17 comprise entre la commande principale de carburant et un bloc adaptif 18, pour rejoindre la conduite 19 qui contourne une soupape d'arrêt- à pression minimale 20, pour se diriger ensuite vers une sortie 22 et de là, vers la turbine. A partir de la conduite de dérivation 12, le débit de carburant est réglé par une soupape d'asservis- sement ou une soupape 14 réagissant aux conditions en présence et, de cette soupape, le carburant se dirige, via une conduite 24, vers l'interface o cette conduite 24 rejoint la conduite 26 prévue dans le bloc et reliée à la conduite 19. De la soupape à papillon, le carbu- rant s'écoule dans une conduite d'accélération 28 pour se diriger vers la soupape d'asservissement qu'il tra- verse pour parvenir ensuite dans une conduite 30 et de là, dans la conduite 24, assurant ainsi un débit sup- plémentaire de carburant vers la turbine. Une soupape de détente à haute pression 32 est reliée, par une conduite de branchement 34, à la conduite d'admission 8 et, en aval de cette soupape, une soupape de régulation de pression 36 y est reliée par une conduite de branchement 38. Une conduite de détection de pression 40 partant de la conduite 28 re- joint, à l'interface, la conduite 42 prévue dans le bloc et dont les deux extrémités aboutissent à cette interface, pour rejoindre ensuite une conduite 44 formée dans le logement et se dirigeant vers la soupape de régulation de pression 36. La soupape 32 et la soupape de régulation de pression 36 ont des sorties 46 et 48 respectivement. La position de la soupape à papillon est signalée à l'unité de commande électronique par un potentiomètre 50 monté à l'extrémité de la soupape 10, ainsi que par des conducteurs 51 allant au connecteur 52 de la commande électronique. Cette commande électro- nique actionne un moteur pas-à-pas 53 qui s'arrête dans n'importe quelle position si une défaillance vient à se produire dans l'unité de commande électronique, ce mo- teur fonctionnant à l'intervention d'une soupape 54 qui achemine un signal de pression de fluide venant du pas- sage 42 via le passage de branchement 55 prévu dans le bloc, ainsi que via un passage 56 allant à cette sou- pape 54 d'o ce signal se dirige, via la conduite 58, vers l'extrémité de la soupape de régulation de pres- sion. Le bloc 18 renferme également une conduite de carburant 60 allant de la jonction des conduites 18 et 26 vers une soupape d'arrêt à pression minimale 62 et de là, via un passage principal de sortie 64, vers la turbine. Dès lors, dans cette configuration, la conduite de démarrage à débit minimum 22 est reliée à la turbine séparément de la conduite principale 64. Cette caractéristique peut être, par exemple, une exigence particulière d'un utilisateur et elle ne constitue pas nécessairement un élément essentiel de la commande de base. Les deux soupapes d'arrêt 20 et 62 sont actionnées par une soupape 66 déplacée par un solénoúde de survitesse 68 sous le contrôle de l'unité de commande électronique via les conducteurs 70, ou par la soupape à papillon, pour autant que celle-ci amène le côté basse pression du régulateur à la valeur de la pression d'ad- mission de la pompe. La soupape 66 est installée dans une conduite 72 faisant partie du bloc et intersectant la conduite 42 de telle sorte que le fluide de réglage venant de ces soupapes soit disponible dans la conduite d'accélération. Le circuit prévu pour cette commande est illustré en figure 2, tandis que les fonctions des différentes soupapes ou fenêtres sont illustrées dans la série de diagrammes de la figure 3. Le débit vers la turbine est réglé par le moteur pas-à-pas, la sou- pape à papillon ou la soupape du levier de puissance, ainsi que par la soupape d'asservissement. L'angle du levier de puissance règle la surface des fenêtres de la soupape à papillon, tandis que la surface d'écoulement de la soupape d'asservissement est réglée par la pres- sion de décharge du compresseur. Les surfaces d'écoule- ment sont réparties dans trois circuits qui s'addition- nent pour assurer le débit total de carburant vers la turbine. Le carburant pénétrant dans l'admission 80 (figure 2) se répartit entre la conduite 82 allant vers la sortie 86 en direction de la turbine via la fenêtre 84 de la soupape d'asservissement, et la conduite 88 via la fenêtre ou la soupape 54 du moteur pas-à-pas. La soupape de régulation de pression 36 maintient une perte de charge constante dans cette soupape 54. En aval de la soupape du moteur pas-àpas, l'écoulement se scinde en deux parcours parallèles dont un passe par les fenêtres 92 et 94 de la soupape à papillon et de là, vers la sortie 86, tandis que l'autre parcours s'étend à travers la fenêtre 96 pratiquée dans la sou- pape d'asservissement pour se diriger ensuite vers la sortie 86. La fenêtre 94 s'ouvre pour toutes les posi- tions du levier de puissance allant jusqu'à 800 de l'angle de ce levier, tandis que les fenêtres 92 et 96 déterminent la perte de charge dans tout le circuit. Par exemple, à des ouvertures fixes pour les fenêtres 92 et 96, un accroissement du débit à travers la fenê- tre du moteur pas-à-pas a pour effet d'accroître le débit à travers les deux fenêtres précitées et, partant, la perte de charge se produisant dans ces fenêtres et, ipso facto, dans la fenêtre 84. La soupape à papillon comporte une autre fenêtre 98 qui est installée dans la conduite 100 allant de la conduite 82 à la conduite 102 entre les fenêtres de soupapes 92 et 94. Cette fenêtre 98 est une surface constante se situant entre 150 et 800 de la position d'angle du levier de puissance, augmentant ainsi le débit total vers la turbine. Cette fenêtre 98 est mon- tée en série avec la fenêtre 94, tandis qu'elle est en parallèle avec les fenêtres 88 et 92. Dès lors, on prévoit trois circuits d'écoulement de carburant qui, ensemble, assurent l'alimentation totale en carburant de la turbine. Le premier circuit passe par la fenêtre 54 de la soupape du moteur pas-à-pas, fenêtre dans laquelle la soupape de régulation de pression maintient une pression constante et, en aval de cette soupape du moteur pas-à-pas, vers la fenêtre 96 de la soupape d'asservissement ou à travers les fenêtres 92 et 94 (en série) de la soupape à papillon, en direction de la turbine. Le deuxième circuit passe par les fenêtres 98 et 94 (en série) de la soupape à papillon. Etant donné que la fenêtre 98 est une surface constante se situant entre 150 et 800 de l'angle du levier de puis- sance et étant donné que la fenêtre 94 est également une surface constante, un débit pour cette partie de ltangle du levier de puissance est constant dans ce circuit. Le troisième circuit passe par la fenêtre d'asservissement 84. Ce circuit est particulièrement utile si le moteur pas-à-pas subit une défaillance en raison d'une autre défaillance survenant dans l'unité de commande électronique. Si ce moteur pas-à-pas subit une défaillance à l'ouverture maximale d'écoulement, le levier de puissance fera office de commande fonc- tionnelle et il fonctionnera entre 30 et 800 de son angle. Si le moteur pas-à-pas vient à subir une dé- faillance à l'ouverture minimale d'écoulement, le levier fonctionnera entre 800 et 950 de son angle. Les fenêtres 98, 92 et 94 sont conçues pour réaliser le programme illustré en figure 4. La commande peut recevoir d9importantes unités de rapport au démar- rage et, après avoir atteint le ralenti à 300, le pro- gramme est réduit pour empêcher une alimentation ex- cessive de carburant au cas o le moteur pas-à-pas vient à subir une défaillance au débit maximum. Après avoir atteint le ralenti à 300, le levier actionné par le pilote est bloqué de telle sorte qu'il ne puisse effec- tuer un mouvement accidentel de recul en dessous de ce point et ce, grâce à des tringleries ou des butées adéquates installées sur ce levier. Les diagrammes de la figure 3 indiquent la fonction de chacune des différentes fenêtres des sou- papes illustrées schématiquement. Afin d'assurer une meilleure compréhension, il est à noter que le coin de chaque diagramme séparé représente l'arrêt, tandis que S représente le démarrage, 1, le ralenti, Re l'état de fonctionnement normal et E, un fonctionnement pro- longé. On pense que ces diagrammes permettront de comprendre aisément le fonctionnement particulier des différentes soupapes ou fenêtres. Une fenêtre de sou- pape à papillon 104 est également installée dans une conduite 106 venant de la conduite 102. Cette soupape est reliée à l'admission de la pompe et elle permet d'arrêter le fonctionnement de la turbine sous la commande du levier actionné par le pilote. On se référera à présent à la figure 4 qui est un schéma comparable à celui de la figure 2 pour un turbopropulseur. Dans le circuit illustré dans cette figure, le carburant pénètre en 110 et se subdi- vise entre la conduite 112 allant à la fenêtre 114 de la soupape dtasservissement et de là, vers la sortie 116, puis vers la turbine, et une conduite 118 allant à la fenêtre 120 de la soupape du moteur de couple, puis vers un orifice fixe 122 et de là, en direction de la sortie 116. La conduite 123 venant de la con- duite 112 passe par la fenêtre 124 de la soupape à papillon, puis elle se subdivise, d'une part, entre la conduite 126 allant à la fenêtre 128 d'une soupape à papillon et la fenêtre 130 d'une soupape d'asservisse- ment pour se diriger ensuite vers la sortie, et, d'autre part, une conduite 132 passant par la fenêtre 134 d'une soupape à papillon et un orifice fixe 136 et de là, vers la sortie. Ce circuit comprend également le sélecteur de minimum 138 recevant des signaux de pression venant de la conduite 118 en dessous de la fenêtre 120, ainsi que de la conduite 126, entre les fenêtres 128 et 130, de même qu'un sélecteur de maximum 140 recevant un signal venant, via la conduite 142, de la conduite 132 en aval de la fenêtre 134. Ce sélecteur de maximum transmet un signal, via la conduite 144, à la sou- pape de régulation de pression 146 qui est installée pour régler la pression régnant dans la conduite 110. On comprendra qu'un changement survenant dans la perte de charge dans la fenêtre de soupape 114 aura pour effet de régler le débit à travers cette dernière. Les changements survenant dans les circuits de calcul montés parallèlement à la conduite 112 peu- vent être utilisés pour régler cette pression. Ces circuits de calcul sont les suivants: 1) la fenêtre120 du moteur de couple avec un orifice fixe 122 en série dans la conduite 118; 2) la conduite 126 avec les fenêtres 128 et 130jet 3) la conduite 132 avec la fe- nêtre 134 d'une soupape à papillon et un orifice fixe 136. Le deuxième et le troisième circuit établissent les limites de fonctionnement, tandis que le premier circuit programme le débit de carburant dans ces limi- tes. Les sélecteurs de minimum et de maximum trans- mettent la pression adéquate à la soupape de régulation de pression afin de maintenir la perte de charge totale dans la fenêtre 114. Le moteur de couple programme la perte de charge en fonction des débits de carburant requis et établis par la commande électronique qui actionne ce moteur, tandis que le circuit 'renfermant les fenêtres 128 et 130 règle la limite supérieure du débit de carbu- rant en établissant une perte de charge maximum permise dans ce circuit. Le sélecteur de minimum compare ces valeurs requises concernant la perte de charge et la pression inférieure est utilisée pour le réglage de la soupape de régulation de pression, cette pression étant transmise par le sélecteur de maximum. Conjointement avec l'orifice fixe, la fenêtre de soupape à papillon 134 établit la limite inférieure pour la perte de charge totale et impose, au sélecteur de maximum, une limite de décélération absolue, les si- gnaux ainsi émis pouvant être envoyés vers la soupape de régulation de pression. En d'autres mots, si le signal de pression émis dans la ligne 142 est supérieur au signal émis par le sélecteur de minimum, ce signal sera transmis à la soupape de régulation 146. Les trois circuits de carburant alimentant la turbine sont les suivants: 1) la conduite 112 com- portant la fenêtre de soupape d'asservissement 114; 2) la conduite 118 passant par la fenêtre 120 de la sou- pape du moteur de couple; et 3) la conduite 123 passant par la fenêtre de soupape à papillon 124 et se subdivi- sant, d'une part, entre la conduite 126 passant par la fenêtre de soupape à papillon 128 et la fenêtre de soupape d'asservissement 130e et, d'autre part, la con- duite parallèle 132 comportant la fenêtre de soupape à papillon 134 et un orifice fixe 136. On pense que la description ci-dessus per- mettra de bien comprendre les circuits d'alimentation de carburant pour ces deux types de turbines, ainsi que leur fonctionnement. De plus, la description fon- damentale de la commande particulière de carburant elle-même est donnée en détail dans la demande de bre- vet précitée des Etats-Unis d'Amérique n0 069.141 au nom de Stearns et cette description complémentaire de la commande de base est mentionnée ici à titre de réfé- rence dans la mesure o elle peut être souhaitable pour bien comprendre le fonctionnement de cette commande. Bien que l'invention ait été illustrée et décrite par une forme de réalisation préférée, l'homme de métier comprendra que diverses modifications peuvent être apportées tant dans la forme que dans les détails sans pour autant se départir de l'esprit et du cadre de l'invention. REVENDICATIONS l. Commande hydromécanique en vue de ré- gler le débit de carburant vers une turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: trois circuits d'écoulement montés en pa- rallèle entre l'admission et la sortie de la turbine; un premier circuit comportant une soupape réglant le débit de carburant en fonction de la pres- sion de décharge du compresseur; un deuxième circuit comportant une sou- pape à moteur réagissant à la puissance requise pour la turbine, ce circuit se subdivisant en un branche- ment comportant une fenêtre de soupape à papillon, ainsi qu'en un autre branchement comportant une fenê- tre de soupape d'asservissement e et un troisième circuit comportant une fenê- tre de soupape à papillon montée en parallèle avec la soupape du deuxième circuit. 2. Commande de carburant suivant la reven- dication 1, caractérisée en ce que la soupape du deu- xième circuit est actionnée par un moteur réagissant aux conditions requises pour la turbine. 3. Commande de carburant suivant la reven- dication 1, caractérisée en ce qu'une commande électro- nique fonctionne conjointement avec la commande hydro- mécanique, tandis que la soupape du deuxième circuit réagit à cette commande électronique. 4. Commande de carburant suivant la reven- dication 1, caractérisée en ce que les fenêtres de la soupape d'asservissement réagissent à la pression de décharge du compresseur. 5. Commande de carburant suivant la reven- dication 1, caractérisée en ce qu'une soupape de réglage de pression est montée en parallèle avec la soupape à moteur. 6. Commande hydromécanique de carburant en vue de régler le débit de carburant vers une turbine à gaz d'un turbopropulseur ou d'une turbomachine, carac- térisée en ce qu'elle comprend: trois circuits d'écoulement montés en paral- lèle entre une lumière d'admission et une lumière de sortie de carburant pour la turbine; le premier circuit comprenant une soupape à moteur et des conduites de branchement allant de cette soupape à la sortie, une conduite de branchement compor- tant une fenêtre de soupape d'asservissement, tandis que lautre comporte deux fenêtres de soupapes à papil- lon en série, une de ces deux fenêtres étant ouverte à toutes les vitesses normales de fonctionnement; le deuxième circuit comportant une fenêtre de soupape d'asservissement réagissant à un paramètre de la turbine; et le troisième circuit comportant une fenêtre de soupape à papillon montée en série avec une des deux fenêtres du deuxième circuit. 7. Commande hydromécanique de carburant suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le moteur est actionné en fonction des conditions requises pour la turbine. 8. Commande hydromécanique de carburant suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le moteur est un moteur de couple réagissant au couple requis pour la turbine. 9. Commande hydromécanique de carburant suivant la revendication 6, caractérisée en ce que les circuits permettent le fonctionnement de la turbine en cas de défaillance de la soupape à moteur dans lHune ou l'autre position. 10. Commande de carburant suivant la reven- dication 6, caractérisée en ce qu'une soupape de dé- tente de pression maintient une pression choisie dans la soupape à moteur. 11. Commande hydromécanique en vue de ré- gler le débit de carburant vers une turbine à gaz d'un turbopropulseur, cette commande comportant trois cir- cuits d'écoulement montés en parallèle entre une lumière d'admission et une lumière de sortie de carburant pour la turbine; le premier circuit comprenant une soupape réagissant aux conditions requises pour la turbine; le deuxième circuit comprenant une fenêtre de soupape d'asservissement réagissant à un paramètre de la turbine; et 10. le troisième circuit comportant une fenê- tre de soupape d'asservissement, ainsi que des condui- tes de branchement allant de cette fenêtre à la sortie, une conduite de branchement comportant une soupape à papillon, tandis que l'autre comporte une soupape à papillon et une fengtre de soupape d'asservissement en série. 12. Commande de carburant suivant la reven- dication 11, en combinaison avec un sélecteur de minimum et un sélecteur de maximum, ce sélecteur de minimum recevant des signaux de pression émis par le premier circuit en aval de la soupape à moteur, ainsi que par le troisième circuit entre les deux fenêtres du deuxième circuit de branchement, ce sélecteur transmettant le signal de maximum au sélecteur de maximum, lequel reçoit un signal émis par la première conduite de bran- chement du deuxième circuit en aval de la fenêtre de soupape à papillon, ce sélecteur transmettant le signal minimum à une soupape de réglage de pression montée près de l'admission de réglage de carburant.