Brevet FR2551495A1 — publié le 19850308

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR REDUIRE L'AUTO-ECHAUFFEMENT D'UN CIRCUIT DE CARBURANT DE TURBOMACHINE. L'invention concerne un circuit de carburant de turbo5 machine, comprenant une canalisation de recirculation d'une pompe volumétrique, et utilisé notamment dans les matériels aéronautiques tels que des turboréacteurs. Une des caractéristiques des turbomachines double corps (particulièrement des double flux a fort taux de dilution) est d'avoir des consommations de carburant très faibles aux régimes partiels de la turbomachine en altitude et notamment au ralenti Les régimes partiels et notamment le ralenti en altitude correspondent à des vitesses de rota15 tion élevées très proches du régime maximum, ce qui implique pour une pompe volumétrique entraînée directement un régime de rotation élevé de la pompe Les consommations au contraire sont relativement élevées pour les faibles régimes d'auto-rotation (causés par l'obstruction du corps 20 haute pression par le corps basse pression) pour lesquels le r 6 allumage doit être également possible. Cette dernière caractéristique est généralement le critère dimensionnant pour la cylindrée de la pompe à carburant, supposée volumétrique, à cylindrée fixe et entraînée mécaniquement à partir du régime haute pression du r 6 acteur, ce dimensionnement important conduit à son tour à de très forts taux de recirculation du carburant provenant du refoulement de la pompe à son entrée, responsables d'échauf30 fements importants, au r 6 gime de ralenti en altitude. Une des solutions à ce problème décrite dans le brevet français n 2 232 956 au nom de la Demanderesse, réside dans l'emploi d'une pompe volumétrique à cylindrée variable Malheureusement, ce type de pompe se révèle 2 25514 95 complexe, comparée à la simplicité et à la sécurité de fonctionnement d'une pompe à cylindrée fixe, particulièrement d'une pompe à engrenages. Le but de l'invention est de réunir dans une pompe de carburant les avantages de robustesse et de fiabilité d'une pompe volumétrique à cylindrée fixe à la souplesse d'utilisation d'une pompe volumétrique à cylindrée variable. Ce but est atteint selon l'invention par un procédé et un dispositif permettant de provoquer une cavitation de la pompe. Il est ainsi possible de faire fonctionner une pompe volumétrique à cylindrée fixe à la manière d'une pompe à cylindrée variable, la variation du débit refoulé étant réalisée par réduction du remplissage de la denture dans le bassin d'alimentation. Le contrôle du remplissage de l'espace interdents de la pompe à engrenages (ou inter-palettes d'une pompe à palettes) est réalisé par modulation de la pression de gavage de la pompe, ce qui permet de régler son taux de 25 cavitation. La capacité d'une pompe à engrenage à fonctionner d'une manière continue et stable avec des pressions de gavage réduites, a été démontrée La progressivité de 30 la chute de débit avec la chute de pression de gavage est d'autant plus douce et stable que la denture est peu large et d'un grand diamètre (de manière à atteindre de grandes vitesses périphériques en bout de dent). Par ailleurs, on évitera l'emploi de paliers du type hydrodynamique, la qualité du film fluide pouvant souffrir du fonctionnement en cavitation. L'emploi de paliers classiques à roulements et de rotors à jeux fixes minorisera les pertes de rendement. Ce régime de fonctionnement en cavitation est tel que la surpression du carburant au-dessus de sa tension de vapeur dans le bassin d'alimentation est insuffisante pour accé10 lérer le fluide assez vite pour lui permettre de remplir entièrement la cavité générée par le déplacement de la denture. La perte de remplissage liquide commence par l'extrémité 15 de dent (o la pression dynamique que devrait acquérir le fluide pour suivre la dent est supérieure à sa surpression disponible par rapport à la tension de vapeur) , et se poursuit vers le creux de dent ou la vitesse tangentielle est plus faible au fur et à mesure que la pression de 20 gavage décroît. L'effet énergétique de la cavitation de la pompe volumétrique conduit à une réduction de la puissance sur l'arbre de la pompe proportionnelle à la chute de débit. 25 Ceci fait que pour les consommations très faibles aux regimes partiels élevées en altitude la réduction relative d'échauffement de la boucle de recirculation par rapport a la même pompe correctement gavée, est environ égale à la 30 réduction relative, causée par la cavitation, du débit délivré par la pompe Des réductions de débit délivré de plus de 50 % ont été démontrées, ce qui confirme la possibilité de réduire l'échauffement de moitié. Malgré tout, il est connu que le fonctionnement en cavitation d'une pompe volumétrique provoque des usures qui réduisent sa durée de vie; en conséquence, l'utilisation de la cavitation comme moyen de réduire l'autoéchauffement du carburant doit être limitée aux conditions 5 extrêmes qui, heureusement, sont peu fréquentes ou transitoires), o le taux de recirculation du carburant atteint droit des valeurs très importantes si on n'employait pas la solution objet de la présente invention. L'intérêt d'un tel moyen cependant reste important, ces cas extrêmes de fonctionnement étant très souvent les cas qui imposent le dimensionnement du matériel. La réalisation d'un circuit de carburant mettant en oeuvre 15 la cavitation comme moyen de réduction de l'échauffement du carburant peut comprendre un arrangement classique incluant une soupape régulatrice du type "By-pass" de section maximum telle qu'elle soit incapable d'assurer l'évacuation de l'excédent de carburant pompé pour les cas 20 extrêmes de recirculation. Lorsque la saturation en ouverture de cette soupape régulatrice est atteinte, commence l'action d'une deuxième soupape régulatrice associée, travaillant en restriction, 25 en amont de la pompe volumétrique haute pression Cette deuxième soupape régulatrice module la pression de gavage de la pompe haute pression et par cela le régime de cavitation de celle-ci. L'invention sera mieux comprise grâce à la description suivante d'un mode particulier de réalisation de l'invention Il est fait référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma d'une partie d'un circuit 6 25 51551495 pour les cas transitoires et/ou très rares de très faibles consommations à régime de rotation élevée Le caractère très rare et/ou transitoire de cette réduction de pression de gavage entrainant la cavitation de la pompe ne provoque qu'une dét&rioration très lente de la pompe 4, généralement acceptable du fait qu'elle correspond à la durée de vie normale des pompes. Les figures 2 A et 2 B illustrent le fonctionnement de la 10 pompe pour une vitesse de rotation constante selon qu'il y a cavitation (figure 2 B) ou non (figure 2 A) Les deux figures montrent la courbe des points de fonctionnement de la pompe, donnant son débit Q en fonction de la pression de gavage P 9 g On voit que ce débit est pratiquement constant et maximum au-delà d'une pression de gavage minimum Pgm' mais qu'en deçà de cette pression minimum, il y a cavitation et le débit chute. Le fonctionnement normal est représenté sur la figure 2 A par le point A situé sur la partie pratiquement constante de la courbe et correspondant à une valeur P 2 de la pression de gavage P g Le débit QA de la pompe est égal à la somme des débits QDA du doseur 5 et QSA de la soupape 6 non saturée. Lorsque (figure 2 B) en un point de fonctionnement de la pompe représenté par B sur la courbe et correspondant à 30 une valeur Pl de la pression de gavage Pg, le débit du doseur 5 diminue et devient QDB' et que la soupape 6 arrive à son débit de saturation QSB' le débit de la pompe QB = QDB + QSB est inférieur au débit nominal QA d'une valeur QC due à la cavitation produite par 35 la réduction (P 2 P 1) de la pression de gavage P g de recirculation de carburant doté conformément à l'invention d'un dispositif de modulation de la pression de gavage de la pompe volumétrique; les figures 2 A et 2 B montrent sur un même graphique donnant le débit Q de la pompe en fonction de sa pression de gavage Pg, deux points de fonctionnement de la pompe; un point en régime normal sur la figure 2 A, et un point en régime de cavitation sur 10 la figure 2 B. La figure 1 montre une partie d'un circuit de carburant comprise entre le refoulement 1 d'une pompe basse pression, à l'aval de cette pompe, le départ 2 d'un circuit utilisa15 teur, en amont de ce circuit utilisateur. Le circuit comprend une canalisation 3 d'alimentation d'une pompe volumétrique haute pression 4 alimentant un doseur 5 Une soupape régulatrice à saturation 6, com20 mandée par un détecteur 7 de la perte de charge dans le doseur 5, est placée sur une canalisation 8 de recirculation établie entre le refoulement de la pompe 4 et un point amont 9 de l'alimentation 1-3. Selon l'invention, une soupape à restriction 10 est interposée entre le point amont 9 et la pompe 4 Dans cet exemple de réalisation, elle est commandée directement par la soupape 6 de façon à réduire la pression de gavage de ladite pompe quand la saturation de la soupape 6 est 30 atteinte. Le dimensionnement de la soupape 6 et de la soupape 10 est tel que l'action de la réduction de la pression de gavage de la pompe volumétrique 4 ne commence que lorsque la 35 soupape 6 atteint son ouverture maximum, c'est-à-dire, 7 2551495 Selon un autre mode de réalisation on ne prend plus la position de la soupape régulatrice 6 comme indication d'un échauffement important mais on déclenche l'action de cavitation de la pompe volumétrique 4 à partir d'une mesure réelle de la température carburant dans le circuit, grâce a un capteur non représenté. Cette méthode permet ainsi d'éviter la cavitation de la pompe pour les cas o le réservoir de carburant étant 10 froid, un échauffement important du circuit carburant moteur ne conduit pas à une température prohibitive Dans ce cas, la soupape régulatrice 6 n'a pas à fonctionner en saturation, la soupape à restriction étant commandée par un thermostat. La sécurité contre la cavitation complète de la pompe haute pression 4 en cas de fermeture trop importante de la soupape à restriction est donné par examen de tous les cas de vol, en s'assurant que dans aucun cas, la soupape à restriction n'aura à réduire le débit volumétrique de la pompe 4 de plus de k%, k pouvant atteindre % sans risque de désamorçage. REVENDICATIONS 1 Procédé pour réduire l'auto-échauffement d'un circuit de carburant de turbomachine, circuit comprenant une cana5 lisation de recirculation ( 8) d'une pompe volumétrique ( 4), caractérisé en ce qu'on provoque une cavitation de la pompe ( 4). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle le taux de cavitation en modulant la pression de gavage de la pompe ( 4). 3 Dispositif pour réduire l'auto-échauffement d'un circuit de carburant de turbomachine, circuit comprenant une 15 canalisation de recirculation ( 8) d'une pompe volumétrique ( 4), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 10) pour provoquer la cavitation de la pompe ( 4). 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce 20 que lesdits moyens comprennent un dispositif de modulation ( 10) de la pression de gavage de la pompe ( 4). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de modulation est une soupape à restric25 tion ( 10) disposée en amont de la pompe volumétrique ( 4). 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une soupape régulatrice à saturation ( 6) placée sur la canalisation de recirculation ( 8) et comman30 dant la soupape à restriction ( 10). 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens ( 10) pour provoquer la cavitation de la pompe sont déclenchés par un 35 capteur de température du carburant.