Brevet FR2685384A1 — publié le 19930625

i SYSTEME D'ALIMENTATION EN CARBURANT DES INJECTEURS D'UNE TURBOMACHINE La présente invention concerne des systèmes pour alimenter en carburant les injecteurs d'une turbo-machine, notamment d'aviation. Actuellement, dans les turbomachines en service tant dans le domaine civil que militaire, la distribution du carburant consommé dans la chambre de combustion se fait selon un circuit simple et à fonctionnement continu. L'ensemble des pompes de carburant alimente un doseur de carburant qui, via un distributeur ou un répartiteur, dirige le carburant dosé vers tous les injecteurs de façon simultanée Le doseur de carburant est convenablement positionné par des actionneurs, et le carburant excédentaire est renvoyé vers l'entrée des pompes par un clapet de by-passage qui est également positionné par les actionneurs Aux faibles débits du carburant tous les injecteurs sont alimentés en carburant, les richesses locales dans la chambre de combustion sont faibles et la stabilité de combustion est difficile à obtenir. Le document français FR 2 051 168 montre un mécanisme à séquence pour la commande du carburant grâce auquel il est possible de n'alimenter qu'un certain nombre d'injecteurs prédéterminés et selon une séquence prédéterminée La répartition du carburant est non homogène à bas régime. Le document français FR 2 463 855 montre un système de réglage du débit de carburant dans lequel il est prévu trois circuits de débit de carburant montés en parallèle entre une lumière commune d'admission de carburant et une lumière commune de sortie de carburant permettant l'alimentation simultanée de tous les injecteurs. Le but de la présente invention est de proposer un système d'alimentation qui permet d'assurer à la fois: une amélioration de l'homogénéité de la répartition moyenne du carburant entre tous les injecteurs, 4 1 2 une amélioration de la combustion en stabilité et une réduction des imbrûlés grâce à un enrichissement local, la richesse moyenne étant conservée. Un des buts de l'invention est également d'augmenter la précision de répartition du carburant à petit débit. L'invention atteint son but par le fait que les injecteurs sont répartis en plusieurs groupes et par le fait que ledit système comporte des moyens de distribution de l'ensemble du débit de carburant issu d'une source de carburant vers une partie des groupes d'injecteurs lorsque le débit de carburant est faible, lesdits moyens de distribution permettant d'alimenter en carburant les groupes d'injecteurs de façon cyclique et en séquence dans chaque cycle, et de telle manière que le coefficient de débit résultant vu de la source de carburant soit constant, des moyens de répartition de l'ensemble du débit de carburant sur l'ensemble des groupes d'injecteurs lorsque le débit de carburant est élevé, et des moyens de transfert progressif destinés à répartir le débit de carburant issu de la source de carburant entre lesdits moyens de distribution et lesdits moyens de répartition en fonction du débit de carburant. Pour faciliter la propagation de la flamme dans le cycle, les moyens de distribution alimentent simultanément deux groupes d'injecteurs de telle manière que les variations de débit de carburant dans lesdits deux groupes se compensent. Avantageusement, les moyens de distribution comportent un carter de forme généralement cylindrique et un tiroir de distribution cylindrique logeant de façon étanche dans ledit carter et entraîné en rotation par des moyens d'entraînement. Ledit carter présente des fentes régulièrement espacées dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du tiroir, chaque fente permettant l'alimentation en carburant d'un groupe d'injecteurs et ayant une section allongée dans le sens axial Ledit tiroir présente sur sa paroi cylindrique au moins une lumière communiquant avec la source de carburant et s'étendant dans le sens angulaire sur un secteur correspondant au double de l'espacement desdites fentes. Avantageusement, ladite lumière débouche sur une face axiale dudit tiroir et est délimitée dans le sens axial par une paroi curviligne Ladite face axiale de tiroir délimite, avec une première paroi d'extrémité du carter, une chambre communiquant avec la source de carburant. Avantageusement, ledit tiroir est monté dans ledit carter de telle manière qu'il puisse coulisser sous l'action des moyens de transfert progressif entre une première position obtenue à faible débit de carburant, dans laquelle la lumière est en regard des fentes, et une deuxième position, obtenue au-delà d'un débit déterminé de carburant dans laquelle lesdites fentes sont toutes complètement dégagées et débouchent dans la chambre. Ladite chambre et lesdites fentes constituent alors les moyens de répartition de l'ensemble du débit de carburant sur l'ensemble des groupes d'injecteurs. Avantageusement, les moyens de transfert progressif comportent des moyens élastiques interposés entre le tiroir et le carter et agissant à l'encontre de la force de pression exercée par le carburant sur le tiroir. Avantageusement, lesdits moyens élastiques comportent un ressort à débattement limité dont une extrémité est en appui sur le tiroir du côté opposé à ladite chambre, le débattement du ressort permettant le déplacement du tiroir entre ladite première position et ladite deuxième position. Avantageusement, l'autre extrémité du ressort est en appui contre un piston monté coulissant dans le carter et destiné à coopérer avec un siège de soupape prévu sur l'autre paroi d'extrémité du carter, quel que soit le débit de carburant, un deuxième ressort de faible puissance étant interposé entre ledit piston et l'autre paroi d'extrémité de carter, ledit deuxième ressort étant destiné à repousser le tiroir et le piston vers la chambre en l'absence de débit de carburant de manière à dégager le t siège de soupape et les fentes pour réaliser la purge des conduits d'alimentation des injecteurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente le schéma fonctionnel du système d'alimentation selon l'invention, la figure 2 montre les courbes représentatives des débits de carburant dans chaque groupe d'injecteurs, la figure 3 représente un tiroir tournant d'un distributeur servant à la distribution du carburant à bas régime, la figure 4 montre la fourrure dans laquelle loge le tiroir de la figure 3, la figure 5 représente le développement des surfaces en contact mutuel du tiroir de la figure 7 et de la fourrure de la figure 4, et la figure 6 montre une coupe axiale d'un dispositif d'alimentation de carburant selon un mode de réalisation préféré. La figure 1 montre le schéma fonctionnel du système d'alimentation en carburant d'une turbomachine selon l'invention. Le débit de carburant D provenant des pompes, non représentées sur le dessin, pénètre dans un bloc de dosage 1 Le débit dosé D traverse ensuite un moyen de transfert progressif 2 qui le dirige vers des moyens de distribution 3, lorsque le débit de carburant consommé est faible, et vers des moyens de répartition 4, lorsque le débit de carburant est important Les moyens de répartition 4 répartissent uniformément l'ensemble du carburant sur l'ensemble des injecteurs 5 Par contre, les moyens de distribution 3 n'alimentent, à un moment déterminé, qu'une partie des injecteurs 5, -mais ils sont conçus de telle manière que les injecteurs sont alimentés de façon cyclique et en séquence dans chaque cycle. Les injecteurs 5 de la turbomachine sont répartis en groupes 5 a, 5 b, 5 c, 5 d de telle façon que tous les injecteurs d'un groupe sont alimentés de la même manière Dans la suite du présent mémoire, on supposera qu'il y ait quatre groupes d'injecteurs 5 a, t b, 5 c, 5 d, mais ce nombre pourrait être différent Ces groupes d'injecteurs sont alimentés respectivement par les rampes d'injection 6 a, 6 b, 6 c, 6 d reliées aux moyens de distribution 3 et aux moyens de répartition 4. Les moyens de transfert progressif 3 sont destinés à répartir le débit de carburant D entre les moyens de distribution 3 et les moyens de répartition 4 en fonction du débit de carburant D Ils permettent le passage du fonctionnement à faible débit vers le fonctionnement à fort débit sans interruption du débit de carburant dans les rampes d'injection 6 a, 6 b, 6 c ou 6 d. Les moyens de distribution 3 sont prévus pour alimenter en même temps deux groupes d'injecteurs (par exemple 5 a et 5 b), lorsque le débit de carburant est faible, et de telle manière que la propagation de la flamme soit assurée par un recouvrement des débits sur deux rampes d'injection consécutives. La figure 2 montre les courbes Cl, C 2, C 3, C 4 des débits de carburant dans chacun des groupes d'injecteurs Sa, 5 b, 5 c, 5 d pendant un cycle de fonctionnement des moyens de distribution 3, ce cycle ayant une période Tm Comme on le voit chaque courbe présente l'allure d'une courbe de Gauss ou d'une demi-sinusoide s'étendant sur la moitié de la période Tm. Ces courbes sont établies de telle manière que le coefficient de débit de carburant vu de la source de carburant (ou bloc de dosage 1) soit constant Autrement dit les variations de débit dans les deux groupes d'injecteurs alimentés en même temps se compensent. Ceci permet de générer des pulsations de pression aussi réduites que possible au niveau de la source de carburant 1. Comme on le voit sur les figures 3 à 5, les moyens de distribution 3 peuvent être réalisés sous forme d'un tiroir tournant 10 possédant une ou plusieurs lumières Il communiquant avec la source de carburant 1 et qui débiteront dans des fentes 12 régulièrement espacées dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation 13 du tiroir 10 et ménagées dans une fourrure cylindrique 14 dans laquelle le tiroir 11 est monté étanche Les fentes 12 communiquent avec les rampes d'injection 6 a, 6 b, 6 c et 6 d et elles présentent une section allongée dans le sens de l'axe de rotation 13 La lumière Il s'étend dans le sens angulaire sur un secteur correspondant sensiblement au double de l'espacement séparant deux fentes consécutives lia, llb Elle est délimitée dans le sens axial par une paroi curviligne 14 ayant une forme semblable aux courbes Cl à C 4 décrites ci-dessus Pour des raisons d'équilibre hydraulique et mécanique, le tiroir 10 présente, de préférence, deux lumières 11 en opposition, et la fourrure 14 comporte deux séries de quatre fentes 12 également en opposition. La section de passage du fluide sur une rampe d'injection quelconque, 6 a par exemple, correspond à l'intersection de deux fentes lia en opposition avec les deux lumières 11 Comme le montre la figure 5, chaque lumière Il est en regard de deux fentes voisines lia et llb Le débit dans les rampes d'injection 6 a et 6 b est proportionnel aux surfaces hachurées i 5 a et 15 b La forme de la paroi curviligne 14 est telle que la somme des surfaces 15 a et 15 b est sensiblement égale à la surface de la section d'une fente 12 Le coefficient de débit des moyens de distribution 3 vu de la source de carburant 1 est alors constant, évitant ainsi des pulsations de pression à l'amont des moyens de distribution. La figure 6 montre un mode de réalisation préféré de l'invention, constitué d'un dispositif 20 incluant dans le même circuit de carburant les moyens de distribution, les moyens de répartition 4 et les moyens de transfert progressif 2 du carburant entre les moyens de distribution 3 et les moyens de répartition 4. Ce dispositif 20 est constitué d'un carter 21 de forme cylindrique dans lequel est monté de manière étanche un tiroir de distribution 1 entraîné en rotation par des moyens d'entraînement, non représentés sur le dessin, par l'intermédiaire d'un arbre 23 traversant une paroi d'extrémité 24 du carter 21. La paroi cylindrique du carter 21 présente dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation 13 du tiroir 10 des fentes 12 régulièrement espacées par lesquelles les rampes d'injection 6 a, 6 b, 6 c et 6 d débouchent à l'intérieur du carter 21 Les fentes 12 présentent une section allongée dans le sens de l'axe de rotation 13 du tiroir 10. Le tiroir 10 présente sur sa paroi cylindrique 25 qui est en contact avec la paroi cylindrique du carter 21, au moins une lumière Il qui débouche sur la face axiale 26 du tiroir 10 et qui est délimitée dans le sens axial par une paroi curviligne 14 qui s'étend sur un secteur angulaire correspondant au double de l'espacement de deux fentes 11 voisines. La face axiale 26 du tiroir 10 délimite avec la paroi d'extrémité 24 du carter 21, une chambre 27 communiquant avec la source de carburant 1 par un conduit 28 La paroi curviligne 14 est disposée en regard des fentes 12 et elle obture successivement lesdites fentes 12 lors de la rotation du tiroir 10, lorsque le débit de carburant est faible, assurant ainsi la distribution du débit de carburant vers les rampes d'injection 6 a, 6 b, 6 c et 6 d de manière cyclique et en séquence dans un cycle. Le tiroir 10 est monté dans le carter 21 de telle manière qu'il puisse coulisser parallèlement à l'axe de rotation 13 entre une première position dans laquelle la paroi curviligne 14 est en regard des fentes 12 et une deuxième position dans laquelle les fentes 12 sont toutes dégagées et débouchent dans la chambre 27 permettant alors la répartition de l'ensemble du débit de carburant D vers l'ensemble des injecteurs. A cet effet, il est disposé entre le tiroir 10 et la deuxième face d'extrémité 29 du carter 21, un ressort à débattement limité 30 qui agit à l'encontre de la force de pression exercée par le carburant de la chambre 27 sur la face 26 du tiroir 10 Le ressort 30 constitue les moyens de transfert progressif 2 permettant de répartir le débit de carburant D entre les moyens de distribution 3 et les moyens de répartition 4, en fonction de la pression exercée sur la face 26 du tiroir 10, c'est-à-dire en fonction du débit de carburant. De préférence le ressort 30 est disposé autour de la jupe 31 d'un piston 32 servant de butée et de centrage du tiroir 10 Le ressort est interposé entre une paroi frontale 33 du piston 32 et un palier 34 monté à l'intérieur d'un alésage 35 ménagé dans le tiroir 10 Une butée 36 est disposée à l'extrémité libre de la jupe 31, et le palier 34 peut coulisser sur la jupe 31 La paroi frontale 33 comporte un téton 37 qui coopère avec une gorge 38 ménagée dans la paroi cylindrique du carter 21 Ce téton 37 empêche le piston 32 de tourner dans le carter 21. La face d'extrémité 29 du carter 21 présente un orifice 39 formant siège de soupape et susceptible d'être obturé par un embout 40 qui s'étend à partir de la paroi frontale 33 du piston 32 Un deuxième ressort 41 est interposé entre le piston 32 et la paroi d'extrémité 29 du carter 21 Le deuxième ressort 41 a une force et une rigidité plus faibles que celles du ressort 30. Lorsque le débit de carburant est faible, la force de pression exercée par le carburant sur la face 26 du tiroir 10 maintient l'embout 40 contre le siège de soupape 39 En revanche, lorsque le débit est nul, la pression dans la chambre 27 est très faible, et le deuxième ressort 41 déplace le tiroir 10 et le piston 32 vers la face d'extrémité 24 du carter 21 Dans cette position, les fentes 12 débouchent dans une gorge annulaire 42 a ménagée dans la paroi cylindrique du tiroir 10 Des orifices 43 sont ménagés dans cette paroi cylindrique, ce qui permet de mettre en communication les rampes d'injection 6 a, 6 b, 6 c et 6 d avec l'orifice 39 pour permettre la purge du circuit d'alimentation en amont du dispositif 20, en cas d'arrêt de la turbomachine Comme on le voit sur la figure 6, il est de plus prévu un conduit 41 de faible section qui fait communiquer les rampes d'injection 6 a, 6 b, 6 c et 6 d avec la chambre 42 dans laquelle loge l'embout 40. Le dispositif fonctionne de la façon décrite ci-après lors du démarrage de la turbomachine et au ralenti, la haute pression qui agit sur la face 26 du tiroir 10 va déplacer le tiroir 10 et le piston 32 vers la face d'extrémité 29 du carter 21 L'embout 40 est en appui sur son siège 39 Les lumières 11 sont alors en face des fentes de distribution 12, ce qui assure la distribution du débit de carburant de manière cyclique et en séquence sur les groupes d'injecteurs 5 a, 5 b, 5 c et 5 d Le tiroir est évidemment entraîné en rotation par les moyens d'entraînement. La chambre 42 sera soumise à un niveau de pression correspondant à celui régnant en aval du dispositif 20 et inférieur à celui régnant dans la chambre 27. Puis pour des régimes moteur supérieurs au ralenti, le niveau de la haute pression va s'élever L'effort de pression sur la face 26 du tiroir 10 augmente, autorisant ainsi la flexion du ressort 30 et le déplacement du tiroir 10 vers la face d'extrémité 29 du carter 21 Les lumières 11 vont donc s'effacer au moins partiellement devant les fentes 12 et une section de passage "franche" va être utilisée dans les fentes 12 pour alimenter l'ensemble des injections 5 Le régime de rotation du moteur qui correspond à cette commutation sera variable et choisi en fonction des performances demandées. A l'inverse, lorsque le régime du moteur va décroître et atteindre son régime de commutation, le tiroir 10 va repartir dans l'autre sens car l'effort de pression sur la face 26 du tiroir 10 va diminuer On repassera à une distribution cyclique des injecteurs 5 au ralenti A la coupure de l'alimentation en carburant, le deuxième ressort 41 repoussera le piston 32 et le tiroir 10 vers la face d'extrémité 24 du carter 21 permettant ainsi la purge des rampes d'injection 6 a, 6 b, 6 c et 6 d. Afin d'assurer une précision suffisante de répartition du carburant à petit débit, le nombre de lumières 11 du tiroir 10, dans les applications qui exigent ce résultat, doit être au moins égal au nombre de fentes 12 du carter 21 et dans un mode préféré de réalisation, le nombre de lumières 11 est au moins deux fois supérieur au nombre de fentes 12. De cette manière et suivant le mode de fonctionnement qui vient d'être décrit, tous les groupes d'injecteurs sont alimentés l simultanément et la fluctuation due à la rotation du tiroir de distribution 10 est minimale Une optimisation des résultats, notamment en ce qui concerne la précision de répartition du carburant aux différents groupes d'injecteurs aux petits débits, est obtenue grâce à un agencement géométrique des lumières 11 et des fentes 12 Un des avantages du système proposé, du fait que la petite section de passage nécessaire à la distribution de carburant est réalisée par les lumières 11, est de permettre une réalisation des lumières 11 avec des tolérances de fabrication aisées à obtenir, du fait de la faible précision dimensionnelle exigée, en valeur relative de pourcentages de la section En fait, la mise en rotation du tiroir de distribution 10 permet un moyennage des erreurs de toutes les lumières Il par chaque fente 12 alimentant chacune un groupe d'injecteurs et l'optimisation de la précision de répartition aux petits débits en résulte. REVENDICATIONS 1 Système pour alimenter en carburant les injecteurs d'une turbomachine, caractérisé en ce que les injecteurs ( 5) sont répartis en plusieurs groupes ( 5 a, 5 b, 5 c, 5 d) et, en ce que ledit système comporte: des moyens de distribution ( 3) de l'ensemble du débit de carburant (D) issu d'une source de carburant ( 1) vers une partie des groupes d'injecteurs ( 5 a, 5 b, 5 c, 5 d) lorsque le débit de carburant est faible, lesdits moyens de distribution ( 3) permettant d'alimenter en carburant les groupes d'injecteurs ( 5 a, 5 b, 5 c, 5 d) de façon cyclique et en séquence dans chaque cycle et de telle manière que le coefficient de débit résultant, vu de la source de carburant, soit constant, des moyens de répartition ( 4) de l'ensemble du débit de carburant (D) sur l'ensemble des groupes d'injecteurs ( 5 a, 5 b, 5 c, 5 d) lorsque le débit de carburant est élevé, et des moyens de transfert progressif ( 2) destinés à répartir le débit de carburant (D) issu de la source de carburant entre lesdits moyens de distribution ( 3) et lesdits moyens de répartition ( 4) en fonction du débit de carburant (D). 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de distribution ( 3) alimentent simultanément deux groupes d'injecteurs ( 5 a, 5 b)et de telle manière que les variations de débit de carburant dans lesdits deux groupes se compensent. 3 Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de distribution ( 3) comportent un carter ( 21) de forme généralement cylindrique et un tiroir de distribution ( 10) cylindrique logeant de façon étanche dans ledit carter ( 21) et entraîné en rotation par des moyens d'entraînement, ledit carter ( 21) présentant des fentes ( 12) régulièrement espacées dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation ( 13) du tiroir ( 10), chaque fente ( 12) permettant l'alimentation en carburant d'un groupe d'injecteurs ( 5 a, 5 b, 5 c, 5 d) et ayant une section allongée dans le sens axial, ledit tiroir ( 10) présentant sur sa paroi cylindrique ( 25) au moins une lumière ( 11) communiquant avec la source de carburant ( 1) et s'étendant dans le sens angulaire sur un secteur correspondant au double de l'espacement desdites fentes ( 12). 4 Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite lumière ( 11) débouche sur une face axiale ( 26) dudit tiroir et est délimitée dans le sens axail par une paroi curviligne ( 14), et, en ce que ladite face axiale ( 26) de tiroir délimite avec une première paroi d'extrémité ( 24) du carter ( 21), une chambre ( 27) communiquant avec la source de carburant ( 1). Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit tiroir ( 10) est monté dans ledit carter ( 21) de telle manière qu'il puisse coulisser sous l'action des moyens de transfert progressif ( 2) entre une première position obtenue à faible débit de carburant, dans laquelle la lumière ( 11) est en regard des fentes ( 12) et une deuxième position, obtenue au-delà d'un débit déterminé de carburant dans laquelle lesdites fentes ( 12) sont toutes dégagées et débouchent dans la chambre ( 27), ladite chambre ( 27), lesdites fentes ( 11) constituant alors les moyens de répartition ( 4) de l'ensemble du débit de carburant (D) sur l'ensemble des groupes d'injecteurs ( 5 a, 5 b, 5 c, 5 d). 6 Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de transfert progressif ( 2) comportent des moyens élastiques ( 30) interposés entre le tiroir ( 10) et le carter ( 21) et agissant à l'encontre de la force de pression exercée par le carburant sur le tiroir ( 10). 7 Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques comportent un ressort à débattement limité ( 30) dont une extrémité est en appui sur le tiroir ( 10) du côté opposé à ladite chambre ( 27), le débattement du ressort permettant le déplacement du tiroir ( 10) entre ladite première position et ladite deuxième position. TAJ ' J 8 Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'autre extrémité du ressort ( 30) est en appui contre un piston ( 32) monté coulissant dans le carter ( 21) et destiné à coopérer avec un siège de soupape ( 39) prévu sur l'autre paroi d'extrémité ( 29) du carter ( 21), quel que soit le débit de carburant, un deuxième ressort ( 41) de faible puissance étant interposé entre ledit piston ( 32) et l'autre paroi d'extrémité ( 29) de carter, ledit deuxième ressort ( 41) étant destiné à repousser le tiroir ( 10) et le piston ( 32) vers la chambre ( 27) en l'absence de débit de carburant de manière à dégager le siège de soupape ( 39), et les fentes ( 12) pour réaliser la purge des rampes d'injection ( 6 a, 6 b, 6 c, 6 d) des injecteurs ( 5). 9 Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le nombre desdites lumières ( 11) est au moins égal au nombre desdites fentes ( 12) alimentant les groupes d'injecteurs. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le nombre desdites lumières ( 11) est au moins deux fois supérieur au nombre desdites fentes ( 12) alimentant les groupes d'injecteurs, de manière à alimenter simultanément tous les groupes d'injecteurs avec une fluctuation minimale due à la rotation dudit tiroir de distribution ( 10), en assurant, notamment aux petits débits, une optimisation de la précision de répartition du carburant aux différents groupes d'injecteurs.