Brevet FR2696211A1 — publié le 19940401

Dispositif de compensation des dispersions d'iniection dues aux facteurs de charpie La présente invention concerne un système de répartition du débit de carburant délivré dans une turbomachine notamment d'aviation. Durant leur vol, les avions, qu'ils soient à usage civil ou à usage militaire, sont amenés à effectuer des mouvements divers selon les phases principales du vol : montées, descentes, virages. D'autres mouvements de l'avion existent autour de la trajectoire moyenne et sont dus à l'instabilité de l'avion autour de ses trois axes. Ces mouvements divers sont connus sous les noms de tangage, roulis ou lacet. Ces mouvements font subir des accélérations à l'avion, au moteur et à leurs équipements. Ces accélérations sont dénommées ci-après facteurs de charge. Ces facteurs de charge entraînent des écarts dans les pressions d'injection des différents injecteurs de la turbomachine, et par le fait même une hétérogénéité de débit des injecteurs en fonction de leur emplacement sur le moteur, s'il n'est pas prévu de dispositif de compensation des dispersions. II est déjà connu d'alimenter chaque injecteur séparément par une pompe à engrenage. Lorsque les pompes à engrenages sont liées entre elles, tous les injecteurs reçoivent le même débit de carburant. Cet état de la technique est illustré notamment par les documents US 3.738.104, US 2.936.028 et US 2.599.680. Cette solution entraîne une augmentation importante de la masse du moteur et nécessite de plus un dispositif d'entraînement des pompes. Le but de la présente invention est de proposer un nouveau système de répartition du débit de carburant qui soit léger et qui ne nécessite pas de dispositif d'entraînement. La présente invention concerne donc un système de répartition du débit de carburant délivré dans la chambre de combustion d'une turbomachine comportant une pluralité d'injecteurs répartis circonférentiellement, ledit système étant interposé entre une conduite d'arrivée de carburant et lesdits injecteurs. Selon l'invention, le système est caractérisé par le fait que les injecteurs sont répartis en une pluralité de lignes diamétralement opposées deux par deux, et par le fait que chaque groupe de deux lignes d'injecteurs diamétralement opposées est alimenté par un répartiteur d'injection raccordé, d'une part, à la conduite d'arrivée de carburant et, d'autre part, à deux rampes alimentant respectivement lesdites deux lignes d'injecteurs, ledit répartiteur d'injection comportant un corps de valve, un tiroir monté mobile à l'intérieur dudit corps de valve de telle manière que ledit tiroir puisse se déplacer dans une direction sensiblement parallèle à l'axe géométrique reliant lesdites deux lignes d'injecteurs sous l'action de facteurs de charges, une chambre de communication dans laquelle débouchent ladite conduite d'arrivée et lesdites deux rampes, deux chambres principales communiquant respectivement avec lesdites deux rampes afin que des forces de pression antagonistes s'exercent sur ledit tiroir pour compenser la force exercée sur ledit tiroir par lesdits facteurs de charge, et des moyens pour ajuster, en fonction de la position dudit tiroir dans ledit corps de valve, les pressions des débits de carburant délivrés dans lesdites deux rampes afin que lesdits deux débits soient sensiblement égaux quelle que soit l'intensité desdits facteurs de charge. Avantageusement, les moyens pour ajuster les pressions comportent des épaulements prévus dans ledit tiroir et coopérant avec les embouchures des deux rampes dans la chambre de communication. Grâce à cette disposition, une accélération dans la direction du diamètre géométrique reliant les deux lignes d'injecteurs, entraîne un déplacement du tiroir et par le fait même une augmentation de la pression dans l'une des rampes et une diminution de la pression dans l'autre rampe. Cet écart de pression agit sur le tiroir pour compenser la force appliquée sur le tiroir par l'accélération. Cette accélération entraîne également une hétérogénéité des pressions dans la chambre de combustion au niveau des injecteurs des deux lignes diamétralement opposées. La courbe de l'écart des pressions en fonction des facteurs de charges, ou accélérations, est choisie de telle manière que les débits de carburant délivrés par les deux lignes d'injecteurs sont égaux quelle que soit l'intensité des facteurs de charge. L'invention apporte les avantages suivants: - L'absence d'hétérogénéité de débit des injecteurs, quelles que soient les conditions de vol, uniformise le niveau de température dans la chambre de combustion évitant ainsi des surchauffes locales des turbines et augmente leur durée de vie. - La faible dispersion de débit est obtenue du régime de ralenti au sol au régime de plein gaz. - Les injecteurs deviennent de simples orifices. - II y a une diminution de la pression maximum d'injection, d'où un gain en masse sur les équipements du système d'injection, et un gain en consommation spécifique et en pollution. - Le rendement de combustion est accru. 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 est un schéma général du système de répartition du débit de carburant entre les injecteurs d'une turbomachine selon l'invention. La figure 2 représente une coupe d'un premier mode de réalisation d'un répartiteur d'injection, et La figure 3 représente en coupe un deuxième mode de réalisation du répartiteur d'injection selon l'invention. La figure 1 montre un système 1 destiné à répartir le débit QT de carburant délivré à la pression PO par une conduite d'arrivée 2 de carburant1 entre les injecteurs 3 disposés circonférentiellement dans une chambre de combustion d'une turbomachine. Selon l'invention, les injecteurs 3, qui sont par exemple au nombre de seize, sont répartis par exemple en quatre lignes d'injecteurs diamétralement opposées deux par deux : une ligne haute 4, une ligne basse 5, une ligne droite 6 et une ligne gauche 7. La ligne haute 4 et la ligne basse 5 sont alimentées par un premier répartiteur d'injection 8 au moyen des rampes 9 et 10. La ligne droite 6 et la ligne gauche 7 sont alimentées par un deuxième répartiteur d'injection 11 au moyen des rampes 12 et 13. Les répartiteurs d'injection 8 et 11 sont raccordées à la conduite d'arrivée 2 respectivement par les conduites 14 et 15. Les répartiteurs d'injection 8 et 1 1 étant identiques, seul le répartiteur d'injection 8 est décrit ci-après. La figure 2 montre un premier mode de réalisation du répartiteur d'injection 8. Ce répartiteur d'injection 8 comporte un corps de valve 16 et un tiroir 17 monté mobile à l'intérieur du corps de valve 16. Le tiroir 17 comprend deux pistons 18 et 19 disposés aux extrémités d'une tige de piston 20, et deux épaulements 21 et 22 portés par la tige de piston 20 et qui se déplacent devant les embouchures 23 et 24 des rampes 9 et 10 afin d'obturer au moins partiellement celles-ci. Les épaulements 21 et 22 se présentent sous forme de pistons munis d'orifices 26 et 27, et délimitent entre elles une chambre de communication 28 dans laquelle débouchent la conduite d'arrivée 14 et les rampes 9 et 10. Le corps de valve 16 présente de plus des plaques transversales 29 et 30 munies de trous pour le passage de la tige de piston 20 et disposées respectivement entre le piston 18 et l'épaulement 21 et entre le piston 19 et l'épaulement 22.Le tiroir 17 délimite ainsi avec le corps de valve 16, en plus de la chambre de communication 28 déjà décrite, des chambres principales 31 et 32, de volume variable, situées aux extrémités du tiroir 17 et délimitées respectivement par les faces d'extrémité des pistons 18 et 19 et la paroi du corps de valve, ainsi que des chambres secondaires 33 et 34, également de volume variable, et délimitées respectivement par les faces internes des pistons 18 et 19 et les plaques transversales 29 et 30. Les chambres principales 31 et 32 sont raccordées respectivement aux rampes 9 et 10 au voisinage des embouchures 23 et 24 par des conduites 35 et 36. Les chambres secondaires 33 et 34 sont raccordées respectivement aux rampes 9 et 10 au voisinage des lignes d'injecteurs correspondants 4 et 5 par des conduites 37 et 38. Les diaphragmes 39 et 40 représentent les pertes de charge fixes des rampes 9 et 10 qui sont égales entre elles. Le répartiteur d'injection 8 est disposé de telle manière que le tiroir 17 peut se déplacer dans le corps de valve selon une direction parallèle à l'axe géométrique reliant les lignes d'injecteurs alimentées par ledit répartiteur. Ainsi comme on le voit sur la figure 1, le premier répartiteur d'injection 8 est disposé verticalement, et le deuxième répartiteur d'injection 11 est disposé à l'horizontale. Une accélération verticale agit sur le tiroir 17 du premier répartiteur d'injection 8 et une accélération transversale agit sur le tiroir 17 du deuxième répartiteur d'injection 11. L'accélération verticale par exemple entraîne un déplacement du tiroir 17 dans le corps de valve 16, ce qui entraîne une modification des sections de passage S des embouchures 23 et 24 et une modification des coefficients de débit K. Les sections de passage S et les coefficients de débit K varient en fonction des facteurs de charge selon des lois d'évolution choisies de telle manière que les débits de carburant délivrés dans les rampes 9 et 10 soient identiques et indépendants des facteurs de charge. La chambre principale 31 est soumise à la pression régnant dans la rampe 9 au voisinage de l'embouchure 23. La chambre secondaire 33 est soumise à la pression d'injection régnant dans la ligne haute 4. Le piston 18 est ainsi soumis à des forces de pression antagonistes. De même la chambre principale 32 est soumise à la pression régnant dans la rampe 10 au voisinage de l'embouchure 24. La chambre secondaire 34 est soumise à la pression régnant dans la ligne basse 5. Le piston 18 est soumis à des forces de pression antagonistes qui s'opposent elles-mêmes aux forces de pression résultantes exercées sur le piston 18. Ces forces de pression compensent les forces exercées sur le tiroir 17 par les facteurs de charges, lorsque le tiroir 17 est en équilibre dans le corps de valve 16. La figure 3 montre une variante simplifiée du répartiteur d'injection 8, qui comporte un tiroir 17 monté coulissant dans un corps de valve 16. Le tiroir 17 présente deux pistons 18 et 19 montés aux extrémités d'une tige de piston 20. La chambre de communication 28 est délimitée par les faces internes des pistons 18 et 19. La conduite d'arrivée 14 débouche dans la partie médiane de la chambre de communication 28. Les embouchures 23 et 24 des rampes 9 et 10 sont disposées au voisinage des faces internes des pistons 18 et 19. Les chambres principales 31 et 32 sont mises en communication avec les rampes 9 et 10 au voisinage des embouchures 23 et 24 par les conduites 35 et 36. Le fonctionnement de ce répartiteur d'injection 8 est identique au fonctionnement du répartiteur représenté sur la figure 2. Les facteurs de charge dirigés dans le sens du tiroir 17 entraînent un déplacement de ce tiroir 17 dans le corps de valve 16 et exercent une force sur ce tiroir 17. Cette force est compensée par les forces de pression qui s'exercent sur les faces d'extrémité des pistons 18 et 19 et qui varient en fonction de la position du tiroir 17 dans le corps de valve 16. Dans le mode de réalisation représentée sur la figure 2, les chambres 41 et 42 disposées respectivement entre les épaulements 21 et 22 et les plaques transversales 29 et 30 sont en communication avec la chambre de communication 28 par les orifices 26 et 27. Cette disposition permet de créer un amortissement hydraulique qui améliore la dynamique du système. Ce mode de réalisation a également pour avantage de corriger les effets dus aux tolérances de fabrication des composants. Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, les injecteurs 3 sont répartis en quatre lignes d'injecteurs, une ligne haute 4 et une ligne basse 5 alimentées par un premier répartiteur d'injection 8 à tiroir mobile verticalement, une ligne droite 6 et une ligne gauche 7 alimentées par un deuxième répartiteur d'injection 11 à tiroir mobile dans le sens transversal de l'avion. II va de soi que le nombre de lignes peut être plus important. L'homogénéité des débits est d'autant meilleure que le nombre de lignes est grand, I'idéal étant un répartiteur par couple de deux injecteurs diamétralement opposés. REVENDICATIONS 1. Système de répartition du débit de carburant délivré dans la chambre de combustion d'une turbomachine comportant une pluralité d'injecteurs (3) répartis circonférentiellement, ledit système (1) étant interposé entre une conduite d'arrivée de carburant (2) et lesdits injecteurs (3), caractérisé en ce que les injecteurs (3) sont répartis en une pluralité de lignes (4, 5, 6, 7) diamétralement opposées deux par deux, en ce que chaque groupe de deux lignes d'injecteurs (4, 5 ; 6, 7) diamétralement opposées est alimenté par un répartiteur d'injection (8, 11) raccordé, d'une part, à la conduite d'arrivée de carburant (2) et, d'autre part, à deux rampes (9, 10 ; 12, 13) alimentant respectivement lesdites deux lignes d'injecteurs (4, 5 ; 6, 7), ledit répartiteur d'injection (8, 11) comportant un corps de valve (16), un tiroir (17) monté mobile à l'intérieur dudit corps de valve (16) de telle manière que ledit tiroir (17) puisse se déplacer dans une direction sensiblement parallèle à l'axe géométrique reliant lesdites deux lignes d'injecteurs (4, 5 ; 6, 7) sous l'action de facteurs de charges, une chambre de communication (28) dans laquelle débouchent ladite conduite d'arrivée (2) et lesdites deux rampes (9, 10 ; 12, 13), deux chambres principales (31, 32) communiquant respectivement avec lesdites deux rampes (9, 10) afin que des forces de pression antagonistes s'exercent sur ledit tiroir (17) pour compenser la force exercée sur ledit tiroir par lesdits facteurs de charge, et des moyens (21, 22 23, 24) pour ajuster, en fonction de la position dudit tiroir (17) dans ledit corps de valve (16) les pressions des débits de carburant délivrés dans lesdites deux rampes (9, 10 ; 12, 13) afin que lesdits deux débits soient sensiblement égaux quelle que soit l'intensité desdits facteurs de charge. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'ajustage des pressions comportent des épaulements (21, 22) prévus dans ledit tiroir (17) et coopérant avec les embouchures (23, 24) desdites deux rampes (9, 10; 12, 13) dans ladite chambre de communication 28. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites deux chambres principales (31, 32) sont délimitées par les faces d'extrémité dudit tiroir (17) et la paroi dudit corps de valve (16). 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte de plus deux chambres complémentaires (33, 34) soumises respectivement aux pressions d'injection desdites deux lignes d'injecteurs (4, 5 ; 6, 7) afin d'exercer des forces de pression d'injection antagonistes sur ledit tiroir (17). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites chambres complémentaires (33, 34) sont respectivement interposées entre ladite chambre de communication (28) et lesdites chambres principales (33, 34). 6. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les forces de pression d'injection d'une ligne (4, 5, 6, 7) s'exercent sur ledit tiroir (17) dans le sens opposé aux forces exercées par la pression régnant dans la rampe correspondante.