Brevet FR2825120A1 — publié le 20021129

de l'unité de séparation (14). 1 2825120 Donaine de l'invention La préselte invention se rapporte au domaine de l'injection de carburant dans les turbomacllines et elle concenne plus particulièrement un dispositif de dosage de carburant à deux sorties (dit aussi double pots). Art antérieur Dans les turbonacllines, les ncilleures perfonnances sont obtenues pour des vitesses de rotation des organes tounants proches des linites maximums admissibles au-delà desquelles une perte d'aubes de compresseur ou de turbine peut survenir. Or, une telle perte est de nature à engendrer une perforation du carter moteur dont les conséquences peuvent aller jusqu'à une destruction conplète de la turbomachine. Aussi, et comme le préconisent d'ailleurs les règlements intemationaux relatifs à l'aviation civile, I'utilisation d'un dispositif limiteur de survitesse s'avère indispensable pour éviter que la vitesse de ces organes toumants ne dépasse ces vitesses maximales autorisces. De plus, dans les turbomachines actuelles, il doit être possible pour le pilote de l'acronef de revenir à un mode de fonctionnenent nonnal après l'enclenchement du dispositif limiteur de survitesse. Pour cela, et comme illustré à la figure 6, le clapet de survitesse 10 de ce liniteur disposé en sortie du dispositif de dosage 12 doit pouvoir obturer uniquenent la sortie des grands débits de carburant 14 sans nodifier (peturber) la sortie des petits débits 16 foumissant notamment le débit de survitesse auquel est limité le débit dosé alimentant les injecteurs une fois la fenneture du clapet de survitesse effective. Une solution élogante à ce problène consiste donc à mettre en _uvre un dispositif de dosage à deux sorties de carDurant dosé. Un tel doseur double ports est par exemple décrit dans le brevet anéricain US 5 771 182. Malheureusement, la structure linéaire de ce doseur, dite aussi en tandem car les fentes de dosage sont disposées en série les unes denière les autres, présente le grave inconvénient de provoquer un allongenent particulièrenent inportant du dispositif de dosage (pratiquement une dimension double d'un doseur conventionnel) et donc, en conséquence, une augmentation non négligeable de la nasse embarquée. 2 2825120 Objet et définition de l'invention La présente invention propose donc de pallier ces inconvénients avec un dispositif de dosage de carburant particulièrement conpact, c' est à dire présentant un enconbrenent et une masse nininaux. Un but de l'invention est aussi de proposer un dispositif qui ne peturbe pas le débit dosé en dessous du déLit linité de survitesse. Ces buts sont atteints par un dispositif de dosage de carburant dans une turbomachine conportant une enveloppe exteme cylindrique à I'intérieur de 0 laquelle est nonté un cylindre distributeur dans lequel peut se déplacer linéairenent un piston de dosage sous l'action d'un élénent de connande, ladite enveloppe cylindrique conportant un orifice d' entrée pour l' adnission du carburant sous pression et au moins un orifice de sortie pour l'injection de ce carburant dans une chanbre de combustion de ladite turbonachine et ledit piston de dosage conportant une lunière annulaire fonnant chambre de distribution pour le carburant adnis par ledit orifice d'entrée et refoulé par ledit au moins un orifice de sortie, caractérisé en ce que ledit cylindre distributeur conporte une pluralité d ' orifices radiaux d' alimentation pour adnettre le carburant dans ladite chanbre de distribution depuis ledit orifice d'entrée et d'une part au noins un prenier orifice de dosage pour expulser le carDurant vers ledit prenier orifice de sortie et d'autre part au noins un second orifice de dosage pour expulser le carburant vers ledit second orifice de sortie, lesdits au noins un prenier et au moins un second orifices de dosage étant séparés par des noyens d'étanchéité disposés à la périphérie dudit cylindre distributeur. Avec la présente structure de doseur, qui conporte une cloison étanclle de séparation, il devient possible d'iltégrer dans un nêne dispositif la fourniture à la fois de grands et de petits débits de carburant. Le circuit des petits débits n'est ainsi en aucune façon perturbé par le clapet de survitesse et l'encombrenent est particulièrenent réduit par rappot aux dispositifs de l'art antérieur à deux doseurs nis bout à bout. Selon un node de réalisation avantageux, lesdits preniers orifices de dosage sont au nonbre de deux et disposés radialenent en opposition l'un de 3 2825120 I'autre. Ces premiers orifices de dosage présentent de prétérence une section de passage exponentielle. De même, avantageusement lesdits seconds orifices de dosage sont au nonbre de deux et disposés radialemelt en opposition l'un de l'autre. Ces seconds orifices de dosage présentent de prétérence une section de s passage exponentielle. Lesdits au moins un prenier et un au moins un second orifices de dosage sont disposés dans un mêne plan transversal et décalés deux à deux de 90 , de façon à assurer une continuité d'écoulenent du carDurant vers ladite cllambre de combustion lors du déplacement dudit piston de dosage. Lesdits preniers orifices de dosage présentent une largeur au niveau de leur partie aval, égale à une largeur _ desdits seconds orifices de dosage, au niveau de leur partie amont. Selon un prenier node de réalisation, lesdits noyens d'étanchéité conportent un joint élastonère monté dans une gorge d'une cloison de séparation se prolongeant à la périphérie exteme dudit cylindre distributeur et sepentant s entre lesdits preniers et seconds orifices de dosage. Altemativement, lesdits noyens d'étancléité peuvent aussi conporter un joint élaston1ère nonté dans une gorge d'un puits de séparation disposé autour de cllacun desdits premiers orifices de dosage, afin de les isoler desdits seconds orifices de dosage. o Brève description des dessins Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront nieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non linitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure l est une vue en perspective d'un prenier node de réalisation d'un s dispositif de dosage à deux sorties selon l'invention, - la figure 2 est une vue développée au niveau des orifices de dosage du dispositif de dosage à deux soties de la figure 1, - la figure 3 est une vue en perspective d'un second node de réalisation d'une partie d'un dispositif de dosage à deux sorties selon l'invention, o - la figure 4 est wle vue en coupe d'un orifice de dosage du dispositif de dosage à deux soties de la figure 3, 4 2825120 - les figures SA et SB sont des vues en coupe longitudinale selon respectivenent les plans VA et VB de la figure I correspondant à deux positions distinctes du dispositif de dosage à deux soties de la figure l, et - la figure 6 est une vue partielle très schématique d'un systène d'injection de carburant d'une turbomachine pourvu d'un dispositif limiteur de survitesse. Description détaillée d'un mode de réalisation préférentiel La figure l illustre en perspective éclatée un dispositif de dosage de carburant à deux orifices de sortie nis en _uvre dans un système d' injection de 0 carburant conventionnel d'une turbonachine d'aéronef. Ce dispositif de dosage de carburant est l'élément central du systène d'injection qui contrôle le débit de carburant s'écoulant entre une ponpe haute pression assurant une pressurisation du carburant soutiré dans un réservoir de carburant et un circuit d'injection de carburant dans la chanbre de conbustion de cette turbonachine. Le dispositif de dosage 20 est selon l'invention fomé de trois paties concentriques avec une enveloppe externe cylindrique 22 dont lequel est montée une founure 24 elle nêne cylindrique, formant distributeur, et à l'intérieur de laquelle un piston 26 peut se déplacer linéairenent de façon continue entre deux positions extrênes. L'enveloppe cylindrique 22 conporte un orifice d'entrce 220 destiné à être relié en sortie de la ponpe haute pression et par lequel est adnis le carDurant à doser et deux orifices de sortie 222, 224 devant être reliés au circuit d'injection et par lesquels est effectuée l'injection du carburant dans la chanbre de combustion de la turbonachine, I'un 222 assurant une injection des petits débits de carburant (notanment débit limité en situation de survitesse) et l'autre 224 celle des grands débits de carburant (fonctionnenent nonnal). Le piston 26 conporte une lunière annulaire 260 fonnant chambre de distribution pour le dosage du carDurant qui est adnis par l'orifice d'entrée 220 et est refoulé par les orifices de sotie 222, 224. Le déplacement du piston dans la fourrure est de préférence actionné classiquenent par un élément électronagnétique 28 relié à une extrénité du piston et connandé par un circuit électronique de connande de la turbomachine (non représenté). 2825120 Le cylindre distributeur (foun-ure 24) disposé entre l'enveloppe cylindrique et le piston comporte des moyens d'étancl1éité à sa périphérie extérieure fonnés par quatre joints annulaires d'étanchéité 240, 242, 244, 246, dont un à chaque extrémité, qui définissent entre eux trois zones distinctes 24A, 24B, 24C pour la s distribution du carburant. La première zone de distribution 24A est destinée à coopérer avec l'orifice d'entrée 220 pour recevoir le carburant à doser, la deuxième zone 24B est destince à coopérer avec le premier orifice de sortie 222 pour injecter le carDurant à faible débit et la troisième zone 24C est destinée à coopérer avec le second orifice de sortie 224 pour injecter le carburant à fort débit. 0 Cette admission et cette double injection de carburant dans la turbomachine sont réalisées au travers de différents orifices pratiqués radialement au travers de la paroi de ce cylindre distributeur. Dans la première zone 24A, délimitée par les premier et deuxième joints annulaires d'étanclléité 240, 242, le cylindre distributeur comporte une pluralité d'orifices d'alimentation 248 disposés radialement à sa périphérie et pen11ettant de diviser et répartir unifonnément dans le dispositif de dosage le flux d'alimentation en carburant provenant de l'orifice d'entrée unique 220. Dans la deuxième zone 24B, délimitée par les deuxième et troisième joints annulaires d'étanchéité 242, 244, le cylindre distributeur compote au moins un et de prétérence deux premiers QO orifices de dosage 250a, 250b disposés à 180 I'un de l'autre (radialement en opposition) et pennettant de définir une loi d'écoulement du carburant pour les petits débits. La section de passage de ces premiers orifices de dosage est avantageusement exponentielle. Enfin, dans la troisième zone 24C, délimitée par les troisième et quatrième joints annulaires d'étanchéité 244, 246, le cylindre distributeur compote au moins un et de prétérence deux seconds orifices de dosage 252a, 252b disposés également à 180 I'un de l'autre (radialement en opposition), mais décalés de 90 par rappot aux premiers orifices de dosage, et pennettant de définir une loi d'écoulement du carburant pour les grands déDits. La section de passage de ces seconds orifices de dosage est aussi avantageusement exponentielle. Afin d'assurer une parfaite continuité entre l'écoulement aux petits et aux grands débits, les premiers et seconds orifices de dosage sont disposés dans un 6 2825120 nême plan transversal P. comme l'illustre la figure 2 qui est un plan développé du cylindre distributeur au niveau de ces orifices, et la largeur a de l'orifice des petits débits (à sa partie aval dans le sens d'avancé du piston) est égale à la largeur b de l'orifice des grands déhits (à sa partie amont dans le sens d'avancé du piston). On notera tout paticulièrement la disposition en lacet du troisième joint annulaire d'étanclléité 244 qui assure un cloisonnenent parfaitement étanclle entre les orifices définissant les petits et les grands débits. Ce troisième joint- est de préférence un joint élastomère monté par adhérisation à cllaud dans une gorge 254 d'une cloison de séparation 256 se prolongeant à la périphérie exten1e du cylindre distributeur et serpentant entre les orifices de dosage. Toutefois, un joint élastonère préalablement retroidi dans sa gorge afin de le rendre rigide lors d'un nontage à cllaud est aussi possible. Cette étanclléité par un joint en lacet n'est pas la seule solution envi sageab le pour assurer une séparati on étanclle entre l es orifices de do s age des petits et grands débits et une solution reposant sur la réalisation de puits autour de chaque orifice de dosage des petits débits (ou éventuellement ceux des grands déhits) associés cllacun à un joint circulaire est une altemative possible. Les figures 3 et 4 illustrent la fourrure 24 en perspective et en coupe partielle dans ce second node de réalisation. Les élénents identiques à ceux du mode de réalisation o précédent potent les mêmes rétérences. Dans ce second mode de réalisation, le cloisonnement entre petits et grands débits est assuré par la fonnation, autour de cllaque orifice de dosage des petits débits 25 0a, 250b, d 'un puits d' isolation 25 8 qui s 'étend depuis la surface exteme de la fourrure 24 jusque la surface intene de 1'enveloppe extérieure 22 et sur lequel est monté un joint d'étanclléité 260. Ce joint d'étanclléité est avantageusement, comme précédenment, un joint élastomère qui, afin de faciliter son montage, peut être collé à cllaud dans une gorge 262 de la surface frontale de ce puits ou bien encore refroidi dans cette gorge pour le rigidifier avant nontage. Le fonctionnement du dispositif de dosage selon l' invention est maintenant décrit en regard des figures 5A et 5B qui se rappotent plus précisément au mode de réalisation de la figure 1 (un fonctionnement identique est bien entendu applicable au node de réalisation de la figure 3). La figure 5A montre la position 7 2825120 du piston en fonctionnement nonnal. Le régime moteur est alors dans un regime dit de croisière supérieure au régime de ralenti. Le carburant introduit par les orifices d'alimentation 248 est injecté dans la cllambre de combustion par lensemble des orifices de dosage 250,252. Lorsque la vitesse de rotation de la turbomaclline excède une vitesse maximale autorisée prédéfinie, on limite à un débit fixe prédéteminé, appelé débit de survitesse Qsv, l'alimentation en carburant de la chambre de combustion en fennant le clapet de survitesse en aval du second orifice de sotie 224 relatif aux grands débits. La position du piston 26 reste incllangée. Il en est de mêne lorsque la vitesse de rotation redevient 0 inférieure à la vitesse maximale autorisée. Par contre, si le pilote, par l'intennédiaire de la manette de contrôle des gaz, envoie une commande de ralenti au moteur (ce qui ne peut être accepté par le circuit de commande de la turbomaclline que si la turbomachine a retrouvé son intogrité fonctionnelle), cette alimentation en carDurant est ramenée à un débit coTespondant à un régime de ralenti, inférieur au régime de survitesse précédent, pour pennettre ensuite une reprise d'un fonctionnement nonnal. Dans ce cas, et comme le montre la figure B, le piston 26 est déplacé de façon à obturer totalement les orifices de dosage des grands débits 252 mais seulement en partie les orifices de dosage des petits débits 250 pennettant ainsi une alimentation limitée du circuit d'injection. 8 2825120 REVENDICATIONS 1. Dispositif de dosage de carburant dans une turbomachine, comportant une enveloppe exteme cylindrique (22) à l'intérieur de laquelle est montée un s cylindre distributeur (24) dans lequel peut se déplacer linéairement un piston de dosage (26) sous l'action d'un élénent de commande (28), ladite enveloppe cylindrique conportant un orifice d'entrée (220) pour l'adnission du carburant sous pression et au moins un orifice de sortie (222, 224) pour l'injection de ce carburant dans une chambre de combustion de ladite turbomacllile et ledit piston de dosage comportant une lumière annulaire (260) fonnant chambre de distribution pour le carDurant admis par ledit orifice d'entrce et refoulé par ledit au noins un orifice de sortie, caractérisé en ce que ledit cylindre distributeur comporte une pluralité d'orifices radiaux d'alimentation (248) pour admettre le carburant dans ladite chambre de distribution depuis ledit orifice d'entrée et d'une part au moins un premier orifice de dosage (250a, 250b) pour expulser le carburant vers ledit premier orifice de sortie et d'autre part au moins un sècond orifice de dosage (252a, 252b) pour expulser le carburant vers ledit second orifice de sotie, lesdits au moins un premier et au moins un second orifices de dosage étant séparés par des moyens d'étanchéité disposés à la périphérie dudit cylindre o distributeur. 2. Dispositif de protection selon la revendication l, caractérisé en ce que lesdits premiers orifices de dosage sont au nombre de deux et disposés radialement en opposition l'un de l'autre. 3. Dispositif de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce que s lesdits premiers orifices de dosage présentent une section de passage exponentielle. 4. Dispositif de protection selon la revendication 1 ou la revendicatiol 2, caractérisé en ce que lesdits seconds orifices de dosage sont au nombre de deux et disposés radialement en opposition l'un de l'autre. o 5. Dispositif de protection selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits seconds orifices de dosage présentent une section de passage exponentielle. 9 2825120 6. Dispositif de protection selon la revendication l, caractérisé en ce que lesdits au moins un premier et un au moins un second orifces de dosage sont disposés dans un même plan transversal, de façon à assurer une continuité d'écoulement du carDurant vers ladite chambre de combustion lors du s déplacenent dudit piston de dosage. 7. Dispositif de protection selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits premiers orifices de dosage présentent une largeur a' au niveau de leur patie aval, égale à une largeur _ desdits seconds orifices de dosage, au niveau de leur partie amont. o 8. Dispositif de protection selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits premiers et seconds orifices de dosage sont décalés deux à deux de 90 . 9. Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'étanchéité comportent un joint élastomère monté dans une gorge (254) d'une cloison de séparation (256) se prolongeant à la périphérie exteme dudit cylindre distributeur et sepentant entre lesdits premiers et seconds orifces de dosage. 10. Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'étanchéité compotent un joint élastomère (260) monté dans une gorge (262) d'un puits de séparation (258) disposé autour de chacun desdits