Brevet FR3003903A1 — publié le 20141003

DISPOSITIF DE LIMITATION DE LA PRESSION EN CARBURANT DANS UNE CHAMBRE DE COMBUSTION D'AERONEF DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine technique des systèmes d'alimentation en carburant d'une chambre de combustion de turbomachine d'aéronef. Plus précisément, l'invention concerne un circuit de sécurité configuré pour limiter le débit en carburant injecté dans la chambre de combustion, limitant ainsi la pression dans la chambre de combustion. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un système d'alimentation en carburant d'une chambre de combustion de turbomachine comprend principalement un circuit principal comprenant une pompe d'injection de carburant, au moins un injecteur de carburant en aval de la pompe, ainsi qu'au moins une résistance hydraulique disposée en série entre la pompe et l'injecteur, tels qu'un ou plusieurs éléments choisis parmi un doseur de carburant, un filtre et un échangeur. En cas de panne des moyens de régulation du débit en carburant d'un système d'alimentation d'une chambre de combustion de turbomachine, la pression en carburant dans la chambre de combustion risque d'augmenter excessivement. La pression trop élevée en carburant risque notamment d'endommager la chambre de combustion. Selon une réalisation connue de l'art antérieur, le système d'alimentation comprend de plus un circuit de dérivation de la pompe comprenant un clapet anti-retour, dont l'entrée est raccordée au circuit principal en amont de la pompe. Le circuit de dérivation est configuré pour limiter le débit de carburant en direction de l'injecteur en redirigeant l'excès de carburant vers l'amont du système d'alimentation en carburant. La résistance hydraulique génère une perte de charge variable en fonction notamment du débit de carburant, de la température, du type de carburant utilisé, de l'entretien des éléments qui composent la résistance hydraulique en particulier les filtres, ainsi que des tolérances de fabrication des éléments du système d'alimentation et notamment de la résistance hydraulique. Du fait de ses variations et incertitudes, le seuil de pression d'ouverture du clapet anti-retour ne permet pas un fonctionnement satisfaisant du système d'alimentation. Afin d'éviter une pression en carburant dans la chambre de combustion inutilement faible en fonctionnement nominal , le système d'alimentation en carburant et la chambre de combustion qu'il alimente sont surdimensionnés pour les besoins de la turbomachine. Il en découle une augmentation de la masse de la turbomachine nuisible aux performances de la turbomachine, notamment en termes d'augmentation de la consommation en carburant. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre au moins partiellement les problèmes rencontrés dans les solutions de l'art antérieur. A cet égard, l'invention a pour objet un système d'alimentation en carburant d'une chambre de combustion comprenant un circuit principal comprenant une pompe et au moins un injecteur en aval de la pompe, le système d'alimentation comprenant un circuit de dérivation de la pompe comprenant un clapet anti-retour, le circuit principal comprenant, en aval du circuit de dérivation de la pompe et en amont de l'injecteur, au moins une résistance hydraulique choisie notamment parmi un doseur de carburant, une vanne, un débitmètre, un filtre et un 25 échangeur, le système d'alimentation en carburant comprenant de plus un circuit de sécurité raccordé au circuit principal par une entrée située en aval de la résistance hydraulique et en amont de l'injecteur et par une sortie située en amont de la pompe, le circuit de sécurité comprenant un dispositif anti-retour configuré pour empêcher l'écoulement de carburant depuis l'entrée vers la sortie du circuit de sécurité lorsque la pression en carburant en entrée du circuit de sécurité est inférieure à une première valeur limite. Le circuit de sécurité est configuré pour limiter le débit en carburant injecté dans la chambre de combustion en formant un circuit de dérivation du carburant et ainsi la pression en carburant dans la chambre de combustion. Le système d'alimentation est configuré de manière à ce que la pression en carburant n'atteigne pas une valeur susceptible d'entraîner l'endommagement de la chambre de combustion, même en cas de panne. Le circuit de sécurité tient compte de manière plus efficace des variations de perte de charge dans le système d'alimentation, notamment afin de ne pas limiter inutilement la pression de carburant dans la chambre de combustion en fonctionnement nominal et/ou de permettre de dimensionner au mieux le système d'alimentation et la chambre de combustion en fonctionnement nominal. Le fonctionnement nominal du système d'alimentation correspond à un régime dans lequel aucun élément du système d'alimentation n'est défectueux et dans lequel la quantité de carburant circulant à la fois dans le circuit de dérivation de la pompe et dans le circuit de sécurité est négligeable, notamment par rapport à la quantité de carburant acheminée par le circuit principal. Le circuit de sécurité comprend une position d'ouverture où il laisse s'écouler le carburant entre l'entrée et la sortie du circuit de sécurité et une position de fermeture où la circulation du carburant entre l'entrée et la sortie du circuit de sécurité est empêchée. Le passage de la position d'ouverture à la position de fermeture du circuit s'effectue lorsque la pression en entrée du circuit de sécurité devient inférieure à la première valeur limite. L'invention peut comporter de manière facultative une ou plusieurs des caractéristiques suivantes combinées entre elles ou non : Le dispositif anti-retour est de préférence configuré pour permettre l'écoulement de carburant depuis l'entrée vers la sortie du circuit de sécurité lorsque la pression en carburant à l'entrée du circuit de sécurité est supérieure à une deuxième valeur limite supérieure à la première valeur limite. L'ouverture et la fermeture séquentielle du dispositif anti-retour s'effectue lorsque la pression en carburant en entrée du circuit de sécurité évolue entre la deuxième valeur limite et la première valeur limite. Le fonctionnement séquentiel du circuit de sécurité permet de réguler efficacement l'écoulement de carburant dans le circuit principal en direction de l'injecteur. De préférence, le dispositif anti-retour comprend un clapet anti-retour Un clapet anti-retour présente notamment l'avantage d'être robuste d'utilisation, simple et économique. L'entrée du circuit de sécurité est de préférence raccordée au circuit principal le plus possible à proximité de l'injecteur. Autrement dit, le système d'alimentation comprend le minimum de résistance hydraulique en aval de l'entrée du circuit de sécurité. Ainsi l'influence de pertes de charges variables entre l'entrée du circuit de sécurité et l'injecteur sur le fonctionnement du circuit de sécurité est limitée. De préférence, le dispositif anti-retour est intégré à l'injecteur. Selon une variante de réalisation, le dispositif anti-retour peut être intégré à la résistance hydraulique. Une telle configuration est particulièrement avantageuse lorsqu'elle permet d'utiliser des moyens préexistants de la résistance hydraulique. L'entrée du circuit de sécurité est située de préférence en aval de chaque résistance hydraulique du circuit principal. Cette configuration permet d'atténuer les pertes de charges variables entre l'entrée du circuit de sécurité et l'injecteur. La sortie du circuit de sécurité est de préférence située en amont du circuit de dérivation de la pompe. De ce fait, le fonctionnement du circuit de sécurité perturbe moins le fonctionnement du circuit de dérivation de la pompe. Le circuit de dérivation de la pompe est alors configuré pour limiter plus efficacement toute surpression en aval de la pompe susceptible d'endommager la résistance hydraulique. De préférence, la pompe est une pompe haute pression et le circuit principal comprend une pompe basse pression en amont de la pompe haute pression. La pompe haute pression est de préférence une pompe volumétrique, c'est-à-dire une pompe configurée pour permettre l'écoulement d'un débit constant de carburant en fonctionnement nominal. La sortie du circuit de sécurité est de préférence située en amont de la pompe basse pression. Cette configuration du système d'alimentation présente notamment l'avantage de permettre une meilleure régulation du débit en carburant dans le circuit principal au niveau de l'entrée du circuit de sécurité, lorsque la pompe haute pression est une pompe volumétrique. Selon une variante de réalisation, la sortie du circuit de sécurité peut être située en aval de la pompe basse pression. Ainsi la pompe basse pression n'augmente pas la pression du carburant en sortie du circuit de sécurité. Le circuit de sécurité est alors configuré pour abaisser davantage la pression en carburant dans la chambre de combustion en cas de panne du système d'alimentation. La résistance hydraulique comprend de préférence un doseur de carburant et une vanne montés en série. La résistance hydraulique comprend de préférence un doseur de carburant, une vanne, un débitmètre et un filtre montés en série. L'invention concerne aussi une structure de turbomachine comprenant une chambre de combustion et un système d'alimentation tel que défini ci-dessus pour alimenter la chambre de combustion en carburant. L'invention porte également sur une turbomachine comprenant une chambre de combustion et un système d'alimentation de la chambre de combustion tel que défini ci-dessus. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une représentation schématique d'un système d'alimentation illustrant un mode de réalisation de l'invention; la figures 2 est une représentation schématique du mode de réalisation de préféré de l'invention; les figures 3a, 3b, 3c, 3d sont des graphes illustrant de manière schématique l'évolution de pressions à différents endroits et l'évolution du débit en fonction du temps dans le système d'alimentation lors d'un procédé de fonctionnement du mode de réalisation préféré de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Le terme « résistance hydraulique » d'un élément du circuit d'alimentation sert à définir dans ce document, par analogie avec le domaine de l'électricité, la grandeur issue du rapport entre la différence de pression du carburant entre l'entrée et la sortie de l'élément sur le débit de carburant traversant l'élément. Par métonymie et toujours par analogie avec le domaine de l'électricité, le terme « résistance hydraulique » sert également à désigner un élément du système d'alimentation en carburant caractérisé par cette grandeur. Les termes « amont » et « aval » sont définis en référence à l'écoulement du carburant dans le circuit principal du système d'injection en fonctionnement nominal. La figure 1 et la figure 2 représentent un système d'alimentation 1 en carburant d'une chambre de combustion 2 de turbomachine d'aéronef selon un mode de réalisation de l'invention. Le système d'alimentation 1 comprend un circuit principal 10 et un circuit de sécurité 20. Le circuit principal 10 comprend une pompe 111 et au moins un injecteur 102 en aval de la pompe 111. Le circuit principal 10 comporte de préférence plusieurs injecteurs 102 de carburant montés par exemple sur un fond de chambre (non représenté) de la chambre de combustion 2. La pompe 111 est de préférence une pompe volumétrique haute pression, le circuit principal 10 comprenant de plus une pompe basse pression 101 en amont de la pompe haute pression 111. Entre la pompe basse pression 101 et la pompe haute pression 111, le circuit principal 10 comprend une première résistance hydraulique. La première résistance hydraulique comprend de préférence un échangeur 104 et un filtre 106 montés en série. En aval de la pompe haute pression 111 et en amont de l'injecteur 102, le circuit principal 10 comprend une résistance hydraulique 120 représentée schématiquement à la figure 1 et plus en détail à la figure 2. La résistance hydraulique 120 comprend dans le mode de réalisation préféré un doseur de carburant 122, une vanne 124, un débitmètre 126 et un filtre 128 montés en série dans cet ordre d'amont en aval. La résistance hydraulique 120 comprend également une ou plusieurs portions de canalisation entre la pompe haute pression 111 et l'injecteur 102. Le doseur de carburant 122 coopère avec la vanne 124 pour réguler le débit de carburant injecté en direction de l'injecteur 102 en fonctionnement nominal du système d'alimentation 1. En régulant le débit de carburant injecté dans la chambre de combustion 2, le doseur 122 et la vanne 124 contribuent à éviter que la pression en carburant injectée dans la chambre de combustion 2 ne dépasse une valeur limite PS3lim au-delà de laquelle la chambre de combustion 2 est susceptible d'être endommagée. Selon le mode de réalisation de la figure 2, le doseur 122 est raccordé au circuit principal 10 par son entrée et sa sortie D. La sortie D est configurée pour réinjecter du carburant excédentaire en amont de la pompe 111. La vanne 124 est de préférence une valve comprenant plusieurs positions d'ouverture et de fermeture permettant de réguler plus efficacement le flux de carburant dans le circuit principal 20. Selon une variante de réalisation non représentée, la vanne 124 est une valve binaire. En cas de surpression en carburant dans le circuit principal 10, notamment en cas de panne du doseur 122 entraînant la pleine ouverture de la vanne 124 ou d'une déficience au niveau des injecteurs, les équipements hydromécaniques du circuit principal 10 risquent d'être d'endommagés. Les équipements hydromécaniques de la résistance hydraulique 120 sont particulièrement sensibles à une surpression éventuelle en carburant. Le système d'alimentation 1 comprend de ce fait un circuit de dérivation 30 de la pompe 111 configuré pour limiter toute surpression en aval de la pompe 111, notamment celles susceptibles d'endommager la résistance hydraulique 120. Le circuit de dérivation 30 de la pompe 111 contribue également à limiter le débit de carburant en direction de l'injecteur 102 en redirigeant un excès de carburant vers l'amont du système d'alimentation 1 en carburant. Le circuit de dérivation 30 de la pompe 111 ayant pour fonction principale de protéger la résistance hydraulique de surpression de carburant susceptible de l'endommager, la résistance hydraulique 120 est située en aval du circuit de dérivation de la pompe 111. Le circuit de dérivation 30 est raccordé au circuit principal 10 par une entrée B et une sortie A qui est située en amont de l'entrée B. La résistance hydraulique 120 se trouve en aval de chaque raccordement du circuit de dérivation 30 de la pompe 111 au circuit principal 10, notamment de l'entrée B. Dans le mode de réalisation préféré, le circuit de dérivation 30 de la pompe 111 comprend un clapet anti-retour 32. Les différents éléments du système d'alimentation 1 présentent une perte de charge variable en fonctionnement. La perte de charge dans le circuit principal 10 varie notamment en fonction du débit de carburant, de la température, du type de carburant utilisé, de l'entretien des éléments 122, 124, 126, 128 qui composent la résistance hydraulique 120 en particulier chaque filtre 128, ainsi que des tolérances de fabrication des éléments du système d'alimentation 1 et notamment de la résistance hydraulique 120. La résistance hydraulique 120 génère une importante perte de charge variable en fonctionnement qu'il est difficile de compenser avec le circuit de dérivation 30 situé en amont de la résistance hydraulique 120. La pression en carburant PS3 injecté dans la chambre de combustion 2 est particulièrement sensible aux variations de pertes de charges accumulées dans le circuit principal 10. Or la pression en carburant PS3 injecté dans la chambre de combustion 2 doit rester inférieure à la valeur limite PS3lim au-delà de laquelle la chambre de combustion 2 est susceptible d'être endommagée. Il est donc utile de compenser plus efficacement les variations de pertes de charges dans le système d'alimentation 1. Aussi le système d'alimentation 1 comprend-il un moyen additionnel de sauvegarde moins sensible aux variations de pertes de charge dans le circuit principal que le circuit de dérivation 30 de la pompe 111. Ce moyen additionnel sert de circuit de sécurité 20. Le circuit de sécurité 20 est configuré pour limiter la pression en carburant injectée dans la chambre de combustion 2 en dessous de la valeur limite PS3lim notamment en cas de panne du doseur 122 et du débitmètre 126. Le circuit de sécurité 20 forme un circuit de dérivation du circuit principal 10. Le circuit de sécurité 20 est raccordé au circuit principal 10 par une entrée E située en aval de la résistance hydraulique 120 et en amont de l'injecteur 102 et par une sortie S située en amont de la pompe 111. Le circuit de sécurité 20 comprend un dispositif anti-retour 22. Le dispositif anti-retour 22 est configuré pour empêcher l'écoulement de carburant depuis l'entrée E vers la sortie S du circuit de sécurité 20 lorsque la pression en carburant en entrée E du circuit de sécurité 20 est inférieure à une première valeur limite Plim-. Le dispositif anti-retour 22 est aussi configuré pour permettre l'écoulement de carburant depuis l'entrée E vers la sortie S du circuit de sécurité 20 lorsque la pression en carburant à l'entrée E du circuit de sécurité 20 est supérieure à une deuxième valeur limite Plim+ supérieure à la première valeur limite Plim-. L'entrée E du circuit de sécurité 20 est de préférence raccordée au circuit principal 10 le plus proche possible de l'injecteur 102. L'entrée E du circuit de sécurité 20 est située de préférence en aval de chaque résistance hydraulique 120 du circuit principal 10. En particulier, le système d'alimentation 1 ne comprend de préférence qu'une ou plusieurs portions de canalisations de faibles résistances hydrauliques, et donc notamment de faibles longueurs, entre l'entrée E du circuit de sécurité 20 et chaque injecteur 102. Ainsi le système d'alimentation 1 comprend le minimum de résistance hydraulique possible en aval de l'entrée E du circuit de sécurité 20. L'influence de pertes de charges variables entre l'entrée E du circuit de sécurité 20 et l'injecteur 102 sur le fonctionnement du circuit de sécurité 20 est alors limitée. Le dispositif anti-retour 22 comprend de préférence un clapet antiretour. Dans cette configuration qui est celle du mode de réalisation préféré, le dispositif anti-retour 22 est de conception simple puisqu'il ne comporte pas de moyens supplémentaires configurés pour l'estimation de la pression en carburant en entrée du circuit de sécurité 20. Dans une variante de réalisation non représentée, le clapet anti- retour est intégré à l'injecteur 102. Selon une autre variante de réalisation non représentée, le clapet anti-retour est intégré à la résistance hydraulique 120. Toujours en référence à la figure 1 et à la figure 2, la sortie S du circuit de sécurité 20 est située de préférence en amont du circuit de dérivation 30 de la pompe 111. Autrement dit, la sortie S du circuit de sécurité est située à la fois en amont de l'entrée B du circuit de dérivation de la pompe 111 et de la sortie A de la pompe 111. De ce fait, le fonctionnement du circuit de sécurité 20 perturbe moins le fonctionnement du circuit de dérivation 30 de la pompe 111. En référence à la figure 1 et à la figure 2, la sortie S du circuit de sécurité 20 peut être située en aval de la pompe basse pression 101. Selon une variante de réalisation préférée mais non représentée, la sortie S du circuit de sécurité 20 est située en amont de la pompe basse pression 101. Les figures 3a, 3b, 3c, 3d représentent de manière schématique un procédé de fonctionnement du circuit de sécurité 20. La figure 3a représente l'évolution de la pression en carburant en entrée E du circuit de sécurité 20 en fonction du temps. La figure 3b représente l'évolution temporelle associée du débit de carburant dans le circuit principal 10 en entrée E du circuit de sécurité 20. La figure 3c représente de manière schématique l'état d'ouverture/fermeture du clapet anti-retour du dispositif anti-retour 22 correspondante en fonction du temps. Enfin la figure 3d représente l'évolution temporelle de la pression PS3 d'injection du carburant dans la chambre de combustion 2 qui en résulte. Le procédé comprend une étape préliminaire d'augmentation anormale de la pression en carburant en entrée E du circuit de sécurité 20 suite à un disfonctionnement du système d'alimentation 1 jusqu'à un instant t1 et légèrement au- delà. Cette augmentation anormale de la pression est généralement due à une augmentation du débit de carburant dans le circuit principal 10 en direction de chaque injecteur 102. Lorsque la pression en carburant a augmenté jusqu'à atteindre la deuxième valeur limite Plim+ correspondant notamment au débit de carburant Ohm à l'instant t1, le clapet anti-retour du dispositif anti-retour 22 s'ouvre. La pression en carburant PS3 dans la chambre de combustion 2 augmente avec un léger décalage qui découle du temps de parcours du carburant entre l'entrée E du circuit de sécurité 20 et son arrivée dans la chambre de combustion 2. Suite à l'ouverture du clapet anti-retour à l'instant t1, le débit de carburant en entrée E du circuit de sécurité 20 augmente pendant un moment avant de diminuer. Il en va de même de la pression en carburant à l'entrée E et dans la chambre de combustion 2. Durant ce temps, le clapet anti-retour reste ouvert et laisse circuler du carburant depuis l'entrée E du circuit de sécurité 20 vers la sortie S du circuit de sécurité 20. Lorsque la pression en entrée E du circuit de sécurité 20 descend en dessous de la première valeur limite Plim-, le clapet anti-retour se ferme. La circulation ultérieure de carburant dans le circuit de sécurité 20 entre l'entrée E et la sortie S s'interrompt. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite sans sortir du cadre de l'exposé de l'invention. REVENDICATIONS1. Système d'alimentation (1) en carburant d'une chambre de combustion (2) comprenant un circuit principal (10), une pompe (111) et un injecteur (102) en aval de la pompe (111), le système d'alimentation (1) comprenant un circuit de dérivation (30) de la pompe (111) comprenant un clapet anti-retour (32), le circuit principal (10) comprenant, en aval du circuit de dérivation (30) de la pompe (111) et en amont de l'injecteur (102), au moins une résistance hydraulique (120) choisie notamment parmi un doseur de carburant (122), une vanne (124), un débitmètre (126), un filtre (128) et un échangeur (104), caractérisé en ce que le système d'alimentation (1) en carburant comprend un circuit de sécurité (20) raccordé au circuit principal (10) par une entrée (E) située en aval de la résistance hydraulique (120) et en amont de l'injecteur (102) et par une sortie (S) située en amont de la pompe (111), le circuit de sécurité (20) comprenant un dispositif anti-retour (22) configuré pour empêcher l'écoulement de carburant depuis l'entrée (E) vers la sortie (S) du circuit de sécurité (20) lorsque la pression en carburant en entrée (E) du circuit de sécurité (20) est inférieure à une première valeur limite (Plim-). 2. Système d'alimentation (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif anti-retour (22) est configuré pour permettre l'écoulement de carburant depuis l'entrée (E) vers la sortie (S) du circuit de sécurité (20) lorsque la pression en carburant à l'entrée (E) du circuit de sécurité (20) est supérieure à une deuxième valeur limite (Plim+) supérieure à la première valeur limite (Plim-). 3. Système d'alimentation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif anti-retour (22) comprend un clapet anti-retour. 4. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif anti-retour (22) est intégré à la résistance hydraulique (120). 5. Système d'alimentation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif anti-retour (22) est intégré à l'injecteur (102). 6. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entrée (E) du circuit de sécurité (20) est située en aval de chaque résistance hydraulique (120) du circuit principal (10). 7. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie (S) du circuit de sécurité (20) est située en amont du circuit de dérivation (30) de la pompe (111). 8. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pompe (111) est une pompe volumétrique haute pression, le circuit principal (10) comprenant de plus une pompe basse pression (101) située en amont de la pompe haute pression (111), la sortie (S) du circuit de sécurité (20) étant située en amont de la pompe basse pression (101). 9. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résistance hydraulique (120) comprend un doseur (122) de carburant, une vanne (124), un débitmètre (126) et un filtre (128) montés en série. 10. Turbomachine comprenant une chambre de combustion (2) et un système d'alimentation (1) de la chambre de combustion (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes.