Brevet FR3017414A1 — publié le 20150814

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte au domaine des systèmes carburant des turbomachines, en particulier d'aéronef, et concerne plus particulièrement les systèmes d'injection de carburant dans ces chambres 5 de combustion. L'invention concerne plus précisément les systèmes d'injection à double circuit d'injection de carburant, qui comprennent un injecteur central, couramment appelé injecteur pilote, délivrant un débit de carburant permanent optimisé pour les bas régimes, ainsi qu'un injecteur périphérique, parfois appelé injecteur principal, qui délivre un débit de carburant intermittent optimisé pour les hauts régimes. Ces systèmes d'injection ont été développés pour permettre une meilleure adaptation de l'injection d'air et de carburant aux différents régimes de fonctionnement des chambres de combustion, afin de réduire leur émission de polluants tels que 15 les oxydes d'azote et les fumées. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Le système carburant peut comprendre un ensemble d'injecteurs à combustible disposés dans la chambre de combustion, une pompe à 20 carburant pour mettre sous pression du carburant à partir du réservoir de carburant, une unité de dosage de carburant FMU (acronyme anglais de Fuel Metering Unit) pour doser la quantité de carburant aux injecteurs, et un circuit d'alimentation en carburant reliant fluidiquement l'unité de dosage de carburant aux injecteurs de carburant. 25 Les chambres de combustion à faible émission de NOx nécessitent de pouvoir répartir le carburant injecté entre au moins deux canalisations d'injection, une canalisation pilote et une canalisation principale, afin de pouvoir ajuster le débit des injecteurs en fonction de la phase de vol et d'améliorer l'homogénéité du mélange air/carburant et donc la combustion, 30 ce qui permet de réduire le taux de polluants. A cet effet, le système carburant peut comprendre de multiples voies d'écoulement, typiquement deux séries d'injecteurs (principal et pilote), des canalisations pour chaque série et une valve de division de débit (également connue sous le terme anglais de « split valve ») agencée en aval de l'unité de dosage. Dans de tels systèmes, le carburant est délivré aux injecteurs en fonction des lois d'opérabilité de la turbomachine. Par exemple, pendant le démarrage de la turbomachine, le carburant est initialement fourni uniquement aux injecteurs pilotes. Dans certaines situations, des répartitions de débits telles que 6% du débit par le circuit d'alimentation pilote pour 94% du débit par le circuit d'alimentation principal, 14% du débit par le circuit d'alimentation pilote pour 86% du débit par le circuit d'alimentation principal, ou encore un débit de carburant dans la canalisation pilote réduit bien que le débit total injecté augmente, etc. peuvent s'avérer nécessaires afin d'optimiser le fonctionnement du moteur et réduire l'émission de polluants. Ces besoins 15 imposent cependant de fortes contraintes pour les équipements, d'autant plus qu'ils doivent garder un volume relativement faible pour des contraintes d'installation. Les solutions de type clapets ou trous recouverts/découverts n'offrent pas de flexibilité sur les pourcentages de répartition. 20 On a donc proposé, dans le document FR 1358424 déposé le 3 septembre 2013 au nom de la Demanderesse, un système carburant comprenant une valve de division de débit équipée d'un tiroir mobile entre une première configuration, dans laquelle seule la canalisation pilote est passante, et une deuxième configuration, dans laquelle la canalisation pilote 25 reste passante et la section d'admission de la canalisation principale est ajustée par la position du tiroir. Ainsi, en modifiant la position du tiroir, il est possible de modifier le débit traversant chacune des canalisations. En effet, le débit traversant une section de passage est fonction d'un coefficient nommé Ks et de la différence de pression entre les parties amont 30 et aval de cette section de passage suivant la loi débit = KS . Pour une différence de pression entre l'amont et l'aval de la section de passage identique entre les canalisations pilote et principale, le débit traversant chacune des canalisations est donc différencié par le paramètre Ks associé à chaque canalisation. Or, ce paramètre Ks dépend de la section de passage de la canalisation. Typiquement, pour un débit pilote et un débit principal donnés, la section de l'orifice d'admission Sp de la canalisation pilote et la section de l'orifice d'admission Sm de la canalisation débit principal p principale doivent être ajustées de sorte que Sm = s Ainsi, pour m débit pilote une répartition de 6% du débit dans la canalisation pilote et 94% du débit dans la canalisation principale, les sections Sp et Sm correspondantes doivent respecter la relation S = 0.94 S = 15.6 x S. m 0.06 p p La section d'admission de la canalisation principale doit donc être 15.6 fois plus grande que celle de la canalisation pilote. Ceci peut donc poser des problèmes d'encombrement, et ce d'autant plus que la section d'admission la canalisation pilote doit être relativement grande afin de limiter les pertes de charge. RESUME DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est de proposer un système carburant, notamment pour une turbomachine d'avion, comprenant au moins deux canalisations d'alimentation en carburant configurées pour injecter du carburant dans la chambre de combustion en fonction des lois d'opérabilité de la turbomachine, permettant à la fois de satisfaire les contraintes d'encombrement et les besoins de flexibilité pour la répartition du débit dans le circuit d'alimentation entre les canalisations principales et les canalisations pilotes. Pour cela, l'invention propose un système carburant pour une turbomachine, adapté pour injecter du carburant dans une chambre de combustion de la turbomachine, comprenant : - un circuit pilote, adapté pour injecter du carburant dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'une canalisation pilote, - un circuit principal, adapté pour injecter du carburant dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'une canalisation principale (24), et - une valve de division de débit, adaptée pour réguler le débit du carburant dans le circuit pilote et dans le circuit principal en fonction de lois d'opérabilité de la turbomachine, ladite valve de division de débit comprenant un tiroir mobile entre une première configuration, dans laquelle la canalisation principale est obturée et la canalisation pilote est passante, et une deuxième configuration dans laquelle à la fois la canalisation principale et la canalisation pilote sont passantes, le système carburant étant caractérisé en ce que la valve de division de débit est configurée pour ajuster une section d'admission de la canalisation pilote. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du système carburant décrit ci-dessus sont les suivantes : - le tiroir de la valve de division de débit comprend deux fentes distinctes, une première fente étant configurée pour ajuster une section d'admission de la canalisation principale et une deuxième fente étant configurée pour ajuster une section d'admission de la canalisation pilote. - la première fente et la deuxième fente sont de longueur axiale similaire, - un écartement entre la canalisation principale et la canalisation pilote est de l'ordre de 2 mm, une longueur axiale de la première fente est d'environ quatre millimètres tandis qu'une longueur axiale de la deuxième fente, est d'environ quatre millimètres, - la première fente et la deuxième fente sont de forme exponentielle ou logarithmique, et - une distance parcourue par le tiroir entre la première configuration et une configuration extrême dans laquelle un débit admis dans la canalisation pilote est de 6% du débit total et un débit admis dans la canalisation principale est de 94% est inférieure à cinq millimètres. Selon un deuxième aspect, l'invention propose également une valve de division de débit pour un système carburant comme décrit ci-dessus, adaptée pour réguler le débit du carburant dans le circuit pilote et dans le circuit principal en fonction de lois d'opérabilité de la turbomachine, ladite valve de division de débit comprenant un tiroir mobile entre une première configuration, dans laquelle la canalisation principale est obturée et la canalisation pilote est passante, et une deuxième configuration dans Io laquelle à la fois la canalisation principale et la canalisation pilote sont passantes, la valve de division de débit étant caractérisée en ce qu'elle est configurée pour ajuster une section d'admission de la canalisation pilote. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de la valve de division de débit décrite ci-dessus sont les suivantes : 15 - le tiroir comprend deux fentes distinctes, une première fente étant configurée pour ajuster une section d'admission de la canalisation principale et une deuxième fente étant configurée pour ajuster une section d'admission de la canalisation pilote, - un écartement entre la canalisation principale et la canalisation pilote zo est de l'ordre de 2 mm, une longueur axiale de la première fente est d'environ quatre millimètres tandis qu'une longueur axiale de la deuxième fente, est d'environ quatre millimètres. Selon un troisième aspect, l'invention propose également une turbomachine comprenant une chambre de combustion et un système 25 carburant comme décrit ci-dessus. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au 30 regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : Le figure la illustre schématiquement une configuration d'une valve de division de débit correspondant à une répartition de débit 6%/94% entre la canalisation pilote et la canalisation principale, La figure lb illustre schématiquement une configuration d'une valve de division de débit correspondant à une répartition de débit 50%/50% entre la canalisation pilote et la canalisation principale, et La figure 2 représente schématiquement un exemple de système carburant conforme à l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION Un système carburant 1 comprend, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement du carburant, - un réservoir 2 de carburant, - une pompe haute pression 3, adaptée pour mettre sous pression du carburant du réservoir 2, et - une unité de dosage 4 de carburant, alimentée en carburant par la pompe haute pression et adaptée pour doser une quantité de carburant vers la chambre de combustion 5 par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation en carburant. Le circuit d'alimentation en carburant comprend ici deux séries d'injecteurs 12, 22, associés chacune à des canalisations 14, 24 d'alimentation. Plus précisément, le circuit d'alimentation comprend un circuit pilote 10, adapté pour injecter en continu du carburant dans la chambre de combustion 5 par l'intermédiaire d'injecteurs pilotes 12, et un circuit principal 20, adapté pour injecter par intermittence du carburant dans la chambre de combustion 5 par l'intermédiaire d'injecteurs principaux 22. Le débit des circuits pilote 10 et principal 20 est piloté à l'aide d'une valve de division de débit 6, disposée entre l'unité de dosage 4 et les injecteurs pilotes 12 et principaux 22. La valve de division de débit 6 ajuste la répartition du débit entre chaque circuit d'alimentation en fonction des lois d'opérabilité de la turbomachine et peut être actionné par exemple par une servovalve 7. Le système carburant 1 peut en outre comprendre un capteur électrique passif de déplacements linéaires 8 LVDT (acronyme anglais de Linear Variable Differential Transformer) permettant d'avoir un retour d'information sur la configuration de la valve de division de débit 6. De manière optionnelle, le système carburant 1 peut également comprendre un régulateur de pression, disposé en aval de la valve de division de débit 6 et adapté pour modifier la pression dans le circuit pilote 10 et le circuit principal 20 dans le but de réduire ou d'éliminer les différences de pertes de charge entre les deux circuits 10, 20. Pour plus de détails on pourra notamment se référer à la demande FR 1358424 citée précédemment. Afin de réduire l'encombrement de la valve de division de débit 6 tout en permettant la modulation du débit dans les canalisations principale 24 et 15 pilote 14 en fonction des besoins de la turbomachine, l'invention propose une valve de division de débit 6 capable d'ajuster à la fois la section Sm de l'orifice d'admission principal 26 et la section Sp de l'orifice d'admission pilote 16. 20 A cet effet, la valve de division de débit 6 comprend un fourreau 30, dans lequel sont formés un orifice d'entrée 32 du carburant 12 en provenance de l'unité de dosage 4, un orifice de d'admission pilote 16 adapté pour refouler du carburant dans la canalisation pilote 14 vers l'injecteur pilote 12, et un orifice de d'admission principal 26, adapté pour 25 refouler du carburant dans le circuit principal 20 vers l'injecteur principal 22. La valve de division de débit 6 comprend en outre un tiroir 34, mobile en translation dans le fourreau 30 et adapté pour ajuster la section des orifices d'admission principal 26 et pilote 16 en fonction du débit nécessaire dans chacune des canalisations 24, 14 associées. 30 Dans une forme de réalisation, le tiroir 34 comprend un corps principal dans lequel sont ménagées deux fentes Fm, Fp, dont la position axiale (suivant une direction de déplacement X du tiroir par rapport au fourreau) et la dimension axiale dépendent de l'écartement, du diamètre et de l'intervalle possible de rapports des débits (et donc de la section des orifices d'admission) de la canalisation principale 24 et de la canalisation pilote 14. Par exemple, pour un tiroir mesurant 14 mm de long L et un écartement E entre les canalisations de l'ordre de 2 mm, une première fente Fm, destinée à ajuster l'ouverture de l'orifice d'admission pilote 16, peut mesurer environ 4 mm tandis qu'une deuxième fente Fp, destinée à ajuster l'ouverture de l'orifice d'admission principal 26, peut mesurer environ 4 mm. Dans cette configuration, le déplacement X du tiroir peut ainsi être réduit de 14 mm à 4 mm, pour avoir un intervalle de rapports entre la section Sm de l'orifice d'admission principal et la section Sp de l'orifice d'admission pilote compris entre 0 et 20. 15 Le tableau ci-dessous illustre la distance X de déplacement (en millimètres) d'un tiroir conventionnel à une fente et d'un tiroir 34 conforme à l'invention comprenant deux fentes Fm, Fp, afin d'obtenir un rapport entre la section Sm de l'orifice d'admission principal 26 et la section Sp de l'orifice d'admission pilote 16 compris entre 0 et 20. 20 On notera que, dans cet exemple de réalisation, les fentes Fm et Fp sont de forme exponentielle. Ceci n'est cependant pas limitatif, dans la mesure où des fentes de forme logarithmique ou tout autre type de fente classique peut être utilisée. Par ailleurs, dans cet exemple, la différence de pression entre le 25 circuit principal 20 et le circuit pilote 10 en aval du tiroir 34 a été égalisée à l'aide d'un régulateur de pression disposé en aval de la valve de division de débit 6, conformément au mode de réalisation décrit dans la demande FR 1358424 citée précédemment. Ceci n'est pas limitatif, dans la mesure où l'invention s'applique également dans le cas où le système carburant 1 ne 30 comprend pas un tel régulateur de pression. Simple fente Double fente X Section Section Rapport Sp/Sm X Section Section Rapport Sp/Sm (mm) Sp Sm (mm) Sp Sm (mm2) (mm2) (mm2) (mm2) 0 28 0 0,0 0 28 0 0,0 1 28 3 0,1 1 26 3 0,1 2 28 13 0,5 2 22 13 0,6 3 28 28 1,0 3 14 28 2,0 4 28 50 1,8 4 3 50 16,7 4,05 28 52 1,9 4,05 2 52 26,0 4,2 28 55 2,0 28 79 2,8 6 28 113 4,0 7 28 154 5,5 8 28 201 7,2 9 28 254 9,1 28 314 11,2 11 28 380 13,6 12 28 452 16,1 13 28 431 15,4 Cet exemple de réalisation montre bien que l'ajustement à la fois la section Sm de l'orifice d'admission principal 26 et la section Sp de l'orifice d'admission pilote 16, par exemple à l'aide d'un tiroir à double fente, permet 5 de réduire de façon importante la distance à parcourir par le tiroir 34 afin d'ajuster le débit dans la canalisation principale 24 et la canalisation pilote 14. REVENDICATIONS1. Système carburant (1) pour une turbomachine, adapté pour 5 injecter du carburant dans une chambre de combustion (5) de la turbomachine, comprenant : - un circuit pilote (10), adapté pour injecter du carburant dans la chambre de combustion (5) par l'intermédiaire d'une canalisation pilote (14), - un circuit principal (20), adapté pour injecter du carburant dans la 10 chambre de combustion (5) par l'intermédiaire d'une canalisation principale (24), et - une valve de division de débit (6), adaptée pour réguler le débit du carburant dans le circuit pilote (10) et dans le circuit principal (20) en fonction de lois d'opérabilité de la turbomachine, ladite valve de division de 15 débit (6) comprenant un tiroir (34) mobile entre une première configuration, dans laquelle la canalisation principale (24) est obturée et la canalisation pilote (14) est passante, et une deuxième configuration dans laquelle à la fois la canalisation principale (24) et la canalisation pilote (14) sont passantes, 20 le système carburant (1) étant caractérisé en ce que la valve de division de débit (6) est configurée pour ajuster une section d'admission (Sp) de la canalisation pilote (14). 2. Système carburant (1) selon la revendication 1, dans lequel le tiroir 25 (34) de la valve de division de débit (6) comprend deux fentes distinctes (Fm, Fp), une première fente (Fm) étant configurée pour ajuster une section d'admission (Sm) de la canalisation principale (24) et une deuxième fente (Fp) étant configurée pour ajuster une section d'admission (Sp) de la canalisation pilote (14). 30 3. Système carburant (1) selon la revendication 2, dans lequel la première fente (Fm) et la deuxième fente (Fp) sont de longueur axiale similaire. 4. Système carburant (1) selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel un écartement (E) entre la canalisation principale (24) et la canalisation pilote (14) est de l'ordre de 2 mm, une longueur axiale de la première fente (Fm) est d'environ quatre millimètres tandis qu'une longueur axiale de la deuxième fente (Fp), est d'environ quatre millimètres. 5. Système carburant (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la première fente (Fm) et la deuxième fente (Fp) sont de forme exponentielle ou logarithmique. 6. Système carburant (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel une distance parcourue par le tiroir (34) entre la première configuration et une configuration extrême dans laquelle un débit admis dans la canalisation pilote (14) est de 6% du débit total et un débit admis dans la canalisation principale (24) est de 94% est inférieure à cinq millimètres. 7. Valve de division de débit (6) pour un système carburant (1) selon l'une des revendications 1 à 6, adaptée pour réguler le débit du carburant dans le circuit pilote (10) et dans le circuit principal (20) en fonction de lois d'opérabilité de la turbomachine, ladite valve de division de débit (6) comprenant un tiroir (34) mobile entre une première configuration, dans laquelle la canalisation principale (24) est obturée et la canalisation pilote (14) est passante, et une deuxième configuration dans laquelle à la fois la canalisation principale (24) et la canalisation pilote (14) sont passantes, la valve de division de débit (6) étant caractérisée en ce qu'elle est configurée pour ajuster une section d'admission (Sp) de la canalisation pilote (14). 8. Valve de division de débit (6) selon la revendication 7, dans laquelle le tiroir (34) comprend deux fentes (Fp, Fm) distinctes, une première fente (Fm) étant configurée pour ajuster une section d'admission (Sm) de la canalisation principale (24) et une deuxième fente (Fp) étant configurée pour ajuster une section d'admission (Sp) de la canalisation pilote (14). 9. Valve de division de débit (6) selon la revendication 8, dans laquelle un écartement (E) entre la canalisation principale (24) et la canalisation pilote (14) est de l'ordre de 2 mm, une longueur axiale de la première fente (Fm) est d'environ quatre millimètres tandis qu'une longueur axiale de la deuxième fente (Fp), est d'environ quatre millimètres. 10. Turbomachine comprenant une chambre de combustion (5) et un système carburant (1) selon l'une des revendications 1 à 9.20