Brevet FR3021073A1 — publié le 20151120

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne une architecture d'injection de carburant de turbomachine, et un ensemble de combustion comprenant une telle architecture. ETAT DE LA TECHNIQUE En référence à la figure 1, une architecture d'injection de carburant comprend traditionnellement au moins deux rampes d'injection de carburant 10A, 10B, chaque rampe pouvant distribuer un débit de carburant à un ou plusieurs injecteurs de carburant (non représentés). Les injecteurs associés à une rampe d'injection donnée sont regroupés en fonction de leurs caractéristiques, comme en particulier leur perméabilité ou leur technologie d'injection. Chaque rampe d'injection est alimentée par un débit de carburant QA, QB, qui est une fraction d'un débit total de carburant Q délivré par un doseur principal de carburant 12, qui dose ce débit à partir d'une source de carburant provenant du réservoir de carburant R d'un aéronef dans lequel est installée l'architecture, l'architecture étant traditionnellement montée sur le moteur, et le débit étant extrait du réservoir par une ou plusieurs pompes (non représentées). En effet, le débit maximal admissible dans chaque rampe -AMax, QBMax est en général inférieur au débit total maximal Qmax de carburant délivré par le doseur principal 12. La fraction du débit total distribuée à chaque rampe d'injection est quant à elle fixée par un doseur de répartition 11, disposé entre le doseur principal de carburant 12 et les rampes 1°A, 1 OB. Le doseur de répartition distribue ainsi le débit total de carburant entre deux rampes ou plus, selon une loi de répartition déterminée. Dans l'exemple de la figure 1, l'architecture ne comprend que deux rampes d'injection de carburant et le doseur de répartition distribue le débit total entre les deux rampes en deux débits dosés QA et QB tels que QA-FQB=Q. On a représenté en figure 2a un exemple de loi de répartition de carburant entre les rampes 10A et 10B, en fonction d'une consigne de débit total envoyée au doseur principal 12. Dans cet exemple non limitatif, pour un débit total inférieur à une valeur seuil Qs, qui de préférence est inférieure ou égale au débit maximal admissible dans la rampe 10A QAMax, la totalité du débit est distribuée à la rampe A pour privilégier cette rampe (par exemple pour favoriser l'utilisation du type d'injecteurs associé à la rampe A). On a donc la relation : pour O Les systèmes de dosage sont conçus pour pouvoir fonctionner à la pression d'injection la plus élevée possible, ce qui typiquement correspond au débit maximum de chaque rampe. Or une anomalie peut survenir dans le fonctionnement du doseur de répartition 11, de telle sorte que la loi de répartition de débit prévue ne soit plus respectée. Par exemple, le doseur de répartition peut se trouver bloqué dans une position où il délivre 100% du débit total Q vers la rampe A, auquel cas le débit QA dans la rampe A peut être supérieur au débit maximal -AMax. Dans ce cas il survient une augmentation de pression dans la rampe A qui se répercute au doseur de répartition 11 puis au doseur principal. Le doseur principal est typiquement associé à un dispositif de protection contre les surpressions comme un clapet de surpression 13. En cas de surpression dans le doseur principal 12, le clapet 13 s'ouvre en renvoyant du débit en amont du système de dosage. Le débit sortant du doseur principal 12 est alors diminué, ce qui diminue la pression générée par les rampes. La loi de débit principal n'est alors plus respectée. On a représenté sur la figure 2b la répartition effective du débit entre les rampes d'injection, en fonction d'une consigne de débit total envoyée au doseur principal 12. Lorsque le débit total de commande dépasse le débit seuil Qs pour lequel le doseur de répartition 11 doit normalement répartir une partie du débit vers la rampe d'injection B, la totalité de ce débit est dirigée vers la rampe A, ce qui cause une surpression dans cette rampe, qui remonte jusqu'au doseur principal 12 et provoque l'ouverture 013 du clapet de surpression 13 pour réduire le débit dans cette rampe. On constate donc que le dysfonctionnement du doseur de répartition 11 implique que le débit total délivré aux injecteurs est inférieur à la consigne de débit total envoyée au doseur principal. Ce débit réduit induit une perte de puissance de la turbomachine. Il existe donc un besoin pour un système permettant de maintenir la puissance de la turbomachine même en cas de dysfonctionnement du doseur de répartition. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a pour but de proposer une architecture d'injection de carburant de turbomachine qui permette de maintenir la puissance de la turbomachine même en cas de dysfonctionnement du doseur de répartition. A cet égard, l'invention a pour objet une architecture d'injection de carburant de turbomachine, comprenant : - deux rampes d'injection de carburant, chaque rampe étant adaptée pour distribuer un débit de carburant à au moins un injecteur associé, - un doseur principal de carburant, adapté pour doser un débit total de carburant à délivrer au moins aux deux rampes d'injection, - un doseur de répartition, disposé entre le doseur principal et les rampes d'injection, et adapté pour répartir au moins une partie du débit total de carburant entre les deux rampes, l'architecture étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un clapet de dérivation adapté pour décharger un débit d'une première rampe vers une seconde rampe en cas de surpression de carburant dans la première rampe. Avantageusement, mais facultativement, l'architecture selon l'invention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes : - l'architecture comprend en outre un deuxième clapet de dérivation adapté pour décharger un débit de la seconde rampe vers la première rampe en cas de surpression de carburant dans la seconde rampe. - le doseur de répartition est adapté pour répartir la partie du débit total de carburant entre les deux rampes selon une loi de répartition dans laquelle, pour un débit inférieur à un débit de seuil prédéterminé, la totalité dudit débit est délivrée à la première rampe d'injection. - le premier clapet de dérivation décharge un débit de carburant de la première à la seconde rampe lorsque la pression dans la première rampe est supérieure ou égale à une pression atteinte lors de l'écoulement dans la rampe du débit de seuil. - un clapet de dérivation est un clapet de surpression hydromécanique. - un clapet de dérivation est du type électromécanique. - L'architecture comprend en outre une unité de traitement adaptée pour commander le clapet en fonction d'au moins un paramètre parmi le groupe comprenant une différence de pression entre les deux rampes, une vitesse de rotation de la turbomachine, une pression atmosphérique de l'air, une pression d'air en sortie d'un ou plusieurs étages de compresseur de la turbomachine, une pression du carburant en sortie d'une pompe basse pression de la turbomachine, une pression de carburant en entrée de pompe haute pression de la turbomachine, une position réelle du doseur principal de carburant, et une position réelle du doseur de répartition. - L'architecture comprend en outre un capteur de pression dans chacune de la première et de la seconde rampe, ou un capteur différentiel adapté pour mesurer une différence de pression entre la première et la seconde rampe, et l'unité de traitement est adaptée pour commander le clapet en fonction de ladite différence de pression. - l'architecture comprend en outre un clapet de surpression associé au doseur principal de carburant, adapté pour décharger un débit vers l'amont du doseur principal de carburant par rapport à l'écoulement de carburant en cas de surpression entre le doseur principal de carburant et le doseur de répartition. L'invention a également pour objet un ensemble de combustion de carburant de turbomachine comprenant : - un réservoir de carburant, - une architecture de carburant selon la présentation qui précède, dans laquelle le doseur principal de carburant prélève le débit total dans le réservoir, - une chambre de combustion de carburant, et - une pluralité d'injecteurs de carburant alimentés respectivement par l'une ou l'autre rampe d'injection et adaptés pour injecter du carburant dans la chambre de combustion. L'invention concerne enfin une turbomachine, comprenant un ensemble de combustion selon la présentation qui précède. L'existence d'un clapet de dérivation déchargeant le débit d'une rampe vers l'autre permet de garantir qu'en cas de surpression dans la première rampe liée à une panne du doseur de répartition, le débit peut quand même être distribué entre les deux rampes, ce qui permet d'atteindre un débit total injecté dans la chambre de combustion égal au débit total dosé par le doseur principal. Ainsi même si la répartition est défectueuse entre les deux rampes, la puissance de la turbomachine est préservée. DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des figures annexées, données à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquelles : - La figure 1, déjà décrite, représente schématiquement une architecture d'injection de carburant selon l'état de la technique, - La figure 2a, déjà décrite, représente un exemple de loi de répartition de carburant entre deux rampes d'injection, - La figure 2b, déjà décrite également, représente un exemple de répartition entre les rampes en cas de dysfonctionnement du doseur de répartition, - La figure 3a représente schématiquement une architecture d'injection de carburant selon un mode de réalisation de l'invention, - Les figures 3b et 3c représentent schématiquement une architecture d'injection de carburant selon un mode de réalisation alternatif, avec différents types de clapets, - La figure 3d représente schématiquement une architecture d'injection de carburant selon un autre mode de réalisation, - La figure 4 représente un exemple de répartition de carburant entre deux rampes d'injection dans le cas de dysfonctionnement d'un doseur de répartition d'une architecture conforme à un mode de réalisation de l'invention, - Les figures 5a et 5b illustrent schématiquement une turbomachine et un ensemble de combustion comprenant une architecture d'injection de carburant selon un mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION En référence à la figure 5a, on a représenté un exemple de turbomachine 1 comprenant un ensemble de combustion 2 détaillé sur la figure 5b. L'ensemble de combustion 2 comprend une chambre de combustion 20 de carburant, ainsi qu'une pluralité d'injecteurs 21A, 21B (figure 5b) débouchant dans celle-ci pour injecter le débit de carburant nécessaire pour l'entrainement de la 20 turbomachine. L'ensemble de combustion comprend en outre un réservoir de carburant R, et une architecture d'injection de carburant 3 pour alimenter les injecteurs en carburant avec la répartition de débit voulue pour le bon fonctionnement de la turbomachine. 25 L'architecture d'injection de carburant 3 est décrite plus en détails ci-après en référence aux figures 3a à 3c. Elle comprend un doseur principal 32, qui est adapté pour recevoir du carburant du réservoir R (le carburant étant prélevé du réservoir et envoyé au doseur par une ou plusieurs pompes non représentées) et doser un débit total Q à 30 distribuer aux injecteurs. L'architecture 3 comprend en outre au moins deux rampes d'injection de carburant 30A, 30B, dont deux sont spécifiquement représentées sur les figures 3a et 3b, et une troisième 30c est également représentée à titre d'exemple sur la figure 3c. Chaque rampe d'injection de carburant 30A, 30B, 30c délivre un débit de carburant QA, QB, Qc à un ou plusieurs injecteurs (non représenté sur les figures 3a à 3b), les injecteurs étant associés à une rampe déterminée en fonction de leurs caractéristiques, par exemple leur perméabilité ou leur technologie d'injection, pour que l'ensemble des injecteurs associés à une même rampe assure une injection conforme au besoin de la chambre de combustion. Ainsi, à titre d'exemple non limitatif, la turbomachine peut comprendre un ensemble d'injecteurs de démarrage, qui sont associés à des bougies et permettent d'amorcer la combustion dans la chambre, et un ensemble d'injecteurs principaux, présentant une perméabilité plus importante, et destinés à entretenir la combustion dans la chambre une fois que celle-ci est amorcée. Selon cet exemple, une première rampe d'injection de carburant 30A peut distribuer un débit de carburant à l'ensemble des injecteurs de démarrage et une seconde rampe d'injection 30B peut distribuer un débit de carburant à l'ensemble des injecteurs principaux. Pour autant cet exemple n'est aucunement limitatif et d'autres associations d'ensembles d'injecteurs à des rampes d'injection peuvent être prévues. L'architecture d'injection comprend en outre un doseur de répartition 31, positionné entre le doseur principal 32 et les rampes d'injection 30A, 30B, c'est-à-dire en aval du doseur principal par rapport au débit de carburant et en amont des rampes d'injection par rapport audit débit. Le débit total Q dosé par le doseur principal est réparti par le doseur de répartition en deux débits QA et QB délivrés respectivement aux rampes 30A et 30B. En cas de dysfonctionnement du doseur de répartition, et afin d'éviter une perte de puissance dans la turbomachine, l'architecture 3 comprend en outre au moins un clapet de dérivation 35 reliant entre elles les deux rampes 30A et 30B. Selon un premier mode de réalisation représenté en figure 3a, l'architecture comprend un seul clapet de dérivation 35, qui est adapté pour décharger un débit d'une première rampe à une seconde rampe en cas de surpression dans la première rampe, permettant ainsi de limiter la pression dans la première rampe pour limiter à la surpression. Le sens de fonctionnement du clapet est avantageusement choisi en fonction de la loi de répartition normalement adoptée par le doseur de répartition 31, puisque cette loi détermine quelle rampe est privilégiée pour l'injection de carburant, et donc quelle rampe présente une probabilité maximale de se trouver en surpression en cas de dysfonctionnement du doseur de répartition. Ainsi, on peut reprendre l'exemple précédemment donné en référence à la figure 2a. Dans cet exemple non limitatif, le doseur de répartition 31 privilégie la rampe 30A en ce sens que la totalité du débit Q est envoyée vers cette rampe, jusqu'à ce que le débit atteigne un seuil Qs déterminé. D'autres lois de répartition pourraient être envisagées, dans lesquelles par exemple le doseur de répartition divise le débit entre les deux rampes avant que le débit n'atteigne un seuil donné dans l'une des rampes. Si le doseur de répartition présente une défaillance, l'empêchant par exemple de modifier sa position, c'est la rampe 30A qui peut rapidement se trouver en surpression puisque la perméabilité globale des injecteurs correspondant 21A ne permet pas d'injecter la totalité du débit qu'ils reçoivent sans dépasser la pression maximum acceptable. Le clapet de dérivation 35 est dans ce cas avantageusement disposé de manière à décharger la rampe 30A vers la rampe 30B en cas de surpression dans celle-ci. Le clapet 35 s'ouvre lorsque le débit dans la rampe 30A entraine une pression dans cette rampe telle que la différence de pression entre la rampe 30A et la rampe 30B excède un seuil déterminé. On note -seuil le débit correspondant. De préférence ce seuil est choisi inférieur au débit total maximal Qmax, et supérieur ou égal au débit maximal dans la rampe -AMax. La répartition de débit entre les rampes 30A et 30B avec le clapet de dérivation 35 est représentée sur la figure 4. On constate ainsi que, même avec une défaillance du doseur de répartition 31, le débit total est réparti entre les deux rampes et peut tout de même atteindre le débit total maximal Qmax à injecter dans la chambre de combustion, permettant ainsi de conserver la puissance de la turbomachine. Plus précisément sur la figure 4, lorsque le débit total de commande atteint le débit seuil Qseuii correspondant à l'ouverture 035 du clapet 35, celui-ci s'ouvre pour répartir une partie du débit vers la rampe B. A titre de sécurité supplémentaire, l'architecture d'injection peut également comprendre un clapet de surpression 33 associé au doseur principal 32 et permettant de renvoyer un débit excédentaire vers l'amont dudit doseur, en particulier en cas de surpression de carburant entre le doseur principal 32 et le doseur de répartition 31. Dans ce cas, le seuil d'ouverture du clapet 35 est avantageusement choisi pour que celui-ci s'ouvre avant le clapet 33 : comme visible sur la figure 4, l'ouverture du clapet 35 a lieu avant d'atteindre un niveau de débit dans la rampe A correspondant à une pression susceptible d'entrainer l'ouverture 033 du clapet de surpression 33. En référence à la figure 3b, on a représenté un mode de réalisation alternatif comprenant deux clapets de dérivation 35, 35', disposés en quinconce entre les deux rampes d'injection 30A, 30B, c'est-à-dire qu'un clapet est adapté pour décharger un débit de carburant de la rampe 30A vers la rampe 30B en cas de surpression dans la rampe 30A, et un autre clapet 35' est adapté pour déchargé un débit de la rampe 30B vers la rampe 30A en cas de surpression dans la rampe 30B. On entend dans ce paragraphe par « surpression dans une rampe » une différence de pression excédant un seuil déterminé entre la rampe concernée et l'autre rampe. Cette configuration permet de pallier à tous les types de dysfonctionnement du doseur de répartition 31, même dans les cas moins probables où, le doseur alimentant en priorité par exemple la rampe 30A, il reste bloqué dans une position où il n'alimente que la rampe 30B. Dans ce cas le deuxième clapet de dérivation 35' permet de décharger le débit vers la rampe 30A et donc de conserver un débit total suffisant dans la chambre de combustion pour maintenir le niveau de puissance de la turbomachine. Comme représenté sur la figure 3b, le ou les clapets de dérivation 35' sont avantageusement des clapets hydromécaniques, c'est-à-dire des clapets dont le fonctionnement est purement mécanique et ainsi causé uniquement pas une différence de pression s'exerçant sur un élément mobile qui s'ouvre lorsque la différence de pression a atteint un seuil déterminé. Ce type de clapet présente une grande fiabilité. Selon un mode de réalisation alternatif illustré sur la figure 3c dans le cas où il y a deux clapets de dérivation 35, 35' - mais applicable aussi quand il n'y en a qu'un seul - tout ou partie des clapets utilisés peuvent être de type électromécanique. Une architecture d'injection possible comprend alors des capteurs de pression 36 disposés dans chaque rampe 30A, 30B, adaptés pour mesurer la pression de carburant dans chaque rampe, et une unité de traitement 36 reliée aux capteurs et aux clapets, et configurée pour piloter l'ouverture de chaque clapet en fonction des valeurs de pression fournies par les capteurs. Alternativement, l'architecture peut comprendre, à la place des capteurs de pression, un capteur de pression différentiel adapté pour mesurer directement une différence de pression entre les rampes, l'unité de traitement contrôlant l'ouverture du clapet à partir de cette différence de pression. Alternativement, l'unité de traitement 37 peut contrôler l'ouverture du clapet à partir d'autres paramètres, éventuellement cumulé à la différence de pression, ces paramètres étant choisis avantageusement parmi le groupe suivant : une ou plusieurs vitesses de rotation de la turbomachine, pression atmosphérique de l'air à l'extérieur de la turbomachine, pression d'air en sortie d'un ou plusieurs étages de compresseur de la turbomachine, pression du carburant en sortie d'une pompe basse pression de la turbomachine, une pression de carburant en entrée de pompe haute pression de la turbomachine, une position réelle du doseur principal de carburant, et une position réelle du doseur de répartition. Selon une autre variante, l'unité de traitement peut utiliser d'autres signaux liés au contrôle du moteur et être intégrée à un système de contrôle du moteur. A titre d'exemple non limitatif, le clapet de la figure 3a et ceux de la figure 3b sont des clapets hydromécaniques, tandis que les clapets de la figure 3c sont des clapets électromécaniques. Dans le cas où l'architecture d'injection comprend plus de deux rampes d'injection de carburant, elle peut alors comprendre un autre ou plusieurs autres doseurs de répartitions 31' pour répartir à chaque étage le débit amont en deux sous-débits, distribués soit à deux rampes d'injection, soit à deux doseurs de répartition, soit encore à un doseur de répartition et une rampe d'injection. Un exemple de configuration à plus de deux rampes est représenté en figure 3d, dans lequel un doseur de répartition 31 distribue le débit total Q entre la rampe d'injection 30A et un deuxième doseur de répartition 31', qui lui-même distribue la fraction de débit reçu entre les rampes d'injection 30B et 30c. Dans ce cas, l'architecture 3 peut comprendre un ou plusieurs clapets de dérivation 35 en aval d'un ou plusieurs doseurs de répartition, en fonction des lois de répartition de chaque doseur comme expliqué ci-avant. Sur la figure 3d on a représenté un seul clapet de dérivation 35 en aval du premier doseur de répartition 31. L'architecture proposée permet donc de supprimer d'éventuelles surpression dans les rampes d'injection de carburant tout en maintenant la puissance de la turbomachine. REVENDICATIONS1. Architecture (3) d'injection de carburant de turbomachine, comprenant : - deux rampes d'injection de carburant (30A, 30B), chaque rampe étant adaptée pour distribuer un débit de carburant à au moins un injecteur associé (21A, 21B), - un doseur principal de carburant (32), adapté pour doser un débit total (Q) de carburant à délivrer au moins aux deux rampes d'injection (30A, 30B), - un doseur de répartition (31), disposé entre le doseur principal (32) et les rampes d'injection (30A, 30B), et adapté pour répartir au moins une partie du débit total de carburant entre les deux rampes, l'architecture étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un clapet de dérivation (35) adapté pour décharger un débit d'une première rampe (30A, 30B) vers une seconde rampe (30B, 30A) en cas de surpression de carburant dans la première rampe. 2. Architecture (3) d'injection de carburant selon la revendication 1, comprenant en outre un deuxième clapet de dérivation (35') adapté pour décharger un débit de la seconde rampe (30B, 30A) vers la première rampe (30A, 30B) en cas de surpression de carburant dans la seconde rampe. 3. Architecture (3) d'injection de carburant selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle le doseur de répartition (31) est adapté pour répartir la partie du débit total de carburant entre les deux rampes selon une loi de répartition dans laquelle, pour un débit inférieur à un débit de seuil prédéterminé (Qs), la totalité dudit débit est délivrée à la première rampe d'injection. 4. Architecture (3) d'injection de carburant selon la revendication 3, dans laquelle le premier clapet de dérivation (35) décharge un débit de carburant de la première à la seconde rampe lorsque la pression dans la première rampe est supérieure ou égale à une pression atteinte lors de l'écoulement dans la rampe du débit de seuil. 5. Architecture (3) d'injection de carburant selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle un clapet de dérivation est un clapet de surpression hydromécanique. 6. Architecture (3) d'injection de carburant selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle un clapet de dérivation est du type électromécanique. 7. Architecture (3) d'injection de carburant selon la revendication 6, comprenant en outre une unité de traitement (37) adaptée pour commander le clapet en fonction d'au moins un paramètre parmi le groupe comprenant une différence de pression entre les deux rampes, une vitesse de rotation de la turbomachine, une pression atmosphérique de l'air, une pression d'air en sortie d'un ou plusieurs étages de compresseur de la turbomachine, une pression du carburant en sortie d'une pompe basse pression de la turbomachine, une pression de carburant en entrée de pompe haute pression de la turbomachine, une position réelle du doseur principal de carburant, et une position réelle du doseur de répartition. 8. Architecture (3) d'injection de carburant selon la revendication 7, comprenant en outre un capteur de pression (36) dans chacune de la première et de la seconde rampe, ou un capteur différentiel adapté pour mesurer une différence de pression entre la première et la seconde rampe, et l'unité de traitement (37) est adaptée pour commander le clapet en fonction de ladite différence de pression. 9. Architecture (3) d'injection de carburant selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un clapet de surpression (33) associé au doseur principal de carburant (32), adapté pour décharger un débit vers l'amont du doseur principal de carburant (32) par rapport à l'écoulement de carburant en cas de surpression entre le doseur principal de carburant (32) et le doseur de répartition (31). 10. Ensemble de combustion (2) de carburant de turbomachine comprenant : - un réservoir de carburant (R),- une architecture de carburant (3) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le doseur principal de carburant prélève le débit total dans le réservoir, - une chambre de combustion de carburant (20), et - une pluralité d'injecteurs de carburant (21A, 21B) alimentés respectivement par l'une ou l'autre rampe d'injection et adaptés pour injecter du carburant dans la chambre de combustion (20). 11. Turbomachine (1), comprenant un ensemble de combustion (2) selon la revendication précédente.