Brevet FR3035155A1 — publié le 20161021

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un circuit de distribution de carburant d'une turbomachine, et une turbomachine comprenant un tel circuit. ETAT DE LA TECHNIQUE Une turbomachine comprend classiquement une chambre de combustion, et un ensemble de pièces à géométrie variable (par exemple vérins, pales à calage variable, vannes de régulation thermique, etc.) ainsi que des régulateurs de carburants, qui pour fonctionner nécessitent d'être alimentés en carburant. A cet égard, une turbomachine comprend également un circuit de distribution de carburant, comprenant en particulier une pompe de type volumétrique ainsi que des lignes d'alimentation des composants à alimenter en carburant. Dans toutes les conditions de fonctionnement de la turbomachine, pour assurer un bon fonctionnement de celle-ci, le débit fourni par la pompe doit être supérieur au besoin en carburant de la turbomachine. La pompe est donc dimensionnée pour délivrer un débit toujours supérieur ou égal au débit maximal requis par le fonctionnement de la turbomachine. En référence à la figure 1, on a représenté le débit fourni par une pompe en fonction du régime moteur de la turbomachine, exprimé en pourcentage du régime maximal. Le débit requis pour le fonctionnement de la turbomachine est représenté par la zone hachurée tandis que le débit effectif délivré par la pompe est représenté par la ligne en traits pleins. Comme visible sur la figure, le débit fourni par une pompe volumétrique est globalement linéaire avec son régime de rotation qui correspond à celui de la 25 turbomachine. Le graphique de la figure 1 fait apparaître les deux points A et B dimensionnant la pompe, il s'agit des points pour lesquels l'écart entre le débit délivré par la pompe et le besoin moteur est le plus faible, à savoir : - Le point A, en bas régime, en condition dite d'auto-rotation du moteur ou de 30 moulinet (appelé également par le terme anglais windmilling), c'est-à-dire lorsque c'est la vitesse relative de l'air qui entraîne le moteur en rotation, et - Le point B, en haut régime, en condition de décollage. Le graphique de la figure 1 fait également apparaître que la pompe est surdimensionnée pour la plupart des régimes moteurs, hors points A et B, puisque 3035155 2 le débit qu'elle délivre est largement excédentaire par rapport aux besoins de la turbomachine. Ce surdimensionnement se manifeste en termes de masse et d'encombrement. La pompe occupe en effet un volume important, typiquement de l'ordre de 50 à 100% du volume occupé par un boitier d'accessoires de la 5 turbomachine, et pèse de l'ordre de 20 à 40 kg. Afin d'alléger l'aéronef portant la turbomachine et de limiter sa consommation de carburant, il est important que la pompe soit mieux dimensionner par rapport aux besoins de consommation de la turbomachine. 10 DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'art antérieur, en proposant une solution pour limiter le surdimensionnement de la pompe d'une turbomachine par rapport aux besoins en carburant. L'invention a également pour but de proposer une solution fiable, évitant 15 l'ajout de valves ou de vannes supplémentaires à celles déjà requises pour le fonctionnement d'une turbomachine. A cet égard, l'invention a pour objet un circuit de distribution de carburant d'une turbomachine comprenant une chambre de combustion de carburant, et un 20 ensemble de servovalves et d'actuateurs de pièces à géométrie variable, le circuit de distribution de carburant comprenant : - une pompe, - une ligne d'alimentation de la chambre de combustion, et - une ligne d'alimentation de l'ensemble de servovalves et d'actuateurs, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de coupure du débit dans la ligne d'alimentation de l'ensemble de servovalves et d'actuateurs lorsqu'un régime moteur de la turbomachine est inférieur à un régime seuil déterminé. Avantageusement, mais facultativement, le circuit selon l'invention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes : - Le circuit peut en outre comprendre une ligne de retour de l'ensemble de servovalves et d'actuateurs, dans lequel le dispositif de coupure du débit est configuré pour couper le débit de la ligne de retour lorsque le régime moteur de la turbomachine est inférieur à un régime déterminé. 3035155 3 - Le circuit peut en outre comprendre une soupape de régulation de carburant, apte à renvoyer un débit excédentaire de carburant vers la pompe, et dans lequel la soupape est en outre configurée pour couper le débit de la ligne de retour lorsque le régime moteur de la turbomachine est inférieur à un régime 5 déterminé. - la soupape de régulation peut comprendre : o un cylindre et un piston mobile dans le cylindre, o un orifice d'entrée, agencé dans le cylindre, relié à la ligne de retour de l'ensemble de servovalves et d'actuateurs, 10 o un orifice de sortie, agencé dans le cylindre, relié à une ligne basse pression de retour vers la pompe, le piston étant adapté pour se déplacer entre une première position dans laquelle l'orifice d'entée est en communication de fluide avec l'orifice de sortie, et une deuxième position dans laquelle l'un des orifices d'entrée et de sortie est obturé. 15 - La soupape de régulation peut comprendre en outre : o un orifice relié à une ligne haute-pression du circuit de carburant, et o un second orifice relié à une ligne basse-pression de retour vers la pompe, et la soupape est conformée de sorte que le déplacement du piston vers la 20 deuxième position entraine une obturation progressive de l'orifice relié à la ligne haute-pression de manière à diminuer une quantité de débit de carburant circulant depuis l'orifice relié à la ligne haute-pression et le second orifice relié à la ligne basse-pression. - Le piston peut comporter une base et une tête comprenant deux sections 25 obturant chacune une section transversale du cylindre, la base et la tête délimitant deux cavités internes du cylindre, la première cavité s'étendant entre la base et la tête reliant entre eux l'orifice relié à la ligne haute-pression et le second orifice relié à la ligne basse-pression dans au moins une position du piston, et la deuxième cavité s'étendant entre les sections de la 30 tête reliant entre eux l'orifice d'entrée relié à la ligne de retour et l'orifice de sortie lorsque le piston se trouve dans la première position. - Le régime moteur seuil peut être inférieur à 50% du régime moteur maximal, de préférence égal à 40% du régime moteur maximal. 3035155 4 L'invention a également pour objet une turbomachine, comprenant une chambre de combustion de carburant et un ensemble de servovalves et d'actuateurs de pièces à géométrie variable, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un circuit de distribution de carburant selon la description qui précède. 5 Un autre objet de l'invention est un procédé de distribution de carburant dans une turbomachine, mis en oeuvre par un circuit de distribution de carburant la description qui précède, caractérisé en ce qu'il comprend la coupure de l'alimentation de l'ensemble de servovalves et d'actuateurs lorsque le régime 10 moteur de la turbomachine est inférieur à un régime seuil. Avantageusement, mais facultativement, le régime seuil est inférieur à 50% d'un régime maximal de la turbomachine, de préférence égal à 40% du régime maximal. 15 Le circuit de distribution de carburant selon l'invention permet de mieux dimensionner la pompe fournissant le débit de carburant pour le fonctionnement de la turbomachine. En effet, l'alimentation des géométries variables étant superflue à bas régime, la coupure du débit dans la ligne d'alimentation permet de supprimer une 20 part conséquente, de l'ordre de la moitié, du débit exigé de la pompe à bas régime moteur. Le débit de la pompe étant linéaire avec le régime moteur, le degré de surdimensionnement aux régimes moteurs plus élevés est diminué. De plus, l'intégration de la fonction de coupure de l'alimentation dans une 25 soupape de régulation préexistante évite d'ajouter des composants supplémentaires au circuit, qui diminueraient sa fiabilité générale et en outre augmenterait de façon conséquente la masse de l'ensemble. DESCRIPTION DES FIGURES 30 D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : 3035155 5 - La figure 1, déjà décrite, l'évolution du débit fourni par une pompe dans un circuit de distribution de carburant par rapport au régime moteur de la turbomachine. - La figure 2 représente schématiquement un circuit de distribution de 5 carburant selon un mode de réalisation de l'invention. - La figure 3 représente l'évolution du débit fourni par une pompe réparti entre le débit d'alimentation d'une chambre de combustion et le débit d'alimentation d'actuateurs de géométries variables et de régulateurs de carburant. 10 - Les figures 4a et 4b représentent le débit de carburant délivré par la pompe qui n'est pas exploité et qui doit être recirculé vers la pompe. - Les figures 5a et 5b représentent une soupape de régulation en deux positions. 15 DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION En référence à la figure 2, on a représenté schématiquement un circuit de distribution de carburant 1 d'une turbomachine T. La turbomachine T comporte au moins une chambre de combustion C, et un 20 ensemble E d'autres composants consommateurs de carburant, comprenant des servovalves de régulateurs de carburant ainsi que des actuateurs de pièces à géométrie variable telles que, mais non limitativement, vérins, pales à calage variables, vannes de régulation thermique, etc. Le circuit de distribution de carburant 1 comporte une pompe volumétrique 25 10, une ligne à haute-pression 11 alimentant par une première branche 11a la chambre de combustion C, cette branche délivrant le carburant à injecter dans la chambre, et par une deuxième branche 11b l'ensemble E des servovalves et des actuateurs. Le circuit de distribution de carburant 1 comporte en outre un réservoir 12 30 dans lequel la pompe puise le carburant ainsi qu'une ligne à basse-pression 13 de retour à la pompe. La ligne de retour à la pompe comprend en particulier une branche de retour 13a de carburant s'étendant à partir de l'ensemble E des servovalves et actuateurs. 3035155 6 En référence à la figure 3, on a représenté l'évolution du débit délivré par la pompe en fonction d'un régime moteur de la turbomachine, pour des régimes bas, en l'occurrence pour des régimes moteurs compris entre 0 et 35% du régime moteur maximal, ainsi que la répartition du débit consommé pour les besoins de la 5 turbomachine, entre : - un débit d'injection dans la chambre de combustion (branche 11a), et - un débit de commande des servovalves et actuateurs de l'ensemble E (branche 11b). On constate que pour les régimes moteurs représentés, la répartition du 10 débit consommé est généralement équilibrée entre les deux branches, c'est-à-dire qu'environ 50% du débit total est injecté dans la chambre de combustion (partie sans figuré) et environ 50% (partie hachurée) alimente l'ensemble E. Or, les servovalves des régulateurs de carburant ainsi que les actuateurs des géométries variables ne sont pas opérés pour des bas-régimes, en particulier 15 pour des régimes inférieurs à un régime seuil inférieur à 50% du régime maximal de la turbomachine, typiquement de l'ordre de 40% du régime maximal de la turbomachine. Par conséquent, la part du débit qui alimente l'ensemble E est en fait superflue pour les régimes moteurs inférieurs à ce seuil. 20 Comme représenté sur la figure 3, la suppression du débit d'alimentation de l'ensemble E permet de déplacer le point de dimensionnement A de la pompe en diminuant le débit maximal de la pompe pour le régime moteur correspondant à ce point de dimensionnement (courbe en pointillés). Le dimensionnement de la pompe est donc réalisé à partir du nouveau point 25 A' et de l'autre point de dimensionnement correspondant à la condition de décollage. De ce fait, la pompe présente une masse et un encombrement réduits. Elle est également moins surdimensionnée par rapport aux autres régimes moteurs. De retour à la figure 2, le circuit de distribution de carburant 1 comprend donc avantageusement un dispositif 30 de coupure du débit dans la branche llb de 30 la ligne d'alimentation 11 desservant l'ensemble E des servovalves et des actuateurs, lorsque le régime moteur est supérieur au régime pour lequel cet ensemble n'est pas opéré. Ce régime est inférieur à 50% du régime moteur maximal, et de préférence égal à 40% du régime moteur maximal. 3035155 7 Ce dispositif 30 peut être configuré pour couper le débit dans la branche 11 b, mais il est avantageusement configuré pour couper le débit de la ligne 13a de retour commune aux servovalves et aux actuateurs de l'ensemble E. En effet, la coupure du débit dans la ligne de retour entraine la coupure du débit circulant dans 5 les éléments de l'ensemble E et donc de tout le débit alimentant cette ensemble. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré de l'invention, le dispositif de coupure 30 est intégré à une soupape de régulation de carburant préexistante du circuit de distribution de carburant 1. La soupape de régulation de carburant (connue sous la terminologie 10 anglaise Bypass Valve) permet de faire re-circuler un débit de la pompe en excès par rapport au besoin de la turbomachine vers la pompe 10. Sur la figure 4a qui reprend le schéma de la figure 1, ainsi que sur la figure 3b, on a représenté (par des flèches sur la figure 4a, en points sur la figure 4b) le débit de carburant en excès qui doit être re-circulé par la soupape de régulation. 15 Il s'agit de la différence de débit entre le débit total fourni par la pompe et le débit réel nécessité par la turbomachine pour son fonctionnement. On constate sur la figure 4b, par la ligne en trait plein, que sur une certaine plage de régime moteur, typiquement pour un régime moteur inférieur à un régime de l'ordre de 50% du régime moteur maximal, par exemple de l'ordre de 45% du régime maximal, le débit 20 de la soupape de régulation est proportionnel avec le régime moteur. En référence aux figures 5a et 5b, on a représenté un exemple de soupape de régulation 30 exerçant la fonction de coupure de l'alimentation de l'ensemble E indiquée ci-avant. La soupape de régulation 30 comporte un cylindre 31 et un piston 32 monté 25 à translation dans le cylindre. Le piston comporte une base 320 et une tête 321 reliées entre elles par une tige 322. La base 320 et la tête 321 occupent toute une section transversale du cylindre et définissent entre elles une première chambre 310. Le cylindre 31 comporte en outre un orifice 311 relié à la ligne haute- 30 pression 11 du circuit 1, et un orifice 312 relié à la ligne basse-pression 13 du circuit. Les orifices 311, 312 peuvent être plus ou moins obstrués respectivement par la base et par la tête du piston en fonction d'un déplacement de celui-ci. 3035155 8 Du côté opposé à la cavité 310 par rapport à la tête et à la base du piston, des cavités 313, 313' du cylindre sont reliées à des lignes de pression de commande par des orifices d'entrée-sortie 314, 314'. Pour moduler le débit re-circulé en fonction du régime moteur, les pressions 5 de commande de la soupape sont modulées de manière à entrainer un déplacement du piston dans le cylindre, pour sélectivement obturer au moins partiellement l'un de l'orifice 311 et de l'orifice 312. Sur l'exemple des figures 4a et 4b, plus le régime moteur augmente, et plus le piston est déplacé vers le bas, c'est-à-dire vers sa base, et moins une section 10 importante de l'orifice 311 relié à la ligne haute-pression est obturée, ce qui augmente le débit re-circulé vers la pompe. La fonctionnalité de coupure du débit d'alimentation de l'ensemble E des actuateurs et des servovalves est avantageusement intégrée à la soupape de régulation 30. Pour ce faire, la cylindre de régulation 30 est interposée entre 15 l'ensemble E et la pompe 10. Le cylindre 31 comporte un orifice 315 relié à la ligne de retour 13a des servovalves et des actuateurs de l'ensemble E, et un second orifice 316 relié à la ligne basse pression 13 aboutissant à la pompe 10. De plus, le piston comprend en outre un tiroir formé dans la tête du piston, à savoir que la tête du piston comprend deux sections transversales 323, 324 20 occupant la section transversale du cylindre, les sections étant solidaires en translation (par exemple au moyen d'une tige reliant les sections) et étant séparées par une cavité 325. Le piston peut se déplacer entre une première position, représentée sur la figure 4a, dans laquelle la cavité 325 est en regard des orifices 315 et 316 et une 25 deuxième position, représentée sur la figure 4b, dans laquelle une section de la tête du piston obture l'un ou l'autre des orifices 315, 316. Dans la première position, la ligne 13a est en communication de fluide avec la ligne 13 de retour vers la pompe. Cette première position est atteinte pour des régimes moteurs supérieurs au régime seuil, par exemple pour des régimes 30 supérieurs à 50% du régime moteur maximal. Dans la deuxième position du piston, le débit de la ligne de retour 13a de l'ensemble E est coupé. Cette position est atteinte pour des régimes moteurs inférieurs au régime seuil, par exemple pour des régimes inférieurs à 50% du régime moteur. 3035155 9 Afin que la fonction de régulation de carburant soit compatible avec la fonction de coupure de l'alimentation de l'ensemble E, la soupape est avantageusement conformée de sorte que le déplacement du piston vers la première position, pour des hauts régimes moteurs, corresponde au déplacement 5 augmentant la quantité de débit re-circulé vers la pompe. C'est le cas sur les figures 4a et 4b, dans lequel un déplacement du piston vers sa base entraine : - que la base 320 du piston libère progressivement l'orifice 311 relié à la ligne haute-pression pour augmenter le débit re-circulé vers la pompe, et 10 - que la tête 321 du piston libère l'orifice 316 relié à la ligne basse-pression 13, et dans lequel un déplacement du piston vers sa tête, lorsque le régime moteur diminue, entraîne : - que la base 320 du piston obture au moins partiellement l'orifice 311, 15 diminuant le débit re-circulé vers la pompe, et - que la section 324 du piston obture progressivement (jusqu'à la deuxième position ou elle obture complètement) l'orifice 316 et coupe le débit dans la ligne 13a de retour de l'ensemble E. 20 Le mode de réalisation décrit ci-avant permet d'adapter une soupape de régulation 30 qui est déjà employée dans des circuits de distribution de carburant à la fonction de coupure du débit de la ligne de retour de l'ensemble E. De ce fait il n'est pas nécessaire d'ajouter des composants supplémentaires dont le poids ou l'encombrement diminueraient le gain sur le poids et l'encombrement de la pompe 25 redimensionnée, et qui diminueraient la fiabilité de l'ensemble du circuit. REVENDICATIONS1. Circuit de distribution de carburant (1) d'une turbomachine comprenant une chambre de combustion de carburant (C), et un ensemble (E) de servovalves et d'actuateurs de pièces à géométrie variable, le circuit de distribution de carburant (1) comprenant : - une pompe (10), - une ligne d'alimentation (11a) de la chambre de combustion, et - une ligne d'alimentation (11b) de l'ensemble de servovalves et d'actuateurs, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif (30) de coupure du débit dans la ligne d'alimentation de l'ensemble de servovalves et d'actuateurs lorsqu'un régime moteur de la turbomachine est inférieur à un régime seuil déterminé. 2. Circuit de distribution de carburant (1) selon la revendication 1, comprenant en outre une ligne de retour (13a) de l'ensemble (E) de servovalves et d'actuateurs, dans lequel le dispositif de coupure (30) du débit est configuré pour couper le débit de la ligne de retour (13a) lorsque le régime moteur de la turbomachine est inférieur à un régime déterminé. 3. Circuit de distribution de carburant (1) selon la revendication 2, comprenant en outre une soupape de régulation (30) de carburant, apte à renvoyer un débit excédentaire de carburant vers la pompe, et dans lequel la soupape (30) est en outre configurée pour couper le débit de la ligne de retour (13a) lorsque le régime moteur de la turbomachine est inférieur à un régime déterminé. 4. Circuit de distribution de carburant (1) selon la revendication 3, dans lequel la soupape de régulation (30) comprend : - un cylindre (31) et un piston (32) mobile dans le cylindre, - un orifice d'entrée (315), agencé dans le cylindre, relié à la ligne de retour (13a) de l'ensemble de servovalves et d'actuateurs, - un orifice de sortie (316), agencé dans le cylindre, relié à une ligne basse pression (13) de retour vers la pompe, le piston (32) étant adapté pour se déplacer entre une première position dans laquelle l'orifice d'entée (315) est en communication de fluide avec l'orifice de sortie 3035155 11 (316), et une deuxième position dans laquelle l'un des orifices d'entrée et de sortie (315, 316) est obturé. 5. Circuit de distribution de carburant (1) selon la revendication 4, dans lequel la 5 soupape de régulation (30) comprend en outre : - un orifice (311) relié à une ligne haute-pression (11) du circuit de carburant, et - un second orifice (312) relié à une ligne basse-pression (13) de retour vers la pompe, 10 et la soupape est conformée de sorte que le déplacement du piston (32) vers la deuxième position entraine une obturation progressive de l'orifice (311) relié à la ligne haute-pression (11) de manière à diminuer une quantité de débit de carburant circulant depuis l'orifice (311) relié à la ligne haute-pression et le second orifice (312) relié à la ligne basse-pression (13). 15 6. Circuit de distribution de carburant selon la revendication 5, dans lequel le piston comporte une base (320) et une tête (321) comprenant deux sections (323, 324) obturant chacune une section transversale du cylindre (31), la base et la tête délimitant deux cavités internes (310, 325) du cylindre, 20 la première cavité (310) s'étendant entre la base (320) et la tête (321) reliant entre eux l'orifice (311) relié à la ligne haute-pression et le second orifice (312) relié à la ligne basse-pression dans au moins une position du piston, et la deuxième cavité (325) s'étendant entre les sections (323, 324) de la tête reliant entre eux l'orifice d'entrée (315) relié à la ligne de retour et l'orifice de sortie (316) 25 lorsque le piston se trouve dans la première position. 7. Circuit de distribution de carburant (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le régime moteur seuil est inférieur à 50% du régime moteur maximal, de préférence égal à 40% du régime moteur maximal. 30 8. Turbomachine (T), comprenant une chambre de combustion de carburant (C) et un ensemble (E) de servovalves et d'actuateurs de pièces à géométrie variable, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un circuit de distribution de carburant (1) selon l'une des revendications qui précèdent. 3035155 12 9. Procédé de distribution de carburant dans une turbomachine, mis en oeuvre par un circuit de distribution de carburant (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend la coupure de l'alimentation de l'ensemble (E) de 5 servovalves et d'actuateurs lorsque le régime moteur de la turbomachine est inférieur à un régime seuil. 10. Procédé de distribution de carburant selon la revendication 9, dans lequel le régime seuil est inférieur à 50% d'un régime maximal de la turbomachine, de 10 préférence égal à 40% du régime maximal.