Brevet FR3040440A1 — publié le 20170303

DISPOSITIF D'ALIMENTATION D'UN MOTEUR EN CARBURANT, DOTE D'UN SYSTEME DE PROTECTION REDUIT CONTRE LES SURPRESSIONS DESCRIPTION Le sujet de l'invention est un dispositif d'alimentation d'un moteur en carburant, doté d'un dispositif d'alimentation d'un moteur en carburant, doté d'un système de protection réduit contre les surpressions. Un dispositif d'alimentation d'un moteur en carburant est décrit dans le document FR-2 959 529-A. Les surpressions peuvent apparaître quand, la pompe du dispositif d'alimentation étant active, le circuit est fermé en aval, à l'endroit d'un dispositif d'injection, d'un filtre ou d'un clapet par exemple. La poursuite du fonctionnement de la pompe entraîne alors une augmentation de la pression jusqu'à une rupture possible de pièces mécaniques (moyens d'étanchéité, tuyauterie, voire carter de la pompe). Ce phénomène est évité par des clapets de surpression, qui permettent une recirculation du carburant quand une pression excessive est atteinte. Dans une conception connue, le clapet de surpression est installé sur une dérivation aux bornes de la pompe, et permet donc au débit pompé de circuler en boucle autour de la pompe. On pourra se reporter au document WO-2014/096620-A pour un exemple. Ce moyen connu est efficace en soi, mais possède des inconvénients, dont une certaine lourdeur. En effet, la tuyauterie de dérivation et le clapet doivent être dimensionnés pour un débit important de fluide soumis à une forte différence de pression entre les bornes de la pompe. Et les compressions successives auxquelles le fluide est soumis, quand il effectue cette circulation en boucle, produisent un échauffement qui peut devenir important, qui influe sur la conception du dispositif d'alimentation puisqu'il peut endommager certains constituants fragiles de la pompe, comme les paliers, si la circulation en boucle se prolonge. Avec l'invention, on cherche à proposer un meilleur moyen évitant les surpressions. 3040440 2 L'invention concerne plus précisément un dispositif d'alimentation d'un moteur en carburant, comprenant un circuit d'écoulement du carburant vers le moteur, une pompe et un bloc régulateur de débit placés successivement sur le circuit vers l'aval de l'écoulement, le bloc régulateur comprenant un doseur et une soupape de régulation 5 de débit du carburant, la pompe et le doseur étant placés sur un conduit principal du circuit, la soupape de régulation de pression étant placée hors du conduit principal mais reliée au conduit principal par une première branche et une deuxième branche du circuit, le circuit comprenant un conduit de recirculation passant par la soupape de régulation, la soupape de régulation comprenant un corps mobile, la première branche et la deuxième 10 branche débouchant dans la soupape de régulation par des piquages de deux côtés du corps mobile opposés sur une direction de mobilité dudit corps, la première branche menant au conduit principal en amont du doseur et en aval de la pompe, la deuxième branche menant au conduit principal en aval du doseur, le conduit de recirculation comprenant une origine jointe au circuit principal en aval de la pompe, le corps mobile 15 étant agencé de façon à modifier l'ouverture du conduit de recirculation en fonction de la différence de pression de l'écoulement à travers le doseur et à ouvrir ledit conduit de recirculation au-dessus du seuil, caractérisé en ce que la deuxième branche comprend un embranchement de recirculation du carburant, équipé d'un clapet de protection, taré à une pression d'ouverture. 20 Le clapet de protection est un clapet anti-surpression installé sur une branche du circuit dont la pression est corrélée à la pression fournie par la pompe, mais inférieure, et dont le débit est faible : il est donc possible de construire la dérivation de surpression et le clapet de protection beaucoup plus légèrement que l'agencement connu (quelques dizaines de grammes, au lieu de quelques centaines de grammes, par 25 exemple), ce qui est appréciable, entre autres pour les moteurs dans l'aéronautique, où l'allégement est toujours recherché. L'effet du clapet de protection anti-surpression est de s'ouvrir dès qu'un seuil de pression apparaît d'un côté du corps mobile de la soupape, de limiter la pression de ce côté du corps mobile, et d'altérer le fonctionnement de la soupape de régulation pour qu'elle s'ouvre plus facilement si la pression dans le circuit augmente, et dissipe ainsi 3040440 3 la surpression en suscitant une recirculation du carburant à travers elle en empruntant des tuyaux déjà existants pour évacuer les débits excessifs, et qui ne nécessitent donc pas d'être renforcés. En outre, le carburant recircule localement autour de la pompe et peut, selon la configuration du circuit carburant, traverser des echangeurs de chaleur. Ceci 5 entraînera une modification de l'impact thermique de l'ouverture du clapet, selon les conditions de fonctionnement, qui est bénéfique pour la tenue de la pompe. Un autre aspect de l'invention est un moteur d'aéronef comprenant le dispositif d'alimentation en carburant, équipé du dispositif contre les surpressions, défini de façon générale ci-dessus. 10 On décrira maintenant l'invention plus en détail, dans ses divers aspects, caractéristiques et avantages, au moyen d'un mode de réalisation, illustratifs et des figures : la figure 1 est une vue générale d'un dispositif d'alimentation connu d'un moteur en carburant ; et 15 la figure 2 illustre une réalisation de l'invention. Le dispositif d'alimentation en carburant connu de la figure 1 comprend, entre une source de carburant telle qu'un réservoir 1 et un moteur 2, un circuit 3 composé de tuyauteries, où l'on peut distinguer un conduit principal 4, reliant la source de carburant 1 au moteur 2. Sur ce conduit principal 4 sont installés successivement une 20 pompe à basse pression 5, un premier filtre 6, un échangeur de chaleur 9, une pompe à haute pression 7, et un doseur 10 de débit. L'utilisation de deux pompes successives est courante dans les moteurs d'aéronef, la pompe à basse pression 5 étant souvent une pompe centrifuge ou à jet servant à une élévation de pression, et la pompe à haute pression 7 étant usuellement une pompe à engrenages assurant la fourniture d'un débit. 25 Le doseur 10, commandé par un pilote 11 électronique, règle le débit délivré au moteur 2 en fonction du régime voulu pour ce dernier. Le pilote 11 déplace un tiroir interne au doseur 10, qui définit la section d'un passage d'étranglement pour le carburant : le débit est proportionnel à cette section, ainsi qu'à la différence de pression (perte de charge) présente aux bornes du doseur 10. Ce dernier paramètre est régi par une soupape de 3040440 4 régulation 12, qui fait partie d'un bloc régulateur 13 de débit, auquel appartient aussi le doseur 10. Voici comment la soupape de régulation 12 maintient constante cette différence de pression. Elle comprend un corps mobile 14 interne, déplacé par des forces 5 de pression représentatives de la pression à l'entrée du doseur 10 et de la pression à la sortie du doseur 10, au moyen de branches 15 et 16 respectives du circuit 3, qui relient le conduit principal 4 de part et d'autre du doseur 10 à des piquages 17 et 18 traversant l'enveloppe de la soupape de régulation 12 et donnant sur les côtés opposés du corps mobile 14 dans sa direction de déplacement. L'équilibre du corps mobile 14 est complété 10 par d'autres forces, dont celle d'un ressort 19, qui s'ajoute à l'effort produit par la pression à la sortie du doseur 10. Un conduit de recirculation 20 s'étend enfin entre une origine, jointe au conduit principal 4 en amont du doseur 10, et une extrémité de sortie, jointe au circuit 3 en amont de la pompe à haute pression 7, en passant par la soupape de régulation 12. Le corps mobile 14 comprend une lumière qui lui permet d'ouvrir le 15 conduit de recirculation 20 selon son déplacement. Quand la différence de pression de part et d'autre du doseur 10 évolue, le corps mobile 14 se déplace pour ouvrir plus ou moins le conduit de recirculation 20. Le surplus de débit fourni par la pompe et non utilisé par le doseur est ainsi orienté vers l'amont de la pompe 7. Un dispositif, évitant la surpression dans le conduit principal 4, consiste 20 en une dérivation 21, établie aux bornes de la pompe à haute pression 7 et qui comprend un clapet de surpression 22. Quand la pression dépasse un seuil, le clapet de surpression 22 s'ouvre, et le carburant subit une recirculation, qui le renvoie immédiatement en amont de la pompe à haute pression 7. Les inconvénients de cette conception ont été mentionnés. 25 On passe maintenant à la description de l'invention, au moyen de la figure 2. La branche 16, menant du conduit principal 4 au piquage 18, à la pression du carburant à la sortie du doseur 10, est munie d'un embranchement 23 comportant un clapet de surpression 24, qui aboutit au conduit de recirculation 20, en 30 aval de la soupape de régulation 12. 3040440 5 Quand une surpression s'établit, les pressions en amont et en aval du doseur 10 augmentent d'une même quantité, puique leur différence est réglée par le fonctionnement de la soupape de régulation 12. Mais quand la pression en aval du doseur 10 dépasse un seuil, le clapet de surpression 24, taré à ce seuil de pression, s'ouvre, et la 5 pression parvenant au piquage 18 ne dépasse jamais le seuil. Si la pression en amont du doseur 10 augmente, le corps mobile 14 est en déséquilibre, se déplace et le conduit de recirculation 20 s'ouvre, même si la différence de pression de part et d'autre du doseur 10 n'est pas supérieure à la valeur souhaitée ; l'accumulation de fluide responsable de la surpression est mise en recirculation vers l'amont du circuit 3. La soupape de régulation 10 12 s'ouvre donc non seulement d'après un seuil de différences de pression de part et d'autre du doseur 10, mais aussi d'après un second seuil, de pression absolue dans le circuit 3. La dérivation 21 et son clapet de surpression 22 deviennent inutiles et peuvent donc être retirés. Le fluide susceptible de s'écouler par l'embranchement 23 est à très faible débit par rapport au débit total de recirculation, et le clapet de surpression 24 15 s'ouvre à une pression plus petite que celle qui était prévue pour le clapet 22. Grâce à cette double différence, le système composé de l'embranchement 23 et du clapet de surpression 24 est beaucoup plus léger que celui qui est composé de la dérivation 21 et du clapet de surpression 22. Le débit de recirculation principal passe par le conduit de recirculation 20 déjà existant et qui n'a pas besoin d'être modifié. 20 On s'attend enfin à réduire nettement l'élévation de pression observée dans le circuit 3 entre le début de l'ouverture du clapet de surpression 24 et l'établissement d'un régime stable de recirculation, ce qui pourrait permettre de réduire la pression maximale susceptible d'être atteinte dans le dispositif, et le dimensionnement des pièces de celui-ci. 25 L'invention est évidemment applicable à d'autres dispositifs d'alimentation, différant quant au nombre et aux genres des pompes, à la disposition des échangeurs de chaleur et des autres constituants, à celle des branches du circuit, etc. REVENDICATIONS1) Dispositif d'alimentation d'un moteur en carburant, comprenant un circuit (3) d'écoulement du carburant vers le moteur (2), une pompe (7) et un bloc régulateur (13) placés successivement sur le circuit (3) vers l'aval de l'écoulement, le bloc régulateur comprenant un doseur (10) et une soupape de régulation (12) de débit du carburant, la pompe et le doseur étant placés sur un conduit principal (4) du circuit (3), la soupape de régulation de pression étant placée hors du conduit principal mais reliée au conduit principal par une première branche (15) et une deuxième branche (16) du circuit, le circuit comprenant un conduit de recirculation (20) passant par la soupape de régulation, la soupape de régulation comprenant un corps mobile (14), la première branche et la deuxième branche débouchant dans la soupape de régulation par des piquages (17, 18) de deux côtés du corps mobile opposés sur une direction de mobilité dudit corps mobile (14), la première branche (15) menant au conduit principal (4) en amont du doseur (10) et en aval de la pompe, la deuxième branche (16) menant au conduit principal en aval du doseur, le conduit de recirculation comprenant une extrémité d'origine jointe au conduit principal (4) en aval de la pompe (7), le corps mobile (14) étant agencé de façon à modifier l'ouverture du conduit de recirculation (20) en fonction de la différence de pression de l'écoulement à travers le doseur (10) et à ouvrir ledit conduit de recirculation (20) au-dessus du seuil, caractérisé en ce que la deuxième branche (16) comprend un embranchement (23) de recirculation du carburant, équipé d'un clapet taré (24) à une pression d'ouverture. 2) Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'embranchement (23) mène au conduit de recirculation (20). 3) Dispositif d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pompe (7) est une pompe à engrenages à haute pression, et qu'une seconde pompe (5), à basse pression, est disposé sur le conduit principal (4) du circuit (3) en amont de ladite pompe à engrenages. 4) Moteur d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'alimentation en carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes.