Brevet FR3056642A1 — publié le 20180330

DISPOSITIF D'ALIMENTATION EN CARBURANT D'UNE CHAMBRE DE COMBUSTION DE TURBOMACHINE AMÉLIORANT L'HOMOGÉNÉITÉ DE L'ALIMENTATION DES DISPOSITIFS D'INJECTION DU CARBURANT DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif d'alimentation en carburant d'une chambre de combustion de turbomachine, une turbomachine pour aéronef comprenant un tel dispositif, et enfin un procédé pour alimenter en carburant une chambre de combustion dans une telle turbomachine. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE D'une manière générale, une chambre de combustion de turbomachine est alimentée en carburant par des dispositifs d'injection conçus pour pulvériser le carburant dans la chambre et étant eux-mêmes alimentés respectivement par des conduits d'alimentation raccordés en parallèle à un conduit de distribution. Ce dernier est généralement de forme annulaire, agencé autour de la chambre de combustion, et alimenté en carburant par une pompe régulée par un calculateur et raccordée au réservoir de carburant de l'aéronef. L'ensemble comprenant les dispositifs d'injection, les conduits d'alimentation et le conduit de distribution forme un dispositif d'alimentation en carburant, dans la terminologie de la présente description. Les documents antérieurs FR2235274 (US3915387), EP0373984 (US4999996) et EP0833107 (US6035645) décrivent des exemples de dispositifs d'injection de carburant de turbomachine de types connus, tandis que le document EP1719888 (US7757494) décrit un conduit de distribution et des conduits d'alimentation aptes à alimenter en carburant de tels dispositifs d'injection. Les dispositifs d'injection considérés dans le cadre de la présente invention peuvent être de type mécanique ou de type aéromécanique. Dans les deux cas, 3056642 2 la pulvérisation du carburant est au moins en partie imputable à la pression du carburant alimentant le dispositif d'injection. Or, un problème se pose dans les phases de fonctionnement dans lesquelles un dispositif d'alimentation en carburant de ce type délivre un débit de 5 carburant relativement faible, par exemple en régime de croisière à haute altitude. En effet, à de tels débits de carburant, la pression hydrostatique du carburant (qui varie dans le conduit de distribution en fonction de la hauteur du point considéré) n'est plus négligeable par rapport aux autres composantes de la pression totale du carburant. Il en résulte une inhomogénéité significative de la pression totale du carburant au sein du 10 conduit de distribution, qui se traduit par des différences de débit de carburant d'un dispositif d'injection à l'autre. Une solution à ce problème pourrait consister à modifier la configuration des dispositifs d'injection pour accroître la pression du carburant aux plus bas débits. Toutefois, le niveau de pression de carburant qui serait alors requis aux plus 15 forts débits imposerait de sur-dimensionner l'ensemble du dispositif d'alimentation en carburant, ce qui ne serait pas souhaitable. Une autre solution à ce problème consiste à utiliser des dispositifs d'injection à double circuit, c'est-à-dire comportant un canal d'éjection de carburant primaire raccordé à un circuit primaire de carburant et un canal d'éjection de carburant 20 secondaire raccordé à un circuit secondaire de carburant, comme illustré par exemple par le document EP2026002, et comme schématisé sur la figure 1. Le circuit primaire 1 est alimenté lors d'un fonctionnement à faible débit, tandis que le circuit secondaire 2, ou l'ensemble des deux circuits 1 et 2, est alimenté lors d'un fonctionnement à fort débit. Chacun des circuits primaire 1 et secondaire 2 comporte son propre conduit de 25 distribution 1A, 2A et ses propres conduits d'alimentation 1B, 2B. Le canal d'éjection primaire 1C de chaque dispositif d'injection est configuré de manière à générer une perte de charge plus importante que le canal d'éjection secondaire 2C, de sorte que la différence entre les pressions de carburant respectivement utilisables à faible débit et à fort débit est moindre que dans le cas des dispositifs à simple circuit décrits ci-dessus. À cet effet, les canaux d'éjection 1C et 2C comportent par exemple des gicleurs assurant la 3056642 3 pulvérisation du carburant et tels que le gicleur du canal d'éjection primaire 1C présente une section de sortie de diamètre inférieur au diamètre de la section de sortie du gicleur du canal d'éjection secondaire 2C. L'alimentation en carburant des circuits primaire 1 et secondaire 2 dans les différentes phases de fonctionnement est assurée par un dispositif 5 de répartition 4 présentant une admission de carburant 4A, une sortie primaire 4B raccordée au circuit primaire 1, et une sortie secondaire 4C raccordée au circuit secondaire 2. Toutefois, les dispositifs d'injection à double circuit présentent l'inconvénient d'un encombrement élevé à cause de la présence de deux canaux 10 d'éjection dans un tel dispositif, ce qui oblige à adapter en conséquence les dimensions générales de la chambre de combustion et de son environnement. Une telle contrainte n'est pas toujours souhaitable. De plus, les dispositifs d'injection à double circuit présentent un coût relativement élevé. EXPOSÉ DE L'INVENTION 15 L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ce problème, permettant d'éviter au moins en partie les inconvénients précités. Elle propose à cet effet un dispositif d'alimentation en carburant pour alimenter en carburant une chambre de combustion de turbomachine, comprenant : 20 des dispositifs d'injection de carburant comprenant chacun un canal d'éjection de carburant, un conduit de distribution primaire raccordé aux dispositifs d'injection de carburant, et un conduit de distribution secondaire raccordé aux dispositifs d'injection de 25 carburant. Selon l'invention, les dispositifs d'injection de carburant comprennent chacun une jonction hydraulique comprenant : - une première voie d'entrée pourvue d'un étranglement et raccordée au conduit de distribution primaire, 3056642 4 une seconde voie d'entrée pourvue d'un clapet anti-retour et raccordée au conduit de distribution secondaire, et une voie de sortie raccordant conjointement les première et seconde voies d'entrée au canal d'éjection de carburant correspondant. 5 Chaque étranglement permet d'accroître la perte de charge du carburant et ainsi d'augmenter la pression du carburant en amont de l'étranglement, en particulier au sein du conduit de distribution primaire, tout en conservant un débit faible ou modéré en sortie de l'étranglement, pour alimenter le canal d'éjection correspondant. Ainsi, le conduit de distribution primaire peut être utilisé dans les 10 phases de fonctionnement nécessitant un débit de carburant relativement faible. Le carburant peut alors circuler dans le conduit de distribution primaire sous une pression suffisamment élevée pour que la pression hydrostatique soit négligeable par rapport à la pression totale. De ce fait, les différents dispositifs d'injection de carburant sont alimentés en carburant de manière homogène, même aux faibles débits. De plus, les 15 clapets anti-retour permettent d'éviter qu'une partie du carburant provenant des voies d'entrée primaires respectives des jonctions ne pénètre dans le conduit de distribution secondaire en passant par les voies d'entrées secondaires, ce qui pénaliserait l'homogénéité de la pression du carburant en sortie des jonctions. Le conduit de distribution secondaire peut être utilisé dans les phases 20 de fonctionnement nécessitant un débit de carburant supérieur au seuil précité. Le carburant circulant dans le conduit de distribution secondaire puis dans la voie d'entrée secondaire de chaque jonction subit dans cette voie d'entrée secondaire une perte de charge moindre que dans la voie d'entrée primaire, et permet ainsi d'alimenter les canaux d'éjection de carburant avec un débit supérieur de carburant. 25 L'invention permet ainsi de réduire la différence entre les niveaux de pression du carburant en entrée du dispositif, respectivement dans les phases à faible débit et dans les phases à fort débit. L'invention permet ainsi de conserver une pression de carburant relativement élevée même aux faibles débits de carburant, ce qui permet de limiter considérablement les effets néfastes dus à la pression hydrostatique dans les 30 conduits de distribution. 3056642 5 De plus, les dispositifs d'injection ne requièrent chacun qu'un unique canal d'éjection de carburant, ce qui permet d'éviter les inconvénients inhérents aux dispositifs d'injection à double circuit. L'invention concerne également une turbomachine pour aéronef, 5 comprenant : une chambre de combustion, un dispositif d'alimentation en carburant du type décrit ci-dessus, et un dispositif de répartition de carburant comportant : I. une admission de carburant, 10 II. une sortie primaire raccordée au conduit de distribution primaire du dispositif d'alimentation en carburant, et III. une sortie secondaire raccordée au conduit de distribution secondaire du dispositif d'alimentation en carburant, dans laquelle les canaux d'éjection de carburant respectifs des dispositifs d'injection de 15 carburant du dispositif d'alimentation en carburant débouchent dans la chambre de combustion, et dans laquelle le dispositif de répartition de carburant est configuré pour alimenter uniquement le conduit de distribution primaire lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion requiert un débit de carburant inférieur à un seuil 20 prédéterminé, et pour alimenter uniquement le conduit de distribution secondaire ou les deux conduits de distribution primaire et secondaire lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion requiert un débit de carburant supérieur au seuil prédéterminé. L'invention concerne enfin un procédé pour alimenter en carburant une 25 chambre de combustion dans une turbomachine du type décrit ci-dessus, dans lequel le dispositif de répartition de carburant alimente uniquement le conduit de distribution primaire en carburant lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion requiert un débit de carburant inférieur au seuil prédéterminé, tandis que le dispositif de répartition de carburant alimente le conduit de distribution secondaire ou les 30 deux conduits de distribution primaire et secondaire en carburant lors des phases de 3056642 6 fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion requiert un débit de carburant supérieur au seuil prédéterminé. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et 5 caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1, déjà décrite, est un schéma de principe d'un dispositif d'alimentation en carburant d'un type connu, utilisant des dispositifs d'injection à double circuit ; la figure 2 est une vue schématique en section axiale d'une turbomachine pour 10 aéronef selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 3 est un schéma de principe d'un dispositif d'alimentation en carburant de la chambre de combustion de la turbomachine de la figure 2. Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. 15 EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ La figure 2 illustre une turbomachine, par exemple un turboréacteur à double flux 10 pour aéronef, comportant de manière générale une soufflante 12 destinée à l'aspiration d'un flux d'air F1 se divisant en aval de la soufflante en un flux primaire F2 alimentant un coeur du turboréacteur et un flux secondaire F3 contournant ce coeur et 20 destiné à fournir en principe la majeure partie de la poussée. Le coeur du turboréacteur comporte, de manière bien connue, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18 par exemple du type annulaire, une turbine haute pression 20 et une turbine basse pression 22. Le turboréacteur est caréné par une nacelle 24 entourant 25 l'espace d'écoulement 26 du flux secondaire. Les rotors du turboréacteur sont montés rotatifs autour d'un axe longitudinal 28 du turboréacteur. L'invention est néanmoins applicable à tout type de turbomachine. 3056642 7 La chambre de combustion 18 est alimentée en carburant par un dispositif d'alimentation en carburant 100, visible schématiquement sur la figure 3, comprenant des dispositifs d'injection de carburant 102 comprenant chacun un canal d'éjection de carburant 104 apte à pulvériser du carburant dans la chambre de 5 combustion, par exemple au travers d'orifices correspondants ménagés dans une paroi de fond de la chambre de combustion. À cet effet, les canaux d'éjection de carburant 104 débouchent directement ou indirectement dans la chambre de combustion. Le dispositif d'alimentation en carburant 100 comprend en outre deux conduits de distribution de carburant, à savoir un conduit de distribution primaire 110 et 10 un conduit de distribution secondaire 120, qui sont par exemple chacun de forme annulaire, d'une manière connue en soi. Ces deux conduits de distribution de carburant 110, 120 sont respectivement raccordés à la sortie primaire 4B et à la sortie secondaire 4C d'un dispositif de répartition de carburant 4 qui est par exemple du type décrit ci-dessus en référence à la figure 1. 15 Selon une particularité de la présente invention, chacun des dispositifs d'injection de carburant 102 comporte une jonction hydraulique 130 comprenant une première voie d'entrée 132 pourvue d'un étranglement 134 et raccordée au conduit de distribution primaire 110, une seconde voie d'entrée 136 pourvue d'un clapet anti-retour 138 et raccordée au conduit de distribution secondaire 120, et une voie de sortie 140 20 raccordant conjointement les première et seconde voies d'entrée 132 et 136 au canal d'éjection de carburant 104 correspondant. D'une manière connue en soi, chaque canal d'éjection de carburant 104 est par exemple de forme tubulaire et comporte par exemple un gicleur assurant la pulvérisation du carburant sous pression en sortie du canal d'éjection 104 ou un simple 25 orifice de sortie distribuant le carburant en sortie du canal d'éjection 104. Chaque canal d'éjection de carburant 104 peut débiter directement dans la chambre de combustion ou être par exemple agencé dans une tête d'un injecteur correspondant destinée à être reçue dans un système d'injection correspondant, ou dans une canne de prévaporisation correspondante, monté(e) dans la paroi de fond de la chambre de combustion 18. La tête 30 d'injecteur et le système d'injection ou la canne de prévaporisation peuvent être d'un 3056642 8 type conventionnel et ne sont pas décrits en détail ni illustrés sur les figures. De plus, la jonction 130 peut être intégrée à un tel injecteur. Le dispositif d'alimentation en carburant 100 permet la mise en oeuvre d'un procédé d'alimentation en carburant de la chambre de combustion 18, dans lequel 5 le dispositif de répartition de carburant 4 alimente uniquement le conduit de distribution primaire 110 en carburant lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion 18 requiert un débit de carburant inférieur à un seuil prédéterminé, tandis que le dispositif de répartition de carburant 4 alimente le conduit de distribution secondaire 120 ou les deux conduits de distribution primaire 110 et secondaire 120 en 10 carburant lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion 18 requiert un débit de carburant supérieur au seuil prédéterminé. Ainsi, dans les phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion 18 requiert un débit de carburant inférieur au seuil prédéterminé, le carburant circule dans le conduit de distribution primaire 110 puis dans la voie d'entrée 15 primaire 132 de chaque jonction 130, où le carburant rencontre l'étranglement 134, puis dans la voie de sortie 140 et dans le canal d'éjection 104 correspondants. En revanche, dans des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion 18 requiert un débit de carburant supérieur au seuil prédéterminé, du carburant circule dans le conduit de distribution secondaire 120 puis dans la voie d'entrée secondaire 136 de 20 chaque jonction 130, où le carburant circule normalement au travers du clapet anti- retour 138, puis dans la voie de sortie 140 et dans le canal d'éjection 104 correspondants. Dans les phases de fonctionnement à faible débit, chaque étranglement 134 permet d'accroître la perte de charge du carburant. L'étranglement 134 permet ainsi d'augmenter la pression du carburant en amont de l'étranglement 134, en particulier au 25 sein du conduit de distribution primaire 110, tout en conservant un débit faible ou modéré en sortie de l'étranglement 134. Ainsi, dans les phases de fonctionnement nécessitant un débit de carburant inférieur au seuil précité, le carburant circule dans le conduit de distribution primaire 110 sous une pression suffisamment élevée pour que la pression hydrostatique 30 soit négligeable par rapport à la pression totale. De ce fait, les différents dispositifs 3056642 9 d'injection de carburant 102 sont alimentés en carburant de manière homogène, même aux faibles débits. De plus, les clapets anti-retour 138 permettent d'éviter que le carburant provenant des voies d'entrée primaires 132 respectives des jonctions 130 ne pénètre dans le conduit de distribution secondaire 120 en passant par les voies d'entrées 5 secondaires 136. Dans les phases de fonctionnement nécessitant un débit de carburant supérieur au seuil précité, le carburant circule dans le conduit de distribution secondaire 120 puis dans la voie d'entrée secondaire 136 de chaque jonction 130 en subissant une perte de charge moindre que dans la voie d'entrée primaire 132, et permet ainsi 10 d'alimenter les canaux d'éjection 104 avec un débit plus élevé de carburant. D'une manière générale, le dispositif d'alimentation en carburant 100 permet de réduire la différence entre les niveaux de pression du carburant en entrée du dispositif, respectivement dans les phases à faible débit et dans les phases à fort débit. L'invention permet ainsi de conserver une pression de carburant relativement élevée 15 même aux faibles débits de carburant, ce qui permet de limiter considérablement les effets néfastes dus à la pression hydrostatique dans les conduits de distribution 110, 120. L'invention permet en outre d'éviter les inconvénients précités des dispositifs d'injection à double circuit, c'est-à-dire comprenant deux canaux d'éjection de carburant respectifs. 20 REVENDICATIONS1. Dispositif d'alimentation en carburant (100) pour alimenter en carburant une chambre de combustion (18) de turbomachine, comprenant : - des dispositifs d'injection de carburant (102) comprenant chacun un canal d'éjection de carburant (104), - un conduit de distribution primaire (110) raccordé aux dispositifs d'injection de carburant (102), et - un conduit de distribution secondaire (120) raccordé aux dispositifs d'injection de carburant (102), caractérisé en ce que les dispositifs d'injection de carburant (102) comprennent chacun une jonction hydraulique (130) comprenant : - une première voie d'entrée (132) pourvue d'un étranglement (134) et raccordée au conduit de distribution primaire (110), - une seconde voie d'entrée (136) pourvue d'un clapet anti-retour (138) et raccordée au conduit de distribution secondaire (120), et - une voie de sortie (140) raccordant conjointement les première et seconde voies d'entrée (132, 136) au canal d'éjection de carburant (140) correspondant. 2. Turbomachine (10) pour aéronef, comprenant : une chambre de combustion (18), un dispositif d'alimentation en carburant (100) selon la revendication 1, et un dispositif de répartition de carburant (4) comportant : i. une admission de carburant (4A), ii. une sortie primaire (4B) raccordée au conduit de distribution primaire (110) du dispositif d'alimentation en carburant (100), et iii. une sortie secondaire (4C) raccordée au conduit de distribution secondaire (120) du dispositif d'alimentation en carburant (100), 3056642 11 dans laquelle les canaux d'éjection de carburant (104) respectifs des dispositifs d'injection de carburant (102) du dispositif d'alimentation en carburant (100) sont agencés de manière à pulvériser du carburant dans la chambre de combustion (18), et dans laquelle le dispositif de répartition de carburant (4) est configuré pour alimenter 5 uniquement le conduit de distribution primaire (110) lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion (18) requiert un débit de carburant inférieur à un seuil prédéterminé, et pour alimenter uniquement le conduit de distribution secondaire (120) ou les deux conduits de distribution primaire (110) et secondaire (120) lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion (18) 10 requiert un débit de carburant supérieur au seuil prédéterminé. 3. Procédé pour alimenter en carburant une chambre de combustion (18) dans une turbomachine (10) selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de répartition de carburant (4) alimente uniquement le conduit de distribution primaire 15 (110) en carburant lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion (18) requiert un débit de carburant inférieur au seuil prédéterminé, tandis que le dispositif de répartition de carburant (4) alimente le conduit de distribution secondaire (120) ou les deux conduits de distribution primaire (110) et secondaire (120) en carburant lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de 2 0 combustion (18) requiert un débit de carburant supérieur au seuil prédéterminé.