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Perfectionnements aux appareils d'alimentation en combustible.
La présente invention concerne un appareil d'a- 'limentation en combustible pour turbine à combustion interne, dans lequel un organe de commande, sous la dépendance d'un moteur à vitesse variable, et un organe commandé sous la dé- pendance de la vitesse de rotation de la turbine, sont associés entre eux et avec les moyens permettant d'alimenter, à débit variable, la turbine en combustible, de façon telle que, lors- que ces organes tendent à se déplacer l'un par rapport à l'autre, la débit en combustible soit modifié de manière à faire prendre à la turbine, la vitesse imposée par celle du moteur de commande.
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Lorsque l'opérateur désire augmenter la vitesse de la turbine, il déplace le levier, ou tout autre appareil de commande, de façon à accroître, de la valeur voulue, la vitesse du moteur à vitesse variable.Ceci oblige l'organe de commande à prendre un mouvement relatif par rapport à l'organe commandé, mouvement entraînant un accroissement du débit en combustible ce qui a pour résultat d'augmenter la vitesse de la turbine, jusqu'à ce que l'organe commandé prenne un mouvement synchrone de celui de l'organe de com- mande à la nouvelle vitesse choisie.
Si, au contraire, l'o- pérateur désire ralentir la vitesse de la turbine, il réduit la vitesse du moteur à. vitesse variable, ce qui fait prendre à l'organe de commande, par rapport à l'organe commandé, un mouvement relatif dans le sens opposé et provoque ainsi une réduction du débit en combustible et par conséquent une dimi- nution correspondante de la vitesse do la turbine. Dans d'au- tres circonstances, en supposant que l'opérateur désire que la turbine continue à tourner à une vitesse déterminée, il se peut que la consommation du combustible à. cette vitesse dé- terminée varie par suite des changements d'altitude ou de la température ambiante par exemple.
Dans un tel cas, si l'on ne modifie pas le débit du combustible, la vitesse de la tur- bine, dans ces conditions nouvelles, augmentera ou diminuera suivant les circonstances. Une telle variation agit sur l'or- gane commandé pour provoquer une modification convenable du débit jusqu'à ce que la vitesse de la turbine, fonctionnant dans les nouvelles conditions, soit à nouveau égale à la vitesse choisie. On voit, d'après ce qui précède,qu'à une position quelconque du levier, ou de l'autre appareil de commande, ma- noeuvré par l'opérateur, correspond une vitesse bien déterminée de la turbine, vitesse qui est indépendante de toute influence extérieure, telle que les variations d'altitude ou de la tempé- rature ambiante qui aurait tendance à la modifier.
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L'organe de commande et l'organe commandé peuvent agir directement sur un appareil modifiant le débit du com- bustible, ou ils peuvent commander un servo-moteur quelconque pour régler ce débit. A titre d'exemple de ce dernier mode de réalisation, on peut commander'le refoulement d'une pompe à débit variable ou la position d'une valve de réglage par un dispositif sous fluide à pression, dont le sens de fonction- 'nement est déterminé par la position relative de l'organe de commande et de l'organe commandé.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les par- ticularités qui ressortent tant des dessins que du texte fai- sant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fig.1 est une vue partielle en perspective de l'organe de commande et de l'organe commandé assurant le con- trôle du débit dans une tuyauterie, pouvant faire partie du système d'alimentation en combustible ou d'un dispositif hy- draulique permettant de régler cette alimentation.
La fig.2 est une représentation schématique d'un dispositif d'alimentation en combustible suivant l'intention.
La fig.3 est une coupe axiale du dispositif utilisé dans la fig.2 pour faire coopérer-.l'organe de commande avec l'organe commandé.
Les fig.4,5 et 6 sont des coupes passant respectivement par les lignes IV-IV, V-V et VI=VI de la fig.3.
En se reportant à la fig.l, la tuyauterie d'admis- sion 11 alimente un corps de soupape 12 dans laquelle se déplace un plongeur 13 modifiant le débit du fluide à travers la soupape dent; la tubulure de sortie est figurée en 14.
Le tuyau d'admis- sion 11 débouche dans une gorge annulaire 15 et la tubulure de sortie 14 part d'une gorge annulaire 16, les gorges 15 et 16 pouvant communiquer respectivement avec l'intérieur du fourreau
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18 par les lumières 17 et 19.Le plongeur 13 comporte deux pistons espacés 20 et 21, le piston 20 fonctionnant comme obturateur réglable da la lumière 17. Le canal 22 permet d'é- galiser la pression en arrière des pistons et le ressort 23 repousse le plongeur dans sa position d'ouverture maximum, pour assurer l'admission du fluide nécessaire au démarrage.
rendant le fonctionnement de la soupape, la surface de la lumière 17 permettant le passage du fluide dépend de la position occupée par le piston 20, et le débit est en conséquen- ce réglé par le déplacement axial du plongeur 13.Dans ce but, le bras de commande 24 du plongeur, qui fait saillie à travers une rainure du fourreau 18, et qui est en prise avec le plongeur 13, est mobile angulairement dans le plan nécessaire au fonc- tionnement d'un différentiel.
Le satellite 25 de ce différentiel peut tourner librement sur le bras de commande 24 du plongeur, qui porte un coussinet 26, dans lequel peuvent tourner les extré- mités des deux arbres 27 et 28, l'arbre 27 pouvant être considé- ré comme l'organe commandé ou dont la vitesse est imposée par celle de la turbine, tandis que l'arbre 28 est l'organe de comman- de entraîné par un moteur électrique 29. Le satellite 25 est entraîné par les roues planétaires 30 solidaire de l'arbre 27, et 31 solidaire de l'arbre 28.
Les arbres 27 et 28 tournent l'un par rapport à l'autre de la marne manière que les roues planétaires 30 et 31 clavetées respectivement sur eux, et il s'en- suit que, si l'arbre 29 est entraîné par le moteur électrique 29 à la même vitesse que l'arbre 27 entraîné par la turbine, mais dans le sens contraire, le satellite 25 tournera simplement sans déplacer ni le levier 24 ni le plongeur 13.Au contraire, si le moteur électrique 29 tourne à une vitesse supérieure ou inférieure à celle de l'arbre 27, le levier 24 oscille d'un côté ou de l'au- tre, suivant le cas, et le plongeur modifie la section de passage de la soupape.
Le moteur électrique 29 peut être alimenté par une source convenable connectée par un câble conducteur 32, à travers une résistance variable incorporée dans le dispositif de
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réglage de la vitesse 33 manoeuvré par le levier à main 34.
Ce levier 34 est ainsi manoeuvrable comme levier de régula- teur pour régler le débit de la soupape 12 et par conséquent pour régler la vitesse de la turbine,
Le dispositif, qui va être décrit maintenant en regard des fig.2 à 6, a été établi comme dispositif de contrô- le absolu de la vitesse d'une turbine à combustion interne pour la propulsion d'avions. Sur la fig.2, 35 représente une pompe de refoulement à débit variable. Dans ce cas, la pompe est du type à cylindres radiaux avec des plongeurs 36 se dé- plaçant dans des alésages radiaux 37 du rotor, qui est mis en rotation par la turbine ,au moyen d'une liaison extérieure.
L'ensemble des cylindres tourne autour d'un axe fixe 38 com- portant un orifice d'admission 39 et un orifice de refoulement 40. Des patins glissants 41 sont montés sur l'extrémité des plongeurs et portent contre la périphérie intérieure d'un ,anneau de guidage excentré 42,. articulé sur un pivot 43. de mainère à permettre de modifier la course des plongeurs tour- nants. Dans la position de la fig.2, l'anneau de guidage est excentré au minimum, ce qui correspond à un refoulement mi- nimum.
Le combustible liquide arrive des réservoirs d'a- limentation à la pompe par une tuyauterie 44, et le liquide admis par l'orifice d'admission 39 est alors refoulé par les pistons à travers l'orifice de sortie 40 de la pompe par une tuyauterie 46, vers la couronne des brûleurs 47 de la turbine, en traversant un robinet de réglage de secours 45, Cette cou- ronne comporte un certain nombre de brûleurs, au moins un pour chaque chambre de combustion de la turbine . La tuyauterie de refoulement 46 traverse une soupape 48 commandée par un régulateur à maxima qui limite la vitesse maximum de la turbine, et un accumulateur de démarrage 49 s'alimente également par la tuyauterie de refoulement 46.
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Dans la disposition de la fig.2, l'excentricité de l'anneau de guidage de la pompe est commandée par un piston
50 à commande par fluide sous pression. Le piston est muni d'une rainure centrale dans laquelle pénètre un bras 51 de commande de l'anneau de guidage. Le piston 50 est poussé vers la position d'excentricité maximum de l'anneau 42 en vue du démarrage par un ressort 52 et il se déplace dans un cylindre
53, à chaque extrémité duquel aboutissent respectivement les tuyauteries 53 et 55. Le fluide nécessaire à l'alimentation du dispositif de réglage de l'excentricité de l'anneau de guidage est prélevé sur la tuyauterie d'alimentation 44 reliant les réservoirs et la pompe, par une tuyauterie 56 alimentant une pompe auxiliaire 57 qui, dans ce cas, est une pompe à engre- nage.
Une tuyauterie 58 relie l'orifice de refoulement de cette pompe auxiliaire 57 à la gorge annulaire médiane 59 d'une valve rotative de commande 60, qui sera décrite en détail plus loin; mais, pour l'instant, il suffit d'expliquer que, selon que le moteur électrique 61 tand à tourner plus vite ou moins vite qu'un arbre 62 entraîné par la turbine, le fluide de commande est envoyé par la valve dans la tuyauterie 54 ou dans la tuyau- terie 55. En fait, la disposition est telle que lorsque le fluide moteur arrive par la tuyauterie 55 dans le cylindre 53, le piston 50 de commande de l'anneau de guidage se déplace vers la gauche pour réduire l'excentricité de cet anneau et par suite réduire la quantité de combustible refoulée par la tuyauterie 46 à la couronne des brûleurs.
Réciproquement lorsque le fluide de commande est refoulé par la tuyauterie 54, l'excentricité de l'anneau de guidage augmente,
L'entraînement de l'arbre 62 à une vitesse dépendant de celle de la turbine est obtenue à. l'aide du pignon 63, et le moteur électrique 61 est alimenté par une source de courant con- venablement, au moyen d'un câble conducteur 64 connecté à une résistance variable, logée dans un boîtier de contrôle 65. Le courant, arrivant au moteur à travers le boîtier de contrôle, peut être réglé par le levier 66 de commande de la -vitesse de-la
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turbine qui agit directement sur la résistance variable, le courant qui traverse la résistance arrive au moteur par un conducteur 67.
La vitesse de rotation du moteur. que l'on a choisi de telle façon que sa vitesse puisse être supérieure à la vitesse maximum possible de l'arbre 62 entraîné par la turbine, peut ainsi âtre modifiée par le déplacement du levier
66 de contrôle de la vitesse de la turbine.
Les détails de construction de la valve tournante; ressortent plus clairement des fig.3,4,5 et 6, bien que les parties principales apparaissent sur le tracé schématique de la fig.2. Les éléments fondamentaux de la valve sont deux manchons tournants munis d'orifices, le manchon intérieur 68 est montré sur la fig.2 par l'arrachement de l'extrémité du manchon extérieur 69. Les deux manchons sont munis d'orifices coopérants, les orifices 70 et 71 du manchon extérieur sont visibles sur la fig.2, tandis que les orifices du manchon intérieur qui coopèrent avec les orifices 70 et 71, se voient respectivement sur les fig.4 et 6. Dans la suite et pour la commodité, on désignera les orifices qui assurent le réglage du débit par l'expression "lumières de commande".
Ainsi les orifices 70 et 71 du manchon extérieur seront (Les lumières de commande du manchon extérieur et, de façon correspondante, les lumières de commande du manchon intérieur qui coopèrent aveo les lumières de commande 70 du manchon extérieur, sont désignées par 72. De mgme, les lumières de commande 73 du manchon intérieur coopèrent avec les lumières de commande 71 du man- chon extérieur. La section de passage qui est variable dans le but de régler le débit, est ainsi modifiée par le déplace- ment angulaire relatif des manchons intérieur et extérieur, qui peuvent tourner l'un par rapport à l'autre dans une oer- taine limita.
Le fluide arrive vers l'intérieur de la valve de commande par la tuyauterie auxiliaire sous pression 58 qui débouche dans 'la gorge circulaire 59 et de là par les orifices centraux 74 du manchon extérieur il passe dans une gorge annu-
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laire 75 comprise entre les manchons intérieur et extérieur, puis de la gorge 75 par les orifices centraux 76 du manchon intérieur, dans les canaux sous pression 77, compris entre la manchon intérieur et une pièce centrale 78, qui est fixée dans ce manchon, pour se répandre sur toute la longueur du manchon intérieur 68. Il s'ensuit que les canaux 77 sont soumis à la pression de refoulement de la pompe auxiliaire 57 pendant tout le temps de fonctionnement de l'appareil.
Le passage du fluide de commande à travers la valve, ressort clairement des fig.4, 5 et 6. A cet égard, la fig.5 est fondamentale en ce sens qu'elle montre la mise sous pression des canaux 77, d'où il s'ensuit,(voir fig.4) que, si le manchon intérieur tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, par rapport à sa position montrée en coupe, le refoulement pourra se faire depuis les canaux 77 par les lumières de commande 73 du manchon intérieur et les lumières de commande 71 du manchon extérieur dans la gorge annulaire 79, de laquelle le fluide sous pression pourra s'écouler par la tuyauterie 55 vers le cylindre 53 pour déplacer le piston 50 afin de réduire l'excen- tricité de l'anneau de guidage.
Ce mouvement correspond à une diminution de la vitesse du moteur électrique par rapport à l'arbre 62, sons la dépendance de la vitesse de la turbine, qui entraîne le manchon extérieur. Le déplacement ctu piston de ré- glage du débit de la pompe refoule, par la tuyauterie 54, le liquide contenu dans l'autre extrémité du cylindre 53 dans la gorge annulaire 80 ( voir fig.6) et la rotation du manchon in- térieur 68, dans le sens des aiguilles d'une montre, qui pro- duit la mise en correspondance des lumières de commande 73 et 71 ( fig.4) produit également la mise en correspondance des lumières 72a du manchon intérieur ( fig.6) avec les lumières 70 du manchon extérieur.
Les lumières 72a débouchent dans les canaux de refoulement 81, qui, de même que les canaux sous pression 77, existent sur toute la longueur du manchon intérieur Ces canaux de refoulement 81 communiquant avec le conduit cen- tral de refoulement 82 par l'orifice transversal 83, représenté sur la fig.5, et tracé en lignes pointillés sur les fig.4 et 6, et le liquide refoulé
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par ce canal central 82 est renvoyé dans le réservoir d'ali- mentation en combustible.
Si, au contraire, en désire augmenter la vitesse de la turbine, on augmente de façqn correspondante la vitesse du moteur électrique pour produire un mouvement inverse du man- chon intérieur 68 par rapport au manchon extérieur 69, et la valve fonctionne exactement comme auparavant, le courant étant inversé, de sorte que le fluide auxiliaire passe par la tuyau- terie 54 vers le cylindre 53 et retourne par la tuyauterie 55, le débit de la pompe étant augmenté de façon correspondante.
Pour mettre en marche le dispositif, en supposant que l'on démarre à froid, on ouvre d'abord le robinet 45 pour mettre le refoulement de la pompe en communication avec la tuyau- terie 46 de refoulement du combustible, et la turbine est mise en marche à l'aide de son démarreur. L'anneau de guidage 42 de la pompe à combustible est poussé par le ressort 52 dans sa posi- tion la plus excentrée afin d'assurer une alimentation adéquate de combustible en vue du démarrage. Le combustible est refoulé dans la tuyauterie 46 à travers la soupape contrôlée par le régu- lateur qui, on le rappelle) ne fonctionne que comme régulateur à maximum.
Ainsi qu'il est d'usage dans les turbines à gaz emplo- yées pour la propulsion des aéroplanes, les brûleurs comportent des soupapes de sûreté qui ne s'ouvrent que lorsque l'on a atteint une pression prédéterminée dans le.système d'alimentation en com- bustible. Cet artifice assure une alimentation prédéterminée et adéquate de combustible et protège le brûleur contre les pertur- bations qui autrement pourraient amener une mauvaise combustion.
Etant donné que les soupapes fonctionnent au démarrage de la turbine, du combustible est refoulé dans le petit accumulateur de démarrage 49, dans lequel la pression s'établit à l'encontre d'une force élastique quelconque jusqu'à atteindre la pression de démarrage; à ce moment, les soupapes de sûreté des brûleurs s'ouvrent et le refoulement régulier du combustible aux brûleurs commence. Le combustible est enflammé aussitôt par les dispositifs
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habituels d'allumage électrique et il brûle très rapidement de façon continue, Naturellement au démarrage, le levier 66 de réglage de la vitesse est placé à la position correspondant à la vitesse de démarrage, ce qui limite la vitesse de commande du moteur électrique 61, et il en résulte que la turbine, ayant démarré,
commence rapidement à tourner de telle façon que le manchon intérieur 68, entraîné comme il l'est par le moteur électrique, a de suite tendance à prendre du retard par rapport au manchon extérieur, dont la vitesse correspond à celle de la turbine; du combustible est alors refoulé par la tuyauterie 55 dans le cylindre 53, pour refouler le piston 50 de commande de la pompe ce qui réduit l'excentricité de l'anneau de guida- ge à l'encontre de la pression du ressort 52, La vitesse de ralenti s'établit donc presqu'instantanément après le démarrage.
Une fois la turbine démarrée, toute augmentation de vitesse, imposée par le déplacement du levier de commande 66, accroît celle du moteur électrique jusqu'à ce que le manchon intérieur 68, entraîné par lui, tourne à une vitesse telle que le manchon 69, sous la dépendance de la vitesse de la turbine, soit en retard, le fluide moteur étant alors refoulé par l'autre extré- mité du cylindre 53, pour pousser le piston 50 et augmenter l'ex- centricité de l'anneau de guidage.
Lorsque la machine tourne dans des conditions idéales et pour une position parfaitement définie du levier de commande de la vitesse, les manchons 68 et 69 tournent exactement à la marne vitesse de rotation, et lorsque cette vitesse s'est stabilisée après le dernier réglage du levier de contrôle, ils obturent théoriquement les tuyauteries 54 et 55, bien que, pra- tiquement, un tel réglage théorique idéal puisse rarement être obtenu. Le fait que les manchons 68 et 69 se stabilisent rarement de façon aussi précise, na produit pas d'irrégularités dans la vitesse de la turbine, parce que l'ajustage de l'appareil aux variations de vitesse est pratiquement instantané.
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. On notera que le mouvement relatif, entre les manchons intérieur 68 et extérieur 69, doit être limité de façon telle que dans un sens, les lumières coopérantes 70,72 et 71,73, puissent être complètement ouvertes tandis que dans l'autre sens elles soient obturées. Pour obtenir ce mouvement relatif limi- té, il suffit de prévoir, dans chaque accouplement, un chien en saillie coopérant avec une rainure, le premier intercalé entre l'arbre entraîné par le moteur électrique et le manchon intérieur, l'autre entre l'arbre 62 sous la dépendance de la vitesse de la turbine, et le manchon extérieur.
Le régulateur 48 porte des poids 85, mis en rotation par un arbre de commande auxiliaire convenable entraîné par un pignon 84, L'accroissement de vitesse de la turbine soulève les poids du régulateur 85 à l'encontre de la pression exercée par un ressort de compression 86 et, lorsque la vitesse maximum prédéterminée est atteinte, le piston supérieur 87 de la soupape 48, commandée par le régulateur, met en communication le refou-' lement de la pompe avec un canal de sécurité 88. Le combustible refoulé vers la couronne des brûleurs est ainsi réduit à la quan tité correspondante effectivement à la vitesse maximum, l'excès de combustible faisant retour à l'admission de la pompe,
- Il va de soi que l'on peut apporter de nombreuses mo- difications au dispositif qui vient d'être décrit sans sortir pour cela du cadre de l'invention; c'est ainsi que le moteur 61, qui est l'organe actif de réglage de la vitesse, pourrait être un moteur hydraulique ou un moteur à air comprimé; on doit cepen- dant faire remarquer qu'un moteur électrique présente de nombreux avantages. L'un de ceux-ci a été en fait pris en considération dans le présent mode de. réalisation, essentiellement approprié à l'alimentation en combustible d'une turbine à gaz destinés à la propulsion d'avions par réaction.
Dans ces installations, le non fonctionnement d'un brûleur provoque des difficultés, le débit de combustible envoyé aux brûleurs restants, n'étant plus convena-
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blâmant dosé en cas de défaillance d'un ou de plusieurs brû- leurs. En installant, dans la tuyère ou à un autre endroit convenable, un couple thermique, ou plusieurs couples thermi- ques, un pour chaque brûleur, et en reliant ces couples ther- miques par un conducteur 89 à, une boîte de résistance 90, on peut obtenir une compensation complémentaire du courant en- voyé au moteur électrique.De cette façon si un brûleur ne fonctionne pas, le courant fourni au moteur électrique 61 est réduit proportionnellement.
Une caractéristique importante de la présente inven- tion est de pouvoir obtenir un réglage de la vitesse dans toute la gamme possible des vitesses sans recourir à un con- trôle barométrique impératif comme cela semblait nécessaire jusqu'ici dans un avion qui peut être appelé à fonctionner à n'importe quelle altitude comprise entre 12.000 ou 15.000 mètres et le niveau de la mer.
Le robinet de contrôle du combustible 45 sert à deux fins. Il sert, d'une part, de robinet d'arrêt quand la dispositif ne fonctionne pas, le refoulement est alors renvoyé dans le canal de sécurité 88 ce qui évite que les pompes ou l'ensemble de l'appareil ne soient endommagés si la démarreur était mis en marche avec la tuyauterie 46 de re- foulement du combustible fermée,d'autre part, il peut servir de robinet de secours en cas de défaillance de la partie au- tomatique de réglage, le pilote pouvant toujours atterrir en cas d'urgence, en fermant à la main le robinet de contrôle 45.
La seule partie représentée sur le dessin qui 'n'a pas été décrite jusqu'ici, est une soupape de sûreté 91 qui a pour but de limiter la pression existant dans le système auxiliaire. A cette fin, une soupape de sûreté à ressort,.92 peut s'ouvrir à rencontre de la pression exercée' par un res- sort de compression 93 pour laisser passer le fluide surcomprimé dans l'enveloppe de la pompe et de là à l'orifice d'aspiration.