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"Perfectionnements apportés ou relatifs à des dispositifs de commande des systèmes à combustible des moteurs à turbine à gaz.
La présente invention a trait à des sytèmes à combustible pour moteurs à turbine à gaz, qui comprennent un mécanisme appelé ci-dessous "dispositif régulateur hydraulique" comprenant un dis- positif répondant à la pression, destiné à effectuer une modifica- tion dans l'alimentation en combustible du moteur par suite de sa réponse aux changements de pression et agencé de façon à répondre
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à la chute de pression entre deux côtés d'un dispositif d'étran- glement par lequel un fluide est amené à s'écouler par une pompe à capacité volumétrique fixe menée à une vitesse proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur.
Dans le système à combustible d'un moteur à turbine à gaz, il est désirable d'empêcher une alimentation excessive en combus- tible lors des accélérations et d'assurer une alimentation adéqua- te en combustible pendant les ralentissements, puisqu'une alimen- tation trop riche ou trop pauvre peut provoquer l'extinction de la combustion dans l'équipement de combustion.
Dans le système à combustible d'un moteur à turbine à gaz employé pour la propulsion des aéronefs, il est désirable d'assu- rer que l'alimentation en combustible soit modifiée d'une façon appropriée suivant les variations de l'altitude en vol. Avec l'augmentation de l'altitude, la quantité d'air passant vers 1' équipement de combustion décroît et la quantité de combustible fourni doit être pareillement diminuée.
C'est un objet de la présente invention de présenter un système à combustible pour moteur à turbine à gaz qui satisfasse à un ou plusieurs de ces désiderata.
Selon la présente invention, un système à combustible pour moteur à turbine à gaz comprend une pompe destinée à fournir le combustible au moteur et un dispositif de commande de l'écoulement venant de la pompe à combustible vers le moteur, comprenant un premier dispositif régulateur hydraulique qui fonctionne pour dé- limiter, pour chaque vitesse de rotation instantanée du moteur en accélération, un débit d'alimentation en combustible maximum choisi d'avance, lequel débit d'alimentation maximum dépasse les besoins du moteur pour la marche en régime à chacune desdites vitesses, et un second dispositif régulateur hydraulique ayant un repère variable destiné à choisir d'avance une vitesse de rotation de régime,
lequel dispositif régulateur hydraulique fonctionne
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pour cpmmander l'alimentation en combustible du moteur afin de déterminer et de maintenir une telle vitesse désirée.
Selon un autre aspect de la présente invention, un système à combustible pour moteur à turbine à gaz peut comprendre une pom- pe à combustible destinée à fournir le combustible au moteur et un dispositif pour commander l'écoulement du combustible de la pompe vers le moteur, comprenant deux dispositifs régulateurs hydrauliques dont l'un est agencé de façon à régler la chute de pression entre les deux côtés d'une soupape actionnée par le se- cond dispositif régulateur hydraulique de façon qu'elle dépende de la vitesse de rotation du moteur et ledit second dispositif régulateur hydraulique qui a un repère variable destiné à choisir d'avance une vitesse de rotation de régime et qui est agencé pour régler l'alimentation en combustible du moteur par l'intermédiaire d'une soupape actionnée par lui afin de déterminer et de maintenir la vitesse de rotation
choisie d'avance.
Selon une autre particularité encore de la présente inven- tion, un système à combustible pour moteur à turbine à gaz peut comprendre une pompe d'alimentation en combustible, un dispositif d'injection de combustible alimenté en combustible par la pompe, au moins deux dispositifs d'étranglement à soupape situés en sé- rie entre la pompe d'alimentation en combustible et le dispositif d'injection de combustible, un premier régulateur hydraulique dont le dispositif répondant à la pression est soumis au moins à la pression existant entre les deux dispositifs d'étranglement à soupape, et, de préférence, chargé par la chute de pression entre les deux côtés du deuxième dispositif d'étranglement à soupape et un second dispositif régulateur hydraulique agencé pour commander desdits le second/dispositifs-d'étranglement à soupape,
ledit second dispositif régulateur hydraulique ayant un repère qui peut être modifié pour choisir d'avance une vitesse de rotation du moteur, grâce à quoi ledit dispositif régulateur fonctionne pour commander
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l'alimentation en combustible du dispositif d'injection du com- bustible de façon à déterminer et à maintenir la vitesse de ro- tation choisie d'avance.
Selon un autre aspect encore de la présente invention, un système à combustible pour moteur à turbine à gaz peut compren- dre une pompe à combustible agencée pour fournir le combustible au moteur et un dispositif destiné à commander l'écoulement du combustible de la pompe au moteur comprenant un premier disposi- tif régulateur hydraulique dont le dispositif répondant à la pression est agencé pour actionner un dispositif à soupape com- mandant l'écoulement du combustible de la pompe dans une chambre, un dispositif à soupape commandant l'écoulement du combustible hors de cette chambre vers le moteur et un second dispositif ré- gulateur hydraulique qui fonctionne pour commander ledit second dispositif à soupape,
ledit premier dispositif régulateur hydrau- lique étant agencé pour commander ledit premier dispositif à sou- pape de façon que la chute de pression entre les deux côtés du second dispositif à soupape soit proportionnel au carré de la vitesse de rotation du moteur, et un dispositif de commande fonc- tionnellement relié audit second dispositif régulateur hydrauli- que afin de choisir d'avance une vitesse de rotation du moteur, lesdits régulateurs fonctionnant pour commander l'alimentation en combustible du moteur de façon à déterminer à maintenir la vitesse du moteur choisie d'avance par ledit dispositif de com- mande.
Le dispositif de commande associé avec le second disposi- tif régulateur hydraulique afin de choisir d'avance une vitesse de rotation du moteur peut comprendre un dispositif pour modifier une charge élastique contre laquelle s'exerce la chute de pression entre les deux côtés du dispositif d'étranglement de ce régulateur; dans une variante, le choix de la vitesse de rotation du moteur peut être effectué en modifiant le degré d'étranglement du dispo-
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sitif d'étranglement associé avec le second régulateur hydrauli- que. Dans certains cas, la caractéristique de la charge variable peut être combinée avec celle du dispositif d'étranglement varia- ble.
Selon une autre particularité encore de l'invention, l'é- coulement du combustible vers le dispositif d'injection du combus- tible est en outre commandé par une soupape actionnée par un dis- positif sensible à la pression soumis à la pression déterminée par une des variables de fonctionnement du moteur. De préférence, dans l'application de la présente invention aux moteurs à turbine à gaz d'aviation, ce dispositif sensible à la pression est soumis à la pression ambiante ou pression de la prise d'air, grâce à quoi l'alimentation du moteur en combustible varie en fonction de l'altitude.
Dans une forme de l'invention, le dispositif à soupa- pe actionné par le second régulateur hydraulique est en outre commandé par le dispositif sensible à la pression ; exemple, il peut avoir deux directions de mouvement, le mouvement dans une direction étant effectué sous commande du dispositif sensible à la pression, et le mouvement dans l'autre direction étant comman- dé par le second régulateur hydraulique.
Les systèmes à combustible selon l'invention assurent, grâce au fonctionnement du premier dispositif régulateur hydrau- lique, la limitation de l'alimentation maximum possible du moteur en combustible d'après la vitesse de rotation instantanée de ce- lui-ci ; et, grâce au fonctionnement du second dispositif régula- teur hydraulique, la modification de l'alimentation en combustible à partir de cette valeur maximum jusqu'à celle qu'exige la vitesse de rotation choisie d'avance pour le moteur ; grâce au fonc- tionnement du dispositif sensible à la pression d'altitude, lors- que le système en comprend un, la réduction de cette alimentation maximum en combustible avec l'augmentation de l'altitude.
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Dans une réalisation de l'invention, le système à combus- tible comprend une pompe à combustible de l'espèce où la capacité volumétrique peut être modifiée et, en outre, une pompe de capa- cité volumétrique fixe, entraînée à une vitesse proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur, qui envoie un courant de flui- de hydraulique à travers un dispositif d'étranglement associé avec les deux dispositifs régulateurs hydrauliques.
Dans une autre réalisation de l'invention, la pompe four- nissant le combustible au moteur est de l'espèce à capacité volu- métrique fixe et est menée à une vitesse proportionnelle à la vi- tesse de rotation du moteur, et cette pompe, outre qu'elle alimente le moteur, refoule le combustible à travers un dispositif d'étran- glement associé avec le dispositif régulateur hydraulique, le courant étant proportionnel à la vitesse de rotation du moteur.
Quelques réalisations de l'invention sont illustrés sché- matiquement dans les dessins ci-annexés où : la fig. 1 illustre un système à combustible où une pompe séparée de la pompe à combustible principale est prévue pour fournir le fluide sous pression aux régulateurs hydrauliques et où la pompe à combustible principale est du type à débit variable. la fig. 2 illustre une variante du système à combustible illustré fig. 1, où la pompe à combustible principale fournit aussi du fluide sous pression aux dispositifs régulateurs hydrau- liques, les figs. 3A, 3B, 4A, 4B illustrent graphiquement le fonc- tionnement des commandes hydrauliques des systèmes de commande illustrés Figs. 1 et 2, et la fig. 5 représente une variante de l'arrangement montré fig. 2.
En se référant à la fig. 1, le système à combustible com- prend une pompe à combustible principale 10, par exemple,,du type alternatif multi-plongeurs, dont la capacité volumétrique peut
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être modifiée par un piston 11 agissant par le levier 12. Le combustible pénètre dans la pompe par le tuyau de succion 13 qui comprend un filtre de basse pression 14 et un robinet de basse pression 15, actionné à la main. Un réservoir d'alimenta- tion en combustible est indiqué schématiquement en 16. Le tuyau de refoulement de la pompe est montré en 17 qu'un tuyau 18 relie au cylindre, où fonctionne le piston 11, afin de charger ce der- nier dans le sens où la course du piston se trouve réduite.
Le piston est chargé dans le sens opposé par un ressort 19 et aussi par la pression hydraulique fournie d'une manière décrite plus en détail plus bas, par un tuyau 20 menant du tuyau 39 alimentant les injecteurs de combustible du moteur. L'un de ces derniers est illustré en 21.
Outre la pompe à débit variable susmentionnée, il y a une autre pompe menée par le moteur à une vitesse de rotation propor- tionnelle de celle du moteur. Cette pompe, qui a une capacité volumétrique sensiblement constante, aspire le combustible du tuyau d'alimentation 13 par l'intermédiaire d'une conduite 23 et refoule dans la conduite 24. L'écoulement à travers la pompe est ainsi sensiblement directement proportionnel à la vitesse de ro- tation du moteur. Ce courant est employé dans les systèmes régu- lateurs hydrauliques et passe par un orifice régulateur fixe 25 et de là, par une conduite 26, une chambre 32 et une conduite de retour 27, de retour vers le tuyau d'alimentation 13.
On notera que puisque le courant de refoulement venant de la pompe 22 est sensiblement proportionnel à la vitesse de rota- tion du moteur et que l'orifice régulateur 25 est de dimension fixe, une chute de pression a lieu entre les deux côtés de cet orifice, comme entre les conduites 24 et 28 de laquelle dérive la conduite 26, chute de pression qui est approximativement pro- portionnelle au carré de la vitesse de rotation du moteur. Cette chute de pression est appliquée au diaphragme 29, la pression en
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amont de l'orifice étant introduite par une conduite 30 venant de la conduite 24 jusqu'à la chambre 31 et la pression en aval de l'orifice étant introduite par la conduite 26 dans la chambre 32 comme il est décrit ci-dessus.
Le diaphragme 29 est relié à une tringle 33 portant un tiroir 34 agencé pour coopérer avec une lumière 35 à l'extrémité de sortie de la conduite de refou- lement du combustible 17. Le tiroir 34 commande ainsi le courant venant du tuyau d'alimentation 17 vers une chambre de pression intermédiaire 36. La pression régnant dans cette chambre agit sur un autre diaphragme 37 relié par la tringle 3$ avec le tiroir 34, le diaphragme 37 étant en outre chargé par la pression régnant dans la conduite 39, laquelle fournit le combustible aux disposi- tifs injecteurs de combustible tels que le bec 21 du moteur. La pression est transmise par le passage 40 à la chambre 41 dont le diaphragme 37 constitue une'paroi.
On notera que le tiroir 34 est commandé en ce qui concerne sa position par l'équilibre des charges qui s'exercent sur les diaphragmes 29 et 37. La charge sur le diaphragme 29 est appro- ximativement proportionnelle au carré de la vitesse de rotation du moteur, et la charge sur le diaphragme 37 est proportionnelle à la chute de pression existant entre la chambre 36 et la condui- te d'alimentation en combustible 39 menant aux injecteurs de com- bustible 21.
Un second mécanisme régulateur hydraulique est prévu pour commander un autre tiroir indiqué en 42 et situé entre la chambre intermédiaire 36 et la conduite 39. Ce tiroir peut être déplacé dans deux sens et est agencé pour être tourné par un dispositif régulateur hydraulique et pour être déplacé axialement par un dispositif sensible à l'altitude. Le dispositif régulateur com- prend un diaphragme 43 qui est soumis à la chute de pression en- tre les deux côtés de l'orifice régulateur 25, la pression en amont de l'orifice étant communiquée à la chambre 45 par la con-
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duite 44 (partant de la conduite 30), tandis que la pression en aval de l'orifice est communiquée à la chambre 46 par la conduite 28.
Le diaphragme est en outre chargé par le ressort 47, la char- ge du ressort étant modifiée par un levier de commande de puissan- ce 48. Le mouvement du diaphragme est transmis au tiroir 42 par une tringle 49 reliée au diaphragme et agencée pour tourner un levier 50 afin de faire tourner un arbre 51 lequel porte une cros- se 52 venant en prise avec des rainures axiales 53 aménagées dans le tiroir 42. Ainsi, les mouvements du diaphragme 43 provoquent un mouvement de rotation correspondant du tiroir 42. La prise de la crosse 52 dans les rainures 53 laisse toutefois la liberté du mouvement axial au tiroir 42.
Un ressort comprimé 54 pousse le tiroir dans le sens axial vers la droite, tandis que le mouvement vers la gauche est effectué par un servo-mécanisme mû par la pres- sion provenant de la chute de pression entre les deux côtés de l'ouverture 35, agissant sur un piston 55. Ce piston comporte un passage 56 que traverse un courant commandé au moyen d'un plon- geur 57 relié à une capsule à vide 58 logée dahs une chambre 59, laquelle est soumise à la pression atmosphérique ambiante par le tuyau 60. Cette capsule est du type qui se dilate axialement par suite de la réduction de la pression extérieure à laquelle elle est soumise.
L'alimentation en fluide sous pression pour l'ac- tionnement du servo-mécanisme est conduite vers l'espace 61 du cy- lindre par la conduite 62 et l'orifice étranglé 63, tandis que l'espace 64, de l'autre côté du piston 55, communique avec la cham- bre intermédiaire 36 par le passage 65.
Le fonctionnement du servo-mécanisme lors de la dilatation et de la contraction de la capsule 58 d'après les modifications de la pression atmosphérique et le suivant : La section de l'ori- fice étranglé 63 est choisie en relation avec la section effective du passage 56 commandé par le plongeur 57 de façon à maintenir l'équilibre des charges hydrauliques sur le piston 55. Ainsi,
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lorsque la capsule 58 se dilate, le plongeur 57 .ferme le passage 56 et une servo-pression survient dans l'espace 61 ce qui fait que le piston 55 se déplace vers la gauche et règle la position du tiroir 42 contre l'action du ressort 54 jusqu'à ce qu'une po- sition d'équilibre soit atteinte.
Une contraction de la capsule 58 ouvre le passage 56, égalisant les pressions des deux côtés du piston 55, si bien que le tiroir 42 se déplace alors sous la char- ge du ressort 54 de façon à suivre le mouvement du plongeur 57.
Le système à combustible comprend aussi un robinet de hau- te pression 68 qui est placé sur la conduite d'alimentation en combustible 39 et est employé pour la mise en marche et l'arrêt du moteur.
En envisageant maintenant le fonctionnement du tiroir sup- plémentaire 42, il faut noter que ce tiroir est prévu pour modi- fier la pression dans la chambre intermédiaire 36 de façon à l'ap- proprier aux conditions de marche du moteur choisies par la mise du levier 48 dans une certaine position, et aussi pour maintenir les conditions de marche choisies indépendamment des variations d'altitude. Le tiroir comporte donc une ouverture 66 de forme rectangulaire coopérant avec la lumière 67 située à l'entrée de la conduite 39 fournissant le combustible au dispositif d'injec- tion du combustible.
L'arrangement est tel que le mouvement axial du tiroir vers la gauche provoque la fermeture de la lumière 67, tandis que le mouvement tournant dm tiroir vers la gauche provo- que la fermeture de la lumière 67, tandis que le mouvement tour- nant du tiroir provenant du mouvement ascensionnel du diaphragme provoque aussi la fermeture de la lumière.
En considérant le fonctionnement des deux régulateurs hy- drauliques et en négligeant l'effet de la capsule d'altitude 58, on observe que le tiroir 42 va modifier la pression dans la cham- bre intermédiaire 36 en introduisant un étranglement supplémentai- re dans le courant de la conduite 39, cet étranglement augmen- tant lorsque le régulateur hydraulique comprenant le diaphragme
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43 subit les effets d'une vitesse du moteur dépassant la vitesse choisie par la mise en position du levier 48, c'est-à-dire lorsque la chute de pression entre les chambres 45 et 46 exerce une charge dépassant la charge due au ressort 47.
Dans une variante, si le régulateur hydraulique subit les effets d'une vitesse moindre que la vitesse choisie par la mise en position du levier 48, c'est-à- dire, lorsque la charge exercée par la chute de pression entre les chambres 45 et 46 est vaincue par le ressort 47, le tiroir 42 va ouvrir la lumière, réduisant l'étranglement du courant du combustible entre la chambre 36 et la conduite d'alimentation 39.
La différence de pression entre la conduite d'alimentation 39 et la chambre 36 est toutefois maintenue de façon à être sensiblement proportionnelle au carré de la vitesse de rotation du moteur, cet- te différence de pression étant déterminée par l'équilibre des cha ges hydrauliques qui s'exercent sur les diaphragmes 29 et 37.
Lorsque le levier 48 est déplacé pour accélerer le moteur, le ressort 47 est comprimé et le tiroir 42 tourne de façon à ou- vrir la lumière 67. La quantité maximum de combustible qui peut passer vers les injecteurs 21 lorsque la lumière 67 est pleine- ment ouverte dépend alors de la section de la lumière et de la différence de pression entre les deux côtés de la lumière. La différence de pression est maintenue sensiblement proportionnelle au carré de la vitesse de rotation du moteur, si bien que la quan- tité maximum de combustible qui peut passer vers les injecteurs est proportionnelle à la vitesse du moteur.
Lorsque le levier 48 est déplacé de façon à faire ralentir le moteur, le tiroir 42 tourne de façon à fermer la lumière 67, mais il n'est pas libre de la fermer complètement, si bien que la quantité minimum de combustible qui peut s'écouler vers le moteur, laquelle dépend de la section de la lumière 67 lorsque le tiroir 42 est tourné le plus loin possible dans le sens de la fermeture de la lumière, est aussi proportionnelle à la vitesse du moteur.
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L'angle dans lequel le tiroir 42 peut tourner pour fermer ou ouvrir la lumière 67 peut être limité par des arrêts qui peu- vent être réglables de façon que le courant maximum ou minimum que l'on peut obtenir à toute vitesse peut être réglé.
Ces caractéristiques constituent un avantage considérable puisqu'il est désirable de limiter le courant maximum et minimum possible de combustible vers un moteur à turbine à gaz d'après la vitesse de rotation du moteur, afin d'assurer que la combustion ne s'éteigne pas dans l'équipement de combustion par suite d'un changement trap grand et soudain dans la quantité de fluide fourni.
Le fonctionnement de la capsule d'altitude 58 peut être saisi en considérant le mouvement du tiroir 42 sous commande de la capsule indépendamment du mouvement de rotation du tiroir ef- fectué par le régulateur hydraulique. L'effet de la capsule 5$ est d'introduire un étranglement supplémentaire entre la chambre intermédiaire 36 et la conduite d'alimentation en combustible 39, étranglement qui est une fonction de la pression atmosphérique et qui augmente avec l'altitude. Le courant maximum possible vers la conduite 39, c'est-à-dire, maximum en considérant que le ti- roir est entièrement ouvert uniquement par un mouvement dû au diaphragme 43 du régulateur hydraulique, est ainsi réduit avec l'augmentation de l'altitude.
Cette caractéristique constitue un avantage considérable pour le système à combustible d'un moteur à turbine à gaz d'aviation, où le courant du combustible doit être modifié d'après l'altitude afin de maintenir une vitesse de rotation particulière du moteur.
Dans la fig. 2 il est illustré une variante de système à combustible décrit en se référant à la fig. 1, variante où la pom- pe à combustible est de type volumétrique fixe (par opposition à la pompe à débit variable montrée fig. 1) et où une forme modi- fiée de régulateur hydraulique à repères variables est illustrée.
Pour autant que le système de la fig. 2 est semblable à celui de la fig. 1, des nombres indicatifs pareils sont utilisés. Ainsi,
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le système comprend le premier régulateur hydraulique avec le diaphragme 29 et le diaphragme d'équilibre 37, le tiroir 34, et un second tiroir 42 agencé pour être tourné par un second régula- teur hydraulique et pour être déplacé axialement par la capsule répondant à la pression atmosphérique 58 par l'intermédiaire du servo-piston 55. Pareillement, la conduite d'alimentation en combustible des becs d'injection 21 du moteur est indiquée en 39 avec le robinet 68, la conduite d'amenée du combustible sous pres- sion étant indiquée en 17, communiquant avec la lumière 35.
Dans le système illustré fig. 2, la pompe à combustible 70, du type volumétrique fixe, c'est-à-dire une pompe à engrenage, est menée par le moteur à une vitesse proportionnelle à sa vitesse de rotation. Cette pompe aspire le combustible d'un réservoir, illustré schématiquement en 16, par le tuyau aspirant 13, le ro- binet à combustible de basse pression 15 et le filtre de basse pression 14. Le débit du combustible refoulé par la pompe 70 par la conduite 71 est ainsi approximativement proportionnel à la vi- tesse de rotation du moteur, et ce courant passe par l'orifice variable 72 dont la dimension peut être modifiée par le mouvement du plongeur 73 dû au réglage du levier de commande de puissance 74.
Le plein courant de refoulement de la pompe 70 passe aussi par un orifice d'étranglement à section fixe 75 (équivalent à l'orifice fixe 25 de la f ig. 1). En aval de l'orifice 75, la conduite 71 rejoint la conduite 17 communiquant avec la lumière d'admission 35 commandée par le tiroir 34. Le combustible refoulé par la pompe 70 par la conduite 71 en surplus du courant passant par la conduite 17 vers le bec 21 est by-passé par un clapet de sûreté 76, le combustible en excès pénétrant dans la chambre du clapet 77, sous le clapet 78 par la conduite 79 et quittant le clapet de sûreté par le tuyau de sortie 80 pour retourner au ré- servoir 16. Le clapet 78 est chargé par un ressort de compression 81 et aussi par la pression hydraulique agissant sur le piston 82.
La pression hydraulique est appliquée par la conduite 83 en com-
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munication avec la conduite d'alimentation en combustible 39.
La conduite 83 est équivalente à la conduite 20 de la fig. 1 et la pression qui y règne sert à régler la pression dans la conduite 17 de façon que cette dernière pression dépasse la pression d'ali- mentation du bec d'injection du combustible d'une valeur sensi- blement prédéterminée, de sorte que la chute de pression dans le système est suffisante au fonctionnement des régulateurs, mais n'est pas excessive, particulièrement dans les conditions du fonc- tionnement en altitude ou en marche lente.
On notera que puisque le courant passant par l'orifice 75 est sensiblement directement proportionnel à la vitesse de rota- tion du moteur, une chute de pression a lieu entre les côtés du- dit orifice qui est approximativement proportionnelle au carré de la vitesse de rotation du moteur. La pression en amont de l'ori- fice 75 est transmise à la chambre 31 par la conduite 84 (équiva- lente à la conduite 30, fig. 1), et la pression en aval de l'ori- fice 75 est transmise à la chambre 32 par la conduite 85 (équiva- lente à la conduite 26, fig. 1).
Le diaphragme 37 (comme fig. 1) est chargée hydrauliquement par la pression régnant dans la cham- bre intermédiaire 36 et, par la communication par le passage 40, par la pression régnant dans la conduite 39, grâce à quoi le ti- roir 34 est actionné d'une manière semblable à celle qui a été dé- crite en se référant à la fig. 1.
En outre, l'orifice variable 72 est raversé par le courant de refoulement de la pompe 70, et, ainsi, pour toute position choisie de la soupape 73 par le déplacement du levier de commande 74, la chute de pression entre les deux côtés de l'orifice 72 est approximativement proportionnelle au carré de la vitesse de rota- tion du moteur. Cette chute de pression est appliquée à un dis- positif à piston et cylindre dont le piston 86 équivaut au dia- phragme 43 de la fig. 1. Le piston est chargé par un ressort comprimant 87. La pression en amont de l'orifice 72 est transmise à l'espace 88 du cylindre par une conduite 89, et la pression en aval de l'orifice 72 est transmise à l'espace 90 du cylindre par
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la conduite 91.
Le régulateur hydraulique ainsi constitué est le/ relié au tiroir 42 pour faire tourner d'une façon similaire à celle qui a été décrite en se référant à la fig. 1, bien que le remplacement de la charge par ressort à repère variable 47 de la fig. 1 par l'orifice variable 72 donne une caractéristique de régulation différente, ainsi qu'il sera décrit ci-dessous.
Le fonctionnement des deux systèmes décrits en se référant aux figs. 1 et 2 peut être saisi plus aisément en se référant aux figs. 3A, 3B, 4A et 4B.
En se référant aux Figs. 3A et 3B, il y est illustré les courbes entre les axes du débit du combustible (F) et de la vi- tesse de rotation du moteur (N); la fig. 3A indique les courbes pour le vol en basse altitude, et l'indice o étant utilisé, et la fig. 3B illustre les courbes pour le vol en haute altitude, l'indice 40 étant utilisé, désignant par exemple, les conditions du vol à l'altitude de 40.000 pieds.
Dans la fig. 3A, les lignes droites OAo (max) et OAo (min) montrent respectivement les lignes de débit maximum et minimum comme elles sont déterminées par le tiroir actionné par le premier régulateur hydraulique 34 et les sections maximum et minimum pos- sibles de la lumière 67 (les arrêts réglables, s'il y en a, étant dans une position fixe) lorsque le tiroir 42 est mis en position par la capsule d'altitude 58 pour le séjour à basse altitude. La ligne de combustible OAo (max) indique le débit lorsque le tiroir 42 est entièrement ouvert pour autant qu'il soit déplacé par le second régulateur hydraulique, et la ligne de combustible OAo (min; indique le débit lorsque le tiroir 42 est entièrement fermé pour autant qu'il soit déplacé par le second régulateur hydraulique.
La ligne des besoins en combustible du moteur est indiquée par ERo et cette ligne se trouve entre OAo (max) et OAo (min).
Dans la fig. 3B sont montrées les lignes de débit corres- pondantes AO40 (max) et AO40 (min), qui sont dues à la position
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donnée au tiroir 42 par la capsule de pression 58 soumise à la pression de haute altitude, par exemple, 40. 000 pieds. La ligne des besoins du moteur est indiquée en ER40.
Les figs. 4A et 4B illustrent schématiquement les fonctions différentes du second régulateur hydraulique à repères varia bles selon la fig. 1, où les repères sont modifiés par la variation de la charge sur le ressort 47, et, selon la fig. 2, où les modi- fications des repères sont obtenues par la modification de l'ori- fice, respectivement. Dans les Figs. 4A et 4B, la charge P agis- sant sur le diaphragme 43 ou le piston équivalent 86 (fig. 1 et 2 respectivement) est un des axes et la vitesse de rotation du mo- teur N est l'autre axe.
Bans la fig. 4A, puisque la chute de pression entre les deux côtés de l'orifice 25 est proportionnelle au carré de la vi- tesse N du moteur et que la charge sur le diaphragme 43 est pro- portionnelle à la chute de pression, il y a une courbe simple qui représente la relation entre la charge P sur le diaphragme 43 et la vitesse de rotation N du moteur. Cette courbe est représentée par la ligne OR. OP1 et OP2 mesurent respectivement deux charges sur le ressort 47 choisies d'avance au moyen du levier de commande 48. Ainsi, pour la charge choisie OP., lorsque la charge prove nant de la chute de pression entre les côtés de l'orifice 25 égale OP., le tiroir 42 va commencer à fermer la lumière et atteindra sa position de fermeture lorsque la charge égalera OP'1. En suppo- sant que le ressort 47 a un rapport de compression constant, P1 P'1 égale P2 P'2.
Les valeurs correspondantes de la vitesse de rotation du moteur pour lesquelles ce mouvement peut être repré- senté comme ayant lieu sont indiquées par 3 Ne #N'- L'ensemble de ces valeurs est appelé le "run-up" et, en se référant à la fig. 4A, l'on voit que pour la vitesse de rotation du moteur in- férieure le run-up est plus grand que pour la vitesse de rotation du moteur supérieure.
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En se référant maintenant à la fig. 4B, les courbes OR, et OR2 illustrent la charge exercée sur le piston 86 et due à la chute de pression entre les deux côtés de l'orifice variable 72 (fig. 2) pour deux mises en positions différentes de celui-ci.
Une mise en position intermédiaire est montrée par une courbe intermédiaire sans indicatif. OP représente la charge sur le ressort 87, correspondant à la pleine ouverture du tiroir 42 pour autant que le régulateur hydraulique actionne ce tiroir, et OP' indique la charge exercée par le ressort 87 lorsque le tiroir 42 est entièrement fermé par l'action du régulateur hydraulique.
Le run-up correspondant est indiqué par #N1 et #N2 pour les deux états de l'orifice OR, et OR2. Ainsi, pour la plus petite vitesse de rotation du moteur choisie par la courbe de l'orifice OR1, le run-up est moindre que pour la plus grande vitesse de rotation du moteur choisie par la courbe de l'orifice OR 2*
Le choix de la caractéristique de run-up par la modifica- tion de la charge exercée sur le ressort 47, fig. 1, ou par la modification de l'orifice 72, fig. 2, est déterminé selon les exigences particulières du moteur qui doit être réglé.
En se référant de nouveau aux figs. 3A et 3B, les carac- téristiques de run-up, comme elles sont illustrées par la fig.
4A à titre d'exemple, sont indiquées par des lignes pointillées montrant l'obturation effectuée par le second régulateur hydrau- lique, ces lignes d'obturation portant les indicatifs N1, N2, se rapportant respectivement aux deux vitesses choisies ayant les valeurs de run-up AN, AN' (ou bien #N1, AN2 lorsque les li- gnes d'obturation se rapportent au run-up de la fig. 4B).
En fonctionnement, la vitesse de rotation du moteur se sta- bilise à l'intersection des lignes d'obturation N1, N2 avec les lignes des besoins du moteur ERo et EN40. On notera que puisque les lignes des besoins du moteur ERo et ER40 se trouvent entre les lignes du débit maximum et minimum OAo (max), OA40 (max) et
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OAo (min), OA40 (min), la valeur de l'alimentation supplémentaire en combustible pendant l'accélération du moteur est limitée par la quantité représentée par la distance verticale entre les li- gnes des besoins du moteur et les lignes du débit maximum du com- bustible, et la valeur de la diminution de l'alimentation du mo- teur en combustible est représentée par la distance verticale en- tre les lignes du débit maximum du combustible et celles des be- soins du moteur.
De cette façon une suralimentation excessive ou une sousalimentation excessive en combustible sont évitées, particulièrement en altitude où le fonctionnement de la capsule sur le tiroir 42 provoque la réduction de la pente des lignes de débit OA40 par comparaison à la pente des lignes de débit OAo.
En se référant maintenant à la fig. 5, il y est illustré une variante de l'arrangement montré fig. 2. Bans cet arrange- ment, l'orifice d'étranglement fixe 75 est remplacé par un orifice d'étranglement 175 dont la section effective peut être modifiée selon la température de l'atmosphère- ambiante grâce à la com- mande par la capsule 176 qui répond aux variations de la tempéra- ture de l'atmosphère ambiante. Le rôle de cette capsule consiste à modifier la chute de pression entre les deux côtés de l'orifice étranglé 175 d'après la température ambiante en augmentant la section effective de l'orifice lors de la réduction de la tempéra- ture et vice versa.
Ainsi, la chute de pression agissant sur le diaphragme 29 est augmentée, augmentant ainsi le débit du combus- tible vers le moteur lors d'une réduction de la température am- biante, et faisant diminuer le débit du combustible lors d'une augmentation de la température ambiante. En combinaison avec la capsule répondant à la pression ambiante 58, la capsule 176 com- mande le débit du combustible vers le moteur exactement d'après la densité de l'air ..atmosphérique ambiant ou, lorsque les capsules répondent à la pression et à la température régnant dans le conduit de prise d'air du moteur, d'après la densité de l'air passant dans la prise d'air du compresseur.
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L'arrangement montré fig. 5 diffère aussi de l'arrangement montré fig. 2 par le fait qu'un by-pass 177 est prévu autour de l'orifice variable 72 et qu'un clapet de sûreté chargé par res- sort est prévu dans le by-pass de façon à s'ouvrir lorsque la chute de pression entre les deux côtés de l'orifice variable 72 dépasse une valeur prédéterminée. De cette façon, une diminution excessive du débit vers le moteur, par exemple, en cas d'une di- minution rapide de la vitesse du moteur, peut être évitée.
On notera que les particularités qui sont différentes/des deux systèmes illustrés respectivement par les figs. 1 et 2 peu- vent être modifiées en combinaison ; exemple, la commande de l'orifice variable peut être employée dans un système impliquant l'emploi d'une pompe régulatrice volumétrique fixe séparée, comme il est montré fig. 1. Dans certains cas, afin d'obtenir les ca- ractéristiques de run-up désirées, le régulateur hydraulique à repères variables peut comprendre à la fois la particularité de de la modification la charge exercée sur un ressort et aussi celle de la modification de la dimension d'un orifice d'étranglement.
En outre, le système peut être utilisé en combinaison avec un système de commande à température d'une espèce connue ou conve- nable , la fonction d'un tel système de commande à température étant de garantir que la température des gaz s'écoulant à travers le système à turbine du moteur ne dépasse pas une valeur prédéter- minée. Par exemple, un élément thermosensible tel qu'un thermo- couple ou un thermomètre à résistance situé dans le conduit d'é- chappement du moteur peut présenter une tension électrique lors- que la valeur prédéterminée de la température est dépassée, ten- sion qui donne lieu à un courant lequel est amplifié par un ampli- ficateur électronique convenable afin d'actionner un dispositif de commande de l'alimentation en combustible pour réduire l'ali- mentation en combustible du moteur.
En appliquant un tel système à l'arrangement décrit en se référant aux figs: 1 et 2, le courant de l'amplificateur peut être utilisé pour-ouvrir une soupape by- pass de combustible de la conduite d'alimentation 39 ; une
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variante, il peut être utilisé pour appliquer une charge à la capsule 58 dans un sens où l'alimentation en combustible est réduite, c'est-à-dire, en simulant une augmentation de l'altitu- de ; une autre variante encore peut être utilisée pour modifier l'orifice d'étranglement 25 ou 72.
Le système décrit en se référant aux Figs. 1 et 2 convien- nent particulièrement pour l'emploi avec le moteur à turbine à gaz utilisé pour la propulsion des aéronefs, dans lesquels la poussée propulsive est due à la grande vitesse de sortie du cou- rant des gaz d'échappement, la vitesse de rotation de l'assemblage des rotors du compresseur et de la turbine étant déterminée par l'alimentation en combustible du moteur. L'invention est aussi applicable aux moteurs à turbine à gaz desquels on retire une puissance motrice à l'arbre, puissance utilisée par exemple, pour l'attaque d'une hélice ou d'un ventilateur placé dans un conduit.
Dans ces cas, on s'arrange de préférence de façon que la charge imposée par l'hélice soit réglée au moyen d'un système de commande à température tel que le système esquissé ci-dessus, afin d'éviter la production de températures trop élevées dans la turbine.
REVENDICATIONS.
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"Improvements made or relating to control devices for fuel systems of gas turbine engines.
The present invention relates to fuel systems for gas turbine engines which include a mechanism hereinafter referred to as a "hydraulic regulating device" comprising a pressure responsive device for effecting a modification in the gas turbine engine. supply of fuel to the engine as a result of its response to pressure changes and arranged to respond
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to the pressure drop between two sides of a throttle device through which a fluid is caused to flow by a pump of fixed positive displacement carried out at a speed proportional to the speed of rotation of the engine.
In the fuel system of a gas turbine engine, it is desirable to prevent an excessive supply of fuel during acceleration and to ensure an adequate supply of fuel during deceleration, since a fuel supply is required. Too rich or too lean may cause the combustion to be extinguished in the combustion equipment.
In the fuel system of a gas turbine engine employed for the propulsion of aircraft, it is desirable to ensure that the fuel supply is appropriately altered according to variations in altitude in flight. . With increasing altitude, the amount of air passing to the combustion equipment decreases and the amount of fuel supplied must similarly be decreased.
It is an object of the present invention to provide a fuel system for a gas turbine engine which satisfies one or more of these desiderata.
According to the present invention, a fuel system for a gas turbine engine comprises a pump for supplying fuel to the engine and a device for controlling the flow from the fuel pump to the engine, comprising a first hydraulic regulating device. which operates to limit, for each instantaneous rotational speed of the accelerating engine, a pre-selected maximum fuel feed rate, which maximum feed rate exceeds the engine's requirements for steady state operation at each of said speeds, and a second hydraulic regulator device having a variable mark intended to select in advance a speed of engine speed,
which hydraulic regulating device operates
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to control the fuel supply to the engine to determine and maintain such a desired speed.
According to another aspect of the present invention, a fuel system for a gas turbine engine may include a fuel pump for supplying fuel to the engine and a device for controlling the flow of fuel from the pump to the engine. , comprising two hydraulic regulating devices one of which is arranged to regulate the pressure drop between the two sides of a valve actuated by the second hydraulic regulating device so that it depends on the rotational speed of the engine and said second hydraulic regulator device which has a variable mark for selecting in advance a revolving speed and which is arranged to regulate the fuel supply to the engine through a valve actuated by it to determine and maintain the rotational speed
chosen in advance.
According to yet another feature of the present invention, a fuel system for a gas turbine engine can comprise a fuel supply pump, a fuel injection device supplied with fuel by the pump, at least two devices. throttle valve located in series between the fuel supply pump and the fuel injection device, a first hydraulic regulator, the pressure-responsive device of which is subjected at least to the pressure existing between the two devices valve throttle, and, preferably, loaded by the pressure drop between the two sides of the second valve throttle device and a second hydraulic regulator device arranged to control said second / valve throttle devices,
said second hydraulic regulator device having a mark which can be changed to select in advance a rotational speed of the engine, whereby said regulator device operates to control
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supplying fuel to the fuel injection device so as to determine and maintain the rotational speed selected in advance.
According to yet another aspect of the present invention, a fuel system for a gas turbine engine may include a fuel pump arranged to supply fuel to the engine and a device for controlling the flow of fuel from the pump to the engine. engine comprising a first hydraulic regulating device the pressure responsive device of which is arranged to actuate a valve device controlling the flow of fuel from the pump into a chamber, a valve device controlling the flow of fuel out of the chamber. from this chamber to the engine and a second hydraulic regulator device which operates to control said second valve device,
said first hydraulic regulating device being arranged to control said first valve device so that the pressure drop between the two sides of the second valve device is proportional to the square of the rotational speed of the engine, and a control device control operatively connected to said second hydraulic regulator device to select in advance an engine rotational speed, said regulators operative to control the fuel supply to the engine so as to determine to maintain the selected engine speed of advance by said control device.
The control device associated with the second hydraulic regulating device in order to select in advance a rotational speed of the engine may include a device for modifying an elastic load against which the pressure drop between the two sides of the device is exerted. 'throttling of this regulator; in a variant, the choice of the rotational speed of the motor can be made by modifying the degree of throttling of the device.
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throttle valve associated with the second hydraulic regulator. In some cases, the characteristic of the variable load may be combined with that of the variable throttle device.
According to yet another feature of the invention, the flow of fuel to the fuel injection device is further controlled by a valve actuated by a pressure-sensitive device subjected to the pressure determined by one of the engine operating variables. Preferably, in the application of the present invention to aviation gas turbine engines, this pressure sensitive device is subjected to ambient pressure or air intake pressure, whereby power to the engine in fuel varies with altitude.
In one form of the invention, the valve device actuated by the second hydraulic regulator is further controlled by the pressure sensitive device; For example, it may have two directions of movement, movement in one direction being performed under control of the pressure sensitive device, and movement in the other direction being controlled by the second hydraulic regulator.
The fuel systems according to the invention ensure, thanks to the operation of the first hydraulic regulator device, the limitation of the maximum possible supply of fuel to the engine according to the instantaneous speed of rotation of the latter; and, by virtue of the operation of the second hydraulic regulating device, the modification of the fuel supply from this maximum value to that required by the speed of rotation selected in advance for the engine; by virtue of the operation of the device sensitive to the altitude pressure, when the system includes one, the reduction of this maximum fuel supply with the increase in altitude.
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In one embodiment of the invention, the fuel system comprises a fuel pump of the kind where the positive displacement can be changed and, in addition, a pump of fixed positive displacement, driven at a speed proportional to the displacement. the rotational speed of the motor, which sends a current of hydraulic fluid through a throttle device associated with the two hydraulic regulating devices.
In another embodiment of the invention, the pump supplying fuel to the engine is of the species with a fixed volumetric capacity and is driven at a speed proportional to the speed of rotation of the engine, and this pump, in addition to supplying the motor, it delivers the fuel through a throttling device associated with the hydraulic regulator device, the current being proportional to the speed of rotation of the motor.
Some embodiments of the invention are illustrated schematically in the accompanying drawings where: FIG. 1 illustrates a fuel system where a pump separate from the main fuel pump is provided to supply pressurized fluid to the hydraulic regulators and the main fuel pump is of the variable flow type. fig. 2 illustrates a variant of the fuel system illustrated in FIG. 1, where the main fuel pump also supplies pressurized fluid to the hydraulic regulating devices, figs. 3A, 3B, 4A, 4B graphically illustrate the operation of the hydraulic controls of the control systems illustrated in Figs. 1 and 2, and fig. 5 represents a variant of the arrangement shown in FIG. 2.
Referring to fig. 1, the fuel system comprises a main fuel pump 10, for example, of the multi-plunger reciprocating type, the volumetric capacity of which can
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be modified by a piston 11 acting by the lever 12. The fuel enters the pump through the suction pipe 13 which comprises a low pressure filter 14 and a low pressure valve 15, operated by hand. A fuel supply tank is shown schematically at 16. The pump delivery pipe is shown at 17 where a pipe 18 connects to the cylinder, where the piston 11 operates, in order to charge the latter into the cylinder. direction in which the piston stroke is reduced.
The piston is loaded in the opposite direction by a spring 19 and also by the hydraulic pressure supplied in a manner described in more detail below, by a pipe 20 leading from the pipe 39 supplying the fuel injectors of the engine. One of these is illustrated in 21.
In addition to the aforementioned variable displacement pump, there is another pump driven by the motor at a rotational speed proportional to that of the motor. This pump, which has a substantially constant volumetric capacity, sucks the fuel from the supply pipe 13 via a pipe 23 and delivers it into the pipe 24. The flow through the pump is thus substantially directly proportional to the flow. speed of the motor. This current is employed in hydraulic regulating systems and passes through a fixed regulating port 25 and from there through a line 26, a chamber 32 and a return line 27, back to the supply pipe 13.
Note that since the discharge current from the pump 22 is substantially proportional to the rotational speed of the motor and the regulator orifice 25 is of fixed size, a pressure drop takes place between the two sides of this orifice. , as between the conduits 24 and 28 from which the conduit 26 derives, a pressure drop which is approximately proportional to the square of the rotational speed of the engine. This pressure drop is applied to diaphragm 29, the pressure in
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upstream of the orifice being introduced by a pipe 30 coming from the pipe 24 to the chamber 31 and the pressure downstream of the orifice being introduced by the pipe 26 into the chamber 32 as described above.
The diaphragm 29 is connected to a rod 33 carrying a slide 34 arranged to cooperate with a slot 35 at the outlet end of the fuel delivery pipe 17. The slide 34 thus controls the current coming from the supply pipe. 17 to an intermediate pressure chamber 36. The pressure prevailing in this chamber acts on another diaphragm 37 connected by the rod 3 $ with the spool 34, the diaphragm 37 being further loaded by the pressure prevailing in the pipe 39, which provides the fuel to the fuel injecting devices such as the nozzle 21 of the engine. The pressure is transmitted through the passage 40 to the chamber 41, the diaphragm 37 of which constitutes a wall.
Note that the spool 34 is controlled with regard to its position by the balance of the loads exerted on the diaphragms 29 and 37. The load on the diaphragm 29 is approximately proportional to the square of the speed of rotation of the valve. engine, and the load on the diaphragm 37 is proportional to the pressure drop existing between the chamber 36 and the fuel supply line 39 leading to the fuel injectors 21.
A second hydraulic regulating mechanism is provided to control another spool indicated at 42 and located between the intermediate chamber 36 and the pipe 39. This spool can be moved in two directions and is arranged to be rotated by a hydraulic regulator device and to be moved. axially by an altitude sensitive device. The regulator device comprises a diaphragm 43 which is subjected to the pressure drop between the two sides of the regulator orifice 25, the pressure upstream of the orifice being communicated to the chamber 45 by the connector.
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pick 44 (leaving from line 30), while the pressure downstream of the orifice is communicated to chamber 46 through line 28.
The diaphragm is further loaded by the spring 47, the spring loading being modified by a power control lever 48. The movement of the diaphragm is transmitted to the spool 42 by a rod 49 connected to the diaphragm and arranged to rotate. a lever 50 in order to rotate a shaft 51 which carries a hook 52 engaging axial grooves 53 formed in the drawer 42. Thus, the movements of the diaphragm 43 cause a corresponding rotational movement of the drawer 42. The grip of the butt 52 in the grooves 53, however, leaves freedom of axial movement to the slide 42.
A compressed spring 54 pushes the spool axially to the right, while the movement to the left is effected by a servo-mechanism driven by the pressure from the pressure drop between the two sides of the opening 35. , acting on a piston 55. This piston comprises a passage 56 through which a current passes controlled by means of a plunger 57 connected to a vacuum capsule 58 housed in a chamber 59, which is subjected to ambient atmospheric pressure by the pipe 60. This capsule is of the type which expands axially as a result of the reduction in the external pressure to which it is subjected.
The supply of pressurized fluid for the actuation of the servo-mechanism is led to the space 61 of the cylinder through the pipe 62 and the throttled orifice 63, while the space 64, on the other side of piston 55, communicates with intermediate chamber 36 through passage 65.
The operation of the servo-mechanism during expansion and contraction of the capsule 58 according to the changes in atmospheric pressure and the following: The section of the throttled orifice 63 is chosen in relation to the effective section of the passage 56 controlled by the plunger 57 so as to maintain the balance of the hydraulic loads on the piston 55. Thus,
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when the capsule 58 expands, the plunger 57 closes the passage 56 and a servo-pressure occurs in the space 61 which causes the piston 55 to move to the left and adjusts the position of the spool 42 against the action of the spring 54 until an equilibrium position is reached.
A contraction of the capsule 58 opens the passage 56, equalizing the pressures on both sides of the piston 55, so that the spool 42 then moves under the load of the spring 54 so as to follow the movement of the plunger 57.
The fuel system also includes a high pressure valve 68 which is placed on the fuel supply line 39 and is used for starting and stopping the engine.
Now considering the operation of the additional spool 42, it should be noted that this spool is designed to modify the pressure in the intermediate chamber 36 so as to suit it to the operating conditions of the engine chosen by switching on the valve. lever 48 in a certain position, and also to maintain the selected operating conditions regardless of variations in altitude. The drawer therefore has an opening 66 of rectangular shape cooperating with the slot 67 located at the inlet of the pipe 39 supplying the fuel to the fuel injection device.
The arrangement is such that the axial movement of the slide to the left causes the closing of the slot 67, while the rotating movement of the slide to the left causes the closing of the slot 67, while the rotating movement of the slot. drawer from the upward movement of the diaphragm also causes the lumen to close.
Considering the operation of the two hydraulic regulators and neglecting the effect of the altitude capsule 58, we observe that the spool 42 will modify the pressure in the intermediate chamber 36 by introducing an additional constriction in the current of line 39, this constriction increasing when the hydraulic regulator comprising the diaphragm
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43 is subjected to the effects of an engine speed exceeding the speed chosen by the positioning of the lever 48, that is to say when the pressure drop between the chambers 45 and 46 exerts a load exceeding the load due to the spring 47.
In a variant, if the hydraulic regulator is subjected to the effects of a speed less than the speed chosen by the positioning of the lever 48, that is to say, when the load exerted by the pressure drop between the chambers 45 and 46 is overcome by the spring 47, the spool 42 will open the lumen, reducing the throttling of the flow of fuel between the chamber 36 and the supply line 39.
The pressure difference between the supply line 39 and the chamber 36 is, however, maintained so as to be substantially proportional to the square of the engine speed of rotation, this pressure difference being determined by the balance of the hydraulic loads. which are exerted on the diaphragms 29 and 37.
When lever 48 is moved to speed up the engine, spring 47 is compressed and spool 42 rotates to open lumen 67. The maximum amount of fuel that can pass to injectors 21 when lumen 67 is full - However open depends on the cross section of the lumen and the pressure difference between the two sides of the lumen. The pressure difference is kept substantially proportional to the square of the engine rotational speed, so that the maximum amount of fuel that can pass to the injectors is proportional to the engine speed.
When the lever 48 is moved so as to slow the engine down, the spool 42 rotates so as to close the lumen 67, but it is not free to close it completely, so that the minimum quantity of fuel which can be s' flow towards the motor, which depends on the cross section of the light 67 when the spool 42 is turned as far as possible in the direction of the light closing, is also proportional to the speed of the motor.
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The angle in which the spool 42 can rotate to close or open the lumen 67 can be limited by stops which can be adjustable so that the maximum or minimum current obtainable at any speed can be set.
These characteristics constitute a considerable advantage since it is desirable to limit the maximum and minimum possible flow of fuel to a gas turbine engine based on the engine rotational speed, in order to ensure that the combustion does not go out. in the combustion equipment as a result of a large and sudden change in the amount of fluid supplied.
The operation of the altitude capsule 58 can be understood by considering the movement of the spool 42 under control of the capsule independently of the rotational movement of the spool effected by the hydraulic regulator. The effect of the $ 5 capsule is to introduce an additional constriction between the intermediate chamber 36 and the fuel supply line 39, which constriction is a function of atmospheric pressure and which increases with altitude. The maximum possible current to line 39, that is to say, maximum considering that the drawer is fully open only by movement due to diaphragm 43 of the hydraulic regulator, is thus reduced with increasing pressure. altitude.
This feature is of considerable benefit to the fuel system of an aviation gas turbine engine, where the flow of fuel must be altered with altitude in order to maintain a particular engine rotational speed.
In fig. 2 there is illustrated a variant of the fuel system described with reference to FIG. 1, variant where the fuel pump is of the fixed positive displacement type (as opposed to the variable displacement pump shown in fig. 1) and where a modified form of hydraulic regulator with variable marks is illustrated.
Insofar as the system of FIG. 2 is similar to that of FIG. 1, such indicative numbers are used. So,
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the system comprises the first hydraulic regulator with the diaphragm 29 and the balance diaphragm 37, the spool 34, and a second spool 42 arranged to be rotated by a second hydraulic regulator and to be moved axially by the capsule responding to the atmospheric pressure 58 via the servo-piston 55. Similarly, the fuel supply line to the injection nozzles 21 of the engine is indicated at 39 with the tap 68, the fuel supply line under pressure being indicated at 17, communicating with light 35.
In the system illustrated in fig. 2, the fuel pump 70, of the fixed positive displacement type, that is to say a gear pump, is driven by the motor at a speed proportional to its speed of rotation. This pump sucks the fuel from a tank, shown schematically at 16, through the suction pipe 13, the low pressure fuel valve 15 and the low pressure filter 14. The fuel flow rate delivered by the pump 70 through the pipe 71 is thus approximately proportional to the speed of rotation of the motor, and this current passes through the variable orifice 72, the size of which can be changed by the movement of the plunger 73 due to the adjustment of the power control lever 74.
The full discharge flow from pump 70 also passes through a fixed section throttle port 75 (equivalent to fixed port 25 in Fig. 1). Downstream of the orifice 75, the pipe 71 joins the pipe 17 communicating with the intake port 35 controlled by the spool 34. The fuel delivered by the pump 70 through the pipe 71 in excess of the current flowing through the pipe 17 to the spout 21 is by-passed through a safety valve 76, the excess fuel entering the chamber of the valve 77, under the valve 78 through the pipe 79 and leaving the safety valve through the outlet pipe 80 to return to the re - servoir 16. The valve 78 is loaded by a compression spring 81 and also by the hydraulic pressure acting on the piston 82.
Hydraulic pressure is applied through line 83 in combination
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communication with fuel supply line 39.
Line 83 is equivalent to line 20 of FIG. 1 and the pressure therein serves to adjust the pressure in the pipe 17 so that the latter pressure exceeds the supply pressure of the fuel injection nozzle by a substantially predetermined value, so that the The pressure drop in the system is sufficient for the operation of the regulators, but is not excessive, particularly under the conditions of operation at altitude or in slow travel.
Note that since the current passing through port 75 is substantially directly proportional to the rotational speed of the motor, a pressure drop occurs between the sides of said port which is approximately proportional to the square of the rotational speed. of the motor. The pressure upstream of the port 75 is transmitted to the chamber 31 through the line 84 (equivalent to the line 30, fig. 1), and the pressure downstream of the port 75 is transmitted to chamber 32 through line 85 (equivalent to line 26, fig. 1).
The diaphragm 37 (as fig. 1) is hydraulically loaded by the pressure prevailing in the intermediate chamber 36 and, by communication through the passage 40, by the pressure prevailing in the pipe 39, whereby the drawer 34 is operated in a manner similar to that which has been described with reference to FIG. 1.
Further, the variable orifice 72 is flooded by the discharge flow of the pump 70, and thus, for any position chosen of the valve 73 by the movement of the control lever 74, the pressure drop between the two sides of the valve. orifice 72 is approximately proportional to the square of the rotational speed of the engine. This pressure drop is applied to a piston and cylinder device, the piston 86 of which is equivalent to the diaphragm 43 of FIG. 1. The piston is loaded by a compressing spring 87. The pressure upstream of the port 72 is transmitted to the space 88 of the cylinder through a line 89, and the pressure downstream of the port 72 is transmitted to the cylinder. space 90 of the cylinder by
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driving 91.
The hydraulic regulator thus constituted is the / connected to the spool 42 to rotate in a manner similar to that which has been described with reference to FIG. 1, although the replacement of the load by variable mark spring 47 in fig. 1 through the variable orifice 72 gives a different control characteristic, as will be described below.
The operation of the two systems described with reference to figs. 1 and 2 can be entered more easily by referring to figs. 3A, 3B, 4A and 4B.
Referring to Figs. 3A and 3B, there are illustrated the curves between the axes of the fuel flow rate (F) and of the engine speed (N); fig. 3A indicates the curves for the flight at low altitude, and the index o being used, and FIG. 3B illustrates the curves for high altitude flight, index 40 being used, designating for example, the conditions of flight at an altitude of 40,000 feet.
In fig. 3A, the straight lines OAo (max) and OAo (min) respectively show the maximum and minimum flow lines as they are determined by the spool actuated by the first hydraulic regulator 34 and the maximum and minimum possible sections of the lumen 67 (the adjustable stops, if any, being in a fixed position) when the drawer 42 is put into position by the altitude capsule 58 for the stay at low altitude. The OAo fuel line (max) indicates the flow rate when the spool 42 is fully open as far as it is moved by the second hydraulic regulator, and the OAo fuel line (min; indicates the flow rate when the spool 42 is fully closed. as long as it is moved by the second hydraulic regulator.
The engine fuel requirement line is indicated by ERo and this line is between OAo (max) and OAo (min).
In fig. 3B are shown the corresponding flow lines AO40 (max) and AO40 (min), which are due to the position
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given to the spool 42 by the pressure capsule 58 subjected to the high altitude pressure, for example, 40,000 feet. The line of motor requirements is indicated in ER40.
Figs. 4A and 4B schematically illustrate the different functions of the second hydraulic regulator with variable marks according to FIG. 1, where the marks are modified by the variation of the load on the spring 47, and, according to FIG. 2, where the changes of the registration marks are obtained by the modification of the orifice, respectively. In Figs. 4A and 4B, the load P acting on the diaphragm 43 or the equivalent piston 86 (fig. 1 and 2 respectively) is one of the axes and the rotational speed of the motor N is the other axis.
In fig. 4A, since the pressure drop between the two sides of the port 25 is proportional to the square of the motor speed N and the load on the diaphragm 43 is proportional to the pressure drop, there is a simple curve which represents the relation between the load P on the diaphragm 43 and the speed of rotation N of the motor. This curve is represented by the OR line. OP1 and OP2 respectively measure two loads on the spring 47 chosen in advance by means of the control lever 48. Thus, for the selected load OP., When the load from the pressure drop between the sides of the orifice 25 equals OP., drawer 42 will start to close the light and reach its closed position when the load equals OP'1. Assuming that the spring 47 has a constant compression ratio, P1 P'1 equals P2 P'2.
The corresponding values of the rotational speed of the motor for which this movement can be represented as taking place are indicated by 3 Ne # N'- The set of these values is called the "run-up" and, with reference to in fig. 4A, it can be seen that for the lower motor rotation speed the run-up is greater than for the higher motor rotation speed.
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Referring now to fig. 4B, the curves OR, and OR2 illustrate the load exerted on the piston 86 and due to the pressure drop between the two sides of the variable orifice 72 (FIG. 2) for two different positions of the latter.
An intermediate position is shown by an intermediate curve without code. OP represents the load on the spring 87, corresponding to the full opening of the spool 42 insofar as the hydraulic regulator actuates this spool, and OP 'indicates the load exerted by the spring 87 when the spool 42 is fully closed by the action of the hydraulic regulator.
The corresponding run-up is indicated by # N1 and # N2 for the two states of orifice OR, and OR2. Thus, for the lowest engine rotation speed chosen by the curve of the OR1 port, the run-up is less than for the highest motor rotational speed chosen by the curve of the OR 2 port *
The choice of the run-up characteristic by modifying the load exerted on the spring 47, fig. 1, or by modifying the orifice 72, fig. 2, is determined according to the particular requirements of the engine to be tuned.
Referring again to Figs. 3A and 3B, the run-up characteristics, as shown in fig.
4A by way of example, are indicated by dotted lines showing the obturation effected by the second hydraulic regulator, these obturation lines bearing the codes N1, N2, relating respectively to the two speeds chosen having the values of run -up AN, AN '(or else # N1, AN2 when the shutter lines refer to the run-up of fig. 4B).
In operation, the engine rotation speed stabilizes at the intersection of the shutter lines N1, N2 with the engine demand lines ERo and EN40. Note that since the lines of the ERo and ER40 engine requirements are located between the lines of the maximum and minimum flow OAo (max), OA40 (max) and
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OAo (min), OA40 (min), the value of the additional fuel supply during engine acceleration is limited by the amount represented by the vertical distance between the lines of the engine demand and the lines of the maximum flow of fuel, and the amount of decrease in fuel feed to the engine is represented by the vertical distance between the lines of maximum fuel flow and those of engine needs.
In this way, excessive supercharging or underfeeding with fuel is avoided, particularly at altitude where the operation of the capsule on spool 42 causes the slope of the OA40 flow lines to be reduced compared to the slope of the OAo flow lines.
Referring now to fig. 5, there is illustrated a variant of the arrangement shown in FIG. 2. In this arrangement, the fixed throttle orifice 75 is replaced by a throttle orifice 175, the effective section of which can be modified according to the temperature of the ambient atmosphere thanks to the control by the capsule. 176 which responds to variations in the temperature of the ambient atmosphere. The role of this capsule is to modify the pressure drop between the two sides of the constricted orifice 175 according to the ambient temperature by increasing the effective cross section of the orifice when the temperature is reduced and vice versa.
Thus, the pressure drop acting on the diaphragm 29 is increased, thus increasing the flow of fuel to the engine during a reduction in ambient temperature, and causing the flow of fuel to decrease during an increase in temperature. Room temperature. In combination with the ambient pressure responsive capsule 58, the capsule 176 controls the flow of fuel to the engine exactly based on the density of the ambient air or, when the capsules respond to pressure and pressure. the temperature in the engine air intake duct, based on the density of the air passing through the compressor air intake.
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The arrangement shown in fig. 5 also differs from the arrangement shown in fig. 2 by the fact that a bypass 177 is provided around the variable orifice 72 and that a spring loaded safety valve is provided in the bypass so as to open when the pressure drop between the two sides of the variable orifice 72 exceeds a predetermined value. In this way, an excessive decrease in the flow rate to the motor, for example, in the event of a rapid decrease in motor speed, can be avoided.
It will be noted that the features which are different from the two systems respectively illustrated by FIGS. 1 and 2 can be changed in combination; For example, the variable orifice control may be employed in a system involving the use of a separate fixed positive displacement regulating pump, as shown in fig. 1. In some cases, in order to achieve the desired run-up charac- teristics, the hydraulic variable-point regulator may include both the peculiarity of modifying the load on a spring and also that of modifying the spring load. the size of a throttle hole.
Further, the system can be used in combination with a temperature control system of a known or suitable kind, the function of such a temperature control system being to ensure that the temperature of the gases flowing at through the engine turbine system does not exceed a predetermined value. For example, a thermosensitive element such as a thermocouple or a resistance thermometer located in the exhaust duct of the engine may present an electrical voltage when the predetermined value of the temperature is exceeded, which voltage is exceeded. gives rise to a current which is amplified by a suitable electronic amplifier to operate a fuel supply control device to reduce the fuel supply to the engine.
Applying such a system to the arrangement described with reference to Figs: 1 and 2, the current from the amplifier can be used to open a fuel bypass valve of the supply line 39; a
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Alternatively, it can be used to apply a load to capsule 58 in a direction where the fuel supply is reduced, i.e., by simulating an increase in altitude; yet another variant can be used to modify the throttle orifice 25 or 72.
The system described with reference to Figs. 1 and 2 are particularly suitable for use with the gas turbine engine used for the propulsion of aircraft, in which the propulsive thrust is due to the high outlet speed of the exhaust gas stream, the speed the rotation of the compressor and turbine rotor assembly being determined by the fuel supply to the engine. The invention is also applicable to gas turbine engines from which drive power is removed from the shaft, power used for example, for driving a propeller or a fan placed in a duct.
In these cases, it is preferably arranged so that the load imposed by the propeller is regulated by means of a temperature control system such as the system sketched above, in order to avoid the production of excessively high temperatures. high in the turbine.
CLAIMS.
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