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" Perfectionnements apportés ou relatifs à des systèmes à combustible pour moteurs à turbine à gaz Il*
La présente invention a trait à des systèmes à combus- tible pour moteurs à turbine à gaz. De tels moteurs comprennent normalement un système à compresseur refoulant l'air dans un appareil de combustion dans lequel du combustible liquide est injecté au moyen de becs d'injection du combustible, les produits de la combustion passant à travers un système à turbine afin d'actionner le compresseur. Un tel moteur peut être utilisé pour
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la propulsion par réaction des aéronefs et/ou une puissance à l'arbre à utiliser à l'extérieur peut être obtenue du système à turbine, par exemple, pour attaquer une hélice.
Bien que l'in- vention s'applique tout d'abord à des systèmes à combustible pour moteurs à turbine à gaz pour aéronefs, elle trouve aussi son application aux moteurs à turbine à gaz employés dans d'au- tres buts.
Des formes connues de systèmes à combustible des- tinés à de tels moteurs comprennent une pompe refoulant du combustible liquide sous pression vers les injecteurs de com- bustible, par l'intermédiaire-d'un dispositif régulateur agencé pour modifier la pression du combustible au niveau des injec- teurs de combustible et pour commander ainsi le débit du com- bustible suivant la position du dispositif de régulation.
Une difficulté s'est produite avec de tels systèmes à combustible par le fait que l'alimentation en combustible du moteur dans des conditions transitoires, lors de l'accélération, peut être excessive par suite de la rapidité de l'ouverture du dispositif régulateur en comparaison de la lenteur relative de l'accélération du moteur. Le combustible en excès pendant l'accé- lération donne lieu à des phénomènes indésirables, par exemple, au surchauffage des organes de l'appareil de combustion et de la turbine et il peut aussi provoquer l'extinction de la combus- tion si le mélange air-combustible devient trop riche. En outre, avec certains moteurs, des températures de combustion excessi- ves survenant pendant l'accélération peuvent entraîner le " forçage " du compresseur.
On notera également que, dans le cas des moteurs à turbine à gaz d'aviation, le degré de suraliment tation.pendant l'accélération peut augmenter à haute altitude par suite de la réduction de la puissance disponible qui peut être développée pour l'accélération du rotor du moteur dans des conditions où la densité de l'air ambiant est réduite.
Il est par conséquent désirable de prévoir, dans le système à combustible d'un moteur à turbine à gaz tel que ceux
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employés pour la propulsion des aéronefs, un dispositif qui, pendant l'accélération du moteur, maintient l'alimentation en combustible entre des limites définies, si bien que les phéno- mènes indésirables susmentionnés sont évités.
Il a été proposé de prévoir un dispositif conçu dans ce but, comprenant un dispositif limitant la pression du combus- tible au niveau des becs d'injection pendant l'existence des conditions transitoires en établissant un équilibre entre la pression du combustible au niveau des becs d'injection et la pression instantanée de refoulement du compresseur du moteur.
Dans cet arrangement, les caractéristiques du dispositif de commande dépendent des caractéristiques d'écoulement sous pres- sion des becs d'injection employés dans le système à combusti- ble et, dans certains cas, cela s'avère désavantageux ; en outre, cet arrangement ne permet pas un choix aisé des caractéristiques de la commande de façon à faire face à différentes caractéris- tiques d'accélération de divers moteurs.
Selon la présente invention, un système à combustible de moteur à turbine à gaz comprenant une pompe à combustible, des injecteurs de combustible, un dispositif à marche continue destiné à commander l'écoulement du combustible vers les injec- teurs de combustible suivant un régime choisi de marche constan- te et un mécanisme déterminateur de régime destiné à choisir le régime, comprend un dispositif de commande de l'accélération destiné à commander l'écoulement du combustible à travers les injecteurs de combustible pendant l'accélération du moteur, lequel dispositif de commande de l'accélération comprend un dis- positif d'étranglement d'écoulement de combustible situé sur une conduite où passe le débit effectif du combustible s'écou- lant vers les injecteurs de combustible,
et ayant un étrangle- ment effectif que ne modifie pas directement le mécanisme déter- minateur de régime, un premier dispositif sensible à la pres- sion soumis à la chute de pression entre les deux côtés du dis- positif d'étranglement, et un second dispositif sensible à la
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soumis à la pression pression/de refoulement du système à compresseur ou bien à une partie de celle-ci, et un dispositif destiné à modifier l'écoule- ment du combustible, les dispositifs sensibles à la pression agissant de façon à exercer des charges opposées sur le disposi- tif modifiant l'écoulement du combustible pour limiter ainsi l'écoulement effectif du combustible d'après la pression de refoulement du compresseur.
Dans la présente description, le terme " pression atmosphérique " comprend la pression atmosphérique statique et la pression atmosphérique statique modifiée par la hauteur baro- métrique dynamique due au mouvement de l'aéronef vers l'avant ou par les conditions régnant dans la prise d'air du compres- seur du moteur ou bien à la fois par le mouvement vers l'avant et les conditions régnant dans la prise d'air.
De préférence, le second dispositif sensible à la pression est soumis à la pression de refoulement absolue du système à compresseur ou à une partie de celle-ci ou à une combinaison de la pression de refoulement absolue et de la pres- siom atmosphérique. Le dispositif déterminateur de régime peut, par exemple, comprendre un régulateur à main placé sur la con- duite de refoulement du combustible, ou bien le dispositif dé- terminateur de régime peut être agencé de façon à choisir une température en un point du moteur ou une vitesse de rotation du moteur, et le dispositif à marche constante, destiné à com- mander l'écoulement du combustible vers les injecteurs, peut être agencé de façon à maintenir la température ou la vitesse de rotation choisies,
le dispositif de commande de l'accéléra- tion venant à dominer la fonction de celui-ci pendant la durée des conditions transitoires de l'accélération.
Le choix de l'invention permet de rendre le fonction- nement du dispositif de commande de l'accélération indépendant des caractéristiques d'écoulement sous pression des injecteurs de combustible, le dispositif de commande d'accélération agis- sant en fonction de l'écoulement effectif de combustible vers
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les injecteurs.
De préférence, un dispositif est prévu pour rendre inactif le dispositif de commande d'accélération, soit automati- quement soit manuellement. Ainsi, suivant une autre particula- rité de l'invention, le dispositif de commande d'accélération peut être rendu inactif dans le cas où se trouve réalisée une condition de marche du moteur choisie d'avance, ou une condi- tion fonction de la première, par exemple, une vitesse de ro- tation du moteur choisie d'avance, un rapport de compression choisi d'avance du système à compresseur ou une condition choi- sie d'avance de l'écoulement du combustible dans le moteur.
Dans une variante ou en outre, une commande à main peut être prévue pour rendre inactif le dispositif de commande d'accélération dans certaines conditions.
Dans une forme de l'invention dans laquelle le dis- positif de commande d'accélération est rendu inactif lorsque se trouve atteinte une valeur prédéterminée du débit effectif de l'écoulement du combustible vers les injecteurs de combus- tible, le dispositif d'étranglement de l'écoulement comprend une combinaison de ce dernier dispositif ( dont la section peut varier selon le débit qui y passe) et d'une soupape destinée à by-passer le dispositif d'étranglement de l'écoulement, la- quelle soupape devient active lors de l'établissement d'un dé- bit choisi d'avance,
par suite de quoi la chute de pression entre les deux côtés du dispositif d'étranglement varie comme une fonction choisie du débit jusqu'à une valeur choisie d'a- vance du débit où la soupape de by-pass s'ouvre pour maintenir la chute de pression sensiblement constante pour les débits supérieurs à ladite valeur. De cette façon, la commande d'accé- lération peut être utilisée pour effectuer la commande de l'é- coulement du combustible à travers les injecteurs de combusti- ble jusqu'au débit pour lequel s'ouvre la soupape de by-pass, tandis que pour des débits supérieurs à ce débit, la commande devient inactive.
Puisque la soupape de by-pass s'ouvre à par-
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tir d'un débit choisi de combustible s'écoulant vers le moteur et puisque le débit de combustible nécessaire pour maintenir une vitesse choisie du moteur décroît avec l'augmentation de l'altitude ( ou la diminution de la pression atmosphérique), la vitesse du moteur à laquelle la commande d'accélération devient inactive augmente avec l'augmentation de l'altitude, si bien que la limite de la vitesse du moteur au-dessus de laquelle la commande est active augmente avec l'augmentation de l'alti- tude.
Dans un tel arrangement, la caractéristique du dispositif d'étranglement de l'écoulement, en dehors de la commande de by- pass, peut être agencée de façon à donner une relation linéaire entre la chute de pression et le débit, par exemple, en prévoyant un étrangleur à ressort qui soit actionné selon le débit qui y passe de façon à augmenter la section effective de l'orifice d'étranglement, lors de l'augmentation du débit du combustible.
Dans une variante, la commande d'accélération peut être rendue inactive à une vitesse choisie de rotation du mo- teur au moyen d'un dispositif à régulateur centrifuge lequel peut, par exemple, isoler le dispositif commandant l'écoule- ment du combustible par rapport à l'action des dispositifs sensibles à la pression.
Ainsi, dans une application de l'in- vention dans laquelle le système à combustible est de l'espèce connue et comprend une pompe à course variable dont le disposi- tif déterminateur de course est commandé par un serve-système hydraulique comprenant une soupape commandée par les disposi- tifs sensibles à la pression, une soupape d'isolement peut être prévue pour couper la communication avec le serve-système à une vitesse de rotation prédéterminée, rendant ainsi la comman- de d'accélération inactive sur le dispositif déterminateur de la course de la pompe à combustible. Dans un autre arrangement encore, une telle soupape d'isolement peut être actionnée à une valeur prédéterminée du rapport de compression du moteur.
En outre ou dans une variante, une telle soupape d'isolement peut être commandée à la main, si bien que la com-
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.mande d'accélération peut être rendue inactive, dans certaines conditions, par exemple, lors de l'envol de l'aéronef.
De préférence, et spécialement dans l'application de l'invention aux systèmes à combustible des moteurs à turbine à gaz employés pour la propulsion des aéronefs, la commande d'accélération selon l'invention est utilisée en combinaison avec un dispositif commandant la pression de refoulement de la pompe à combustible selon la pression atmosphérique ambiante, la pression de refoulement étant réduite lors d'une diminution de la pression atmosphérique, comme il en survient lors d'une augmentation de l'altitude, d'une manière propre à garder constante la vitesse du moteur ou la puissance du moteur, lors des variations de la pression atmosphérique, sans actionner le régulateur ou un dispositif déterminateur de régime équivalent.
Quelques réalisations de système à combustible de tur- bine à gaz de la présente invention vont maintenant être décri- tes en se référant aux dessins ci-joints où : la figure 1 est une illustration schématique d'un moteur à turbine à gaz simple, la figure 2 illustre schématiquement une disposition de système à combustible convenant à l'emploi avec le moteur à turbine à gaz de la figure 1, la figure 3 illustre une variante d'une partie de la figure 2, la figure 4 illustre schématiquement une seconde dis- position de système à combustible convenant pour l'emploi avec le moteur à turbine à gaz de la figure 1, la figure 5 illustre un détail d'une partie de la figure 4 et constitue une section suivant la ligne 5-5 de la figure 4, la figure 6 illustre une variante de la disposition du système à combustible de la figure 4,
la figure 7 est un graphique représentant la manière dont varie la chute de pression entre les deux côtés d'une par-
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tie du système à combustible illustré en fonction du débit du combustible à travers cette partie, et les figures 8 et 9 sont des représentations graphi- ques du débit du combustible s'écoulant vers le moteur pendant l'accélération, en fonction de la pression de refoulement du compresseur du moteur.
En se référant à la figure 1, le moteur à turbine à gaz, qui est de construction connue, comprend un compresseur 10, représenté comme un compresseur axial, un appareil de com- bustion ( non représenté) logé dans une enveloppe 11, une tur- bine 12 et un appareil d'échappement 13. Comme habituellement, l'air comprimé venant du compresseur 10 passe dans l'appareil de combustion pour servir à la combustion du combustible et l'air chauffé passe à travers la turbine et l'actionne. La tur- bine 12 actionne le compresseur 10 et les gaz d'échappement passent dans l'assemblage d'échappement et de là, dans une tuyère d'échappement ( non représentée).
Le combustible est fourni à l'appareil de combustion par un certain nombre de dispositifs d'injection 14 alimentés par des conduites 15 venant d'un collecteur 16 auquel le com- bustible est fourni sous la commande et par le système à com- bustible 17, d'une manière décrite ci-dessous de façon plus dé- taillée.
Le moteur est représenté logé dans une nacelle 18.
Les systèmes à combustible décrits ci-dessous sont du type qui comprend une pompe à combustible connue 20, du type à capacité variable, et un système de commande grâce au- quel une différence de pression du système à combustible est commandée de façon à faire varier le débit du combustible re- foulé d'après la pression atmosphérique, laquelle peut être la pression atmosphérique statique ou bien la pression stati- que modifiée par la hauteur barométrique dynamique due au dé- placement de l'aéronef vers l'avant ou par les conditions régnant dans la prise d'air 10a du compresseur 10 ou bien à
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la fois par le déplacement vers l'avant et les conditions régnant dans la prise d'air 10a. La commande à pression atmos- phérique est indiquée d'une manière générale en 21.
Chaque système à combustible comprend aussi une commande d'accélération indiquée d'une manière générale en 22, commande grâce à laquelle on empêche, pendant l'accélération du moteur, que le débit du combustible s'écoulant vers le mo- teur dépasse une valeur choisie d'avance pour être fonction d'une condition de marche instantanée, ce qui permet d'éviter la suralimentation du moteur en combustible.
Dans la disposition du système à combustible repré- sentée par la figure 2, la commande d'accélération 22 est dis- posée comme une unité séparée par rapport à la commande de pression atmosphérique. Dans la disposition représentée à la figure 4, les deux commandes sont combinées dans une même unité.
Dans les deux constructions, la pompe à combustible est représentée sous la forme d'une pompe du type à capacité variable, ayant un rotor 23 comportant un certain nombre de cy- lindres sensiblement axiaux contenant des plongeurs 24 dont la course dans les cylindres, lors de la rotation du rotor 23, est déterminée par l'angle d'inclinaison d'un mécanisme 25 à plateau de butée incliné. Le combustible arrive à l'orifice d'aspiration de la pompe par une conduite 26 et, comme à l'or- dinaire, une pompe de surcharge 27 est prévue pour retirer le combustible du réservoir à combustible ( non représenté) et pour le refouler vers l'orifice d'aspiration de la pompe à com- bustible principale 20.
La pompe à combustible principale 20 refoule le combustible par une conduite 28, par delà divers organes de commande décrits ci-dessous, vers un collecteur 16 et les injecteurs de combustible 14 du moteur.
L'angle d'inclinaison du mécanisme 25 à plateau de butée incliné est déterminé par la position du piston 29 dans un cylindre 30. Le piston 29 est chargé par un ressort 31 qui tend à solliciter le mécanisme 25 à plateau incliné vers une
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position; dans laquelle les plongeurs fonctionnent à pleine course et le piston est agencé de façon à être soumis à la pression du fluide sur ses deux côtés. Dans ce but, le cylindre 30 est relié à chaque extrémité par un passage 32 au côté re- foulement de la pompe à combustible principale 20, le courant de fluide vers le côté chargé de ressorts du piston passant par un étranglement 33. Des passages de soutirage sont prévus au départ du côté chargé de ressort du piston.
En fonctionnement, lorsqu'il n'y a pas de courant de combustible passant à tra- vers les passages de soutirage, les pressions de fluide agis- sant sur le piston 29 sont les mêmes et le ressort agit pour déplacer le piston vers une position correspondant à la pleine course des plongeurs. Toutefois, lorsqu'un écoulement survient à travers les passages de soutirage, la pression de fluide agissant sur le côté chargé de ressort du piston 29 tombe, si bien que le piston est déplacé contre l'action du ressort 31, réduisant la course des plongeurs 24.
La pompe à combustible principale 20 comprend, comme il est montré, un régulateur de vitesse de type connu dans le- quel le rotor 23 de la pompe agit comme un rotor de pompe centrifuge. Dans ce but, le rotor 23 comporte un passage cen- tral 34 qui communique, à une extrémité, avec le côté d'aspira- tion de la pompe et, à l'autre extrémité, avec une série de passages radiaux 35, de façon que lors de la rotation du rotor 23, le combustible est aspiré par le rotor à travers le pas- sage 34 et refoulé dans l'espace 36, à une pression accrue dé- pendant de la vitesse de rotation du rotor 23, ce qui soumet le diaphragme 37 à une certaine poussée.
Lorsque la poussée exercée sur le diaphragme 37 atteint une valeur choisie, dé- terminée par la résistance d'un ressort de tension 38 relié au diaphragme, un mentonnet 39, porté par le diaphragme, vient en prise avec un levier basculant 40 pour le faire basculer et lui faire ouvrir une soupape 41 à demi-bille, ce qui permet au fluide de s'écouler à petit débit en venant du côté chargé
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de ressort du piston 29 par un passage 42. Le fluide soutiré par le passage 42 retourne vers le côté d'aspiration de la pompe à combustible principale 20 par un passage 43.
Comme il est bien connu, un moteur à turbine à gaz exige moins de combustible pour maintenir une vitesse donnée du moteur dans des conditions de marche constante à haute altitude qu'il n'en exige aux niveaux faibles et, par conséquent, le système à combustible, comme indiqué ci-dessus, comprend une commande connue à pression atmosphérique qui agit pour réduire le débit d'alimentation en combustible du moteur lorsque la pression atmosphérique décroît.
Si l'on se réfère à la figure 2, la commande à pres- sion atmosphérique 21 comprend un corps 44 divisé en deux cham- bres 45 et 46 par un diaphragme 47. Le diaphragme porte un levier 48, dont une extrémité saillit dans la chambre 45 et dont l'autre extrémité saillit dans la chambre 46. La chambre 45 est reliée avec le côté chargé de ressort du piston 29 par une conduite de soutirage 49 et le courant passant dans la conduite de soutirage est commandé par une soupape 50 à demi- bille, portée par l'extrémité du levier 48 saillissant dans la chambre 45. Cette extrémité du levier 48 est chargée par un ressort 51. La chambre 45 est reliée par une conduite 52 au côté d'aspiration de la pompe à combustible principale 20.
Le levier 48 est aussi agencé de façon à être chargé en fonc- tion de la pression de refoulement du combustible, laquelle, dans ce cas, est la différence de pression entre la pression régnant immédiatement en amont du régulateur à main 53 et la pression régnant du côté aspiration de la pompe à combustible principale 20. Dans ce but, une conduite auxiliaire 54 mène - de la conduite de refoulement du combustible 28 à un petit cylindre ménagé dans le corps de l'unité 21, de sorte que la pression régnant immédiatement en amont du régulateur 53 agit sur la tête du mentonnet 55. Il est évident que lorsque la pres- sion régnant immédiatement en amont du régulateur 53 augmente,
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la charge exercée sur le levier 48 par le mentonnet 55 augmente proportionnellement.
L'extrémité du levier 48 saillissant dans la chambre 46 subit l'action d'une capsule dilatable à vide 56 et la cham- bre 46 est en communication, par une conduite 57, soit avec un point de l'aéronef où règne la pression statique, soit avec un dispositif à tube de Pitot, tel que représenté en 58 à la figure 1, soit avec un point de la prise d'air du compresseur 10 du moteur. Ainsi, lorsque la pression atmosphérique tombe, la cap- sule 56 se dilate en augmentant sa poussée effective sur le levier 48.
On voit que les poussées exercées par la capsule 56 et le mentonnet 55 agissent dans le sens contraire à celui de la poussée exercée sur le levier 48 par le ressort 51. Ainsi, dans des conditions atmosphériques stables,,si la pression du combustible régnant immédiatement en amont du régulateur à main 53 augmente au-dessus d'une valeur choisie, les poussées com- binées de la capsule 56 et du mentonnet 55 vont vaincre la pous- sée du ressort 51 et la soupape 50 va s'ouvrir, soutirant du combustible du côté chargé de ressort du piston 29 et permet- tant à la course de la pompe d'être réduite, afin de ramener la pression du combustible à une valeur choisie.
De même, lors d'un changement de pression atmosphérique, par exemple, lors d'une chute de la pression atmosphérique, la capsule 56 se dilate, augmentant la charge exercée sur le levier 48 de façon que les charges combinées de la capsule 56 et du mentonnet 55 vainquent l'action du ressort, permettant l'écoulement à pe- tit débit du combustible en provenance du côté chargé de res- sort du piston 29, de façon que la pression de combustible régnant immédiatement en amont du régulateur à main 53 tombe jusqu'à ce que des conditions d'équilibre soient de nouveau at- teintes. En d'autres mots, lors d'un changement de pression atmosphérique, la commande à pression atmosphérique 21 agit pour modifier la pression de refoulement du combustible de la
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manière désirée.
Avec un système à combustible tel qu'il a été décrit jusqu'ici en se rapportant à la figure 2, des difficultés peu- vent survenir dans le fonctionnement d'un moteur à turbine à gaz pendant l'accélération, par suite du fait qu'un excès de combustible est fourni au moteur. Par exemple, si du combusti- ble en excès est fourni au moteur pendant l'accélération, un surchauffage de l'appareil de combustion et des éléments de la turbine peut survenir, avec les dommages qui s'en suivent, et, en outre, le mélange air-combustible devient trop riche, ce qui peut entraîner l'extinction de la combustion. En outre, avec certains moteurs, des températures de combustion exces- sives pendant l'accélération peuvent entraîner le " forçage " du compresseur.
La présente invention vainc ces difficultés en prévoyant la commande d'accélération 22 qui sera décrite dans la suite, commande qui limite la quantité de combustible qui peut être fournie au moteur, en fonction de l'augmentation de la pression dans le compresseur du moteur.
La commande d'accélération 22 comprend une soupape située sur la conduite 28, la soupape comprenant un corps de soupape 60, à travers lequel passe le combustible s'écoulant dans la conduite 28, un siège de soupape 61 prévu autour d'une ouverture d'un passage du corps de soupape reliant l'admis- sion vers le corps de soupape 60 et l'échappement de celui-ci, et un organe de soupape 62 chargé par un ressort 63 pour obtu- rer l'ouverture. L'écoulement du combustible à travers le corps de soupape 21 provoque l'ouverture de l'organe de soupape 62 qui, de façon appropriée, a une tête conique, ce qui crée une chute de pression entre les deux côtés du corps de soupape.
La forme de la tête 62a de l'organe de soupape 62 et la force du ressort 63 sont choisies de façon qu'il y ait une relation sen- siblement linéaire entre la chute de pression à travers la soupape et le débit de combustible qui y passe. Si l'on se ré- fère à la figure 7, un graphique montre les caractéristiques de
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la soupape 62 et sur ce graphique, les débits de combustible F passant par la soupape sont portés en abscisse et les chutes de pression correspondantes entre les deux côtés de la soupape sont portées en ordonnée. Comme il est montré par la ligne 64, la chute de pression entre les deux côtés de la soupape est une fonction linéaire du débit.
Le corps de soupape 60 comprend aussi un second siège de soupape 65 entourant une ouverture du passage 66 by-passant l'organe de soupape 62 .L'ouverture entourée par le siège 65 est normalement obturée par un organe de soupape 67 qui est maintenu sur le siège 65 par un ressort 68. Les dimensions de l'organe de soupape 67 et la force du ressort 68 sont choisies de façon que, lorsque la chute de pression entre les deux cô- tés de l'ouverture commandée par l'organe de soupape 62 at- teint une valeur prédéterminée, la soupape s'ouvre et la chute de pression entre le côté d'admission et le côté sortie du corps de soupape 60 reste sensiblement constante, indépendam- mant d'une augmentation subséquente du débit du combustible.
Cet effet est représenté dans la courbe de la figure 7, par la ligne horizontale 69, le point 70 étant le point où la soupape de by-pass 67 s'ouvre.
La commande d'accélération comprend aussi une unité ayant un corps 71 divisé en deux chambres 72 et 73 par un diaphragme 74. Le diaphragme porte un levier 75 dont les ex- trémités saillissent respectivement dans les chambres 72 et 73. Le levier 75 porte sur son extrémité saillissant dans la chambre 73 une soupape 76 à demi-bille commandant l'écoulement du combustible par une conduite auxiliaire 77 à partir de la conduite de soutirage 49, et commandant ainsi l'écoulement du combustible venant du côté chargé de ressort du piston 29.
Le levier 75 est commandé pour son mouvement bascu- laire par l'application des trois poussées suivantes : (a) une poussée qui dépend, au moins en partie, de la pression absolue de refoulement du compresseur,
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(b) une poussée dépendant de la chute de pression à travers le corps de soupape 60, et (c) une poussée due à un ressort.
La poussée dépendant de la pression absolue de refou- lement du compresseur est appliquée en mettant la chambre 72 en communication, par une conduite 78, avec le côté refoulement du compresseur 10 ( figure 1) et en prévoyant, en tant que par- tie de la paroi de la chambre 72, un diaphragme 79 séparant celle-ci d'une autre chambre 80, où la pression est une pres- sion atmosphérique, laquelle, dans la construction illustrée, est la pression régnant dans la prise d'air du compresseur, la communication entre la chambre 80 et la prise d'air 10a étant établie par la conduite 81. Le diaphragme 79 est relié à une capsule à vide 82 logée dans la chambre 80, et un ressort 62a, logé à l'intérieur de la capsule 82, sollicite le diaphragme vers le levier 75 et, par l'intermédiaire d'une pointe 79a, exerce sur le levier une poussée qui tend à ouvrir la soupape 76.
En fonctionnement, si les surfaces effectives du diaphragme 79 et de la capsule 82 sont choisies égales, la poussée appli- quée sur le levier par le ressort 82a est progressivement dimi- nuée, à mesure que la pression absolue de refoulement du com- presseur augmente d'une valeur proportionnelle à la pression absolue de refoulement du compresseur. Si les surfaces effecti- ves du diaphragme 79 et de la capsule'$2 sont inégales, la dimi- nution de la poussée du ressort appliquée au levier 75 est en partie déterminée par la pression absolue de refoulement du compresseur et en partie, par la pression atmosphérique.
Par conséquent, la disposition est telle qu'à mesure que la pres- sion absolue de refoulement du compresseur augmente, la poussée tendant à ouvrir la soupape 76, appliquée au levier 75, décroît, ou, en d'autres termes, la pression de refoulement du compres- seur agit dans le sens où elle contribue à obturer la soupape 76.
La poussée proportionnelle à la chute de pression à
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travers le corps de soupape 60 est appliquée au levier en reliant, par une conduite 83, le corps de soupape 60 en amont de l'ouver- ture commandée par l'organe de soupape 62 à un cylindre contenant la tête d'un mentonnet 84, semblable au mentonnet 55 de la com- mande à pression atmosphérique 21 et également au côté inférieur d'un diaphragme 85, contenu dans une chambre auxiliaire 86, dont une le côté opposé est relié, par/conduite 87, au côté aval du corps de soupape 60. Le diaphragme est poussé vers le levier 75 par un ressort 90 et les mouvements du diaphragme 85 dus aux changements de la chute de pression sont communiqués au levier 75 par un mentonnet 88 situé entre le diaphragme et le levier.
La disposition de ces organes est telle que le res- sort 90 tend à maintenir la soupape 76 obturée et que les pous- sées s'exerçant sur le diaphragme 85 et le mentonnet 84 et dues à la chute de pression entre les deux côtés du corps de soupape 60 tendent à ouvrir la soupape 76 à demi-bille. La chute de pression agit ainsi dans le sens où elle contribue à ouvrir la soupape 76, c'est-à-dire dans un sens opposéà celui de la pression de refoulement du compresseur.
La troisième poussée, c'est-à-dire la poussée exercée par ressort, est due aux effets combinés du ressort 82a et du ressort 90, ce dernier ressort s'appuyant d'un côté sur le dia- phragme 85 et de l'autre, sur une plaque s'appuyant elle-même sur une vis de réglage 91. La poussée effective due aux ressorts est telle qu'elle tend à tenir la soupape 76 à demi-bille obtu- rée.
Le fonctionnement du dispositif a lieu comme suit.
A mesure que la pression de refoulement du compresseur augmente, la poussée effective s'exerçant sur le levier 75,appliquée par l'intermédiaire de la pointe 79a, diminue, si bien que la pous- sée due à la chute de pression à travers le corps de soupape 60 doit augmenter pour que la soupape 76 à demi-bille soit ou- verte contre la poussée exercée par ressort. Ainsi, pendant l'accélération, pour chaque pression de refoulement du compres- seur, le débit à travers la soupape 62 peut augmenter seulement
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jusqu'à ce que la soupape 76 s'ouvre, quand un courant de com- bustible de soutirage s'établit par la conduite de soutirage 49 et la conduite auxiliaire 77, de retour vers le côté aspi- ration de la pompe, par une conduite de retour 92, provoquant la réduction de la course de la pompe à combustible principa- le 20.
Ainsi, pendant l'accélération, le débit effectif du com- bustible s'écoulant vers les injecteurs de combustible 14 est limité en fonction de la pression de refoulement instantanée du compresseur et, à mesure que le moteur accélère et, par conséquent,à mesure que la pression de refoulement du compres- seur augmente, la chute de pression admise maximum à travers le corps de soupape 60 et le débit effectif admis maximum du combustible augmentent.
Comme il est dit plus haut, lorsque le débit passant à travers le corps de soupape 60 atteint une valeur prédétermi- née, l'organe de soupape 67 quitte son siège et, après cela, la chute de pression reste constante.
L'effet de la commande d'accélération sur la rela- tion entre le débit effectif du combustible et la pression de refoulement du compresseur est illustré graphiquement aux fi- gures Ô et 9, dans lesquelles le débit du combustible F est re- présenté en fonction de la pression de fefoulement du compres- seur CDP. En se rapportant à la figure 8, la courbe 93 indique le débit maximum du refoulement de la pompe à combustible pour diverses pressions de refoulement du compresseur. La ligne en trait mixte 94 représente les besoins du moteur en combustible dans des conditions de marche constantes et la ligne 95 repré- sente le débit effectif du combustible pendant l'accélération, lorsque la pression de refoulement du compresseur augmente.
Toutes ces courbes se rapportent aux conditions régnant au ni- veau du sol. On voit qu'à mesure que la pression de refoulement du compresseur augmente, le débit du combustible F augmente proportionnellement jusqu'à ce que le point 96 est atteint, point qui représente le point où l'organe de soupape 67 s'ouvre.
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Après cela, le débit du combustible devient le débit de refou- lement maximum de la pompe à combustible, comme il est indi- qué par la partie renforcée 93a de la ligne 93.Le point 96 est choisi d'après les caractéristiques du moteur qui peuvent être telles que le moteur soit apte à faire face au plein débit de refoulement du combustible aux vitesses supérieures du moteur, par suite d'un choix convenable de la poussée du ressort 68.
Si l'on se réfère à la figure 9, des courbes similai- res sont montrées pour les conditions régnant aux hautes alti- tudes, les courbes correspondantes aux courbes 93, 94 et 95 étant indiquées respectivement par 193, 194 et 195. Puisque les débits de combustible à haute altitude sont beaucoup plus petits que ceux du niveau du sol, l'organe de soupape 67 ne quitte pas son siège jusqu'à ce que les grandes vitesses soient atteintes, si bien que le débit F du combustible est toujours proportionnel à la pression de refoulement du compresseur CDP.
En d'autres termes, le choix du point de changement où la sou- pape 67 quitte son siège et rend inactive la commande d'accé- lération assure, sur la base du débit, que la vitesse de rota- tion à laquelle la commande d'accélération devient inactive aug- mente avec l'augmentation de l'altitude et que dans les condi- tions de haute altitude, la commande d'accélération est active sur toute la gamme d'accélérations. Cela est désirable car la puissance qui peut être développée pour l'accélération du ro- tor du moteur diminue avec l'augmentation de l'altitude, tandis que l'inertie du rotor reste constante.
Si l'on se réfère de nouveau à la figure 2, un robi- net 97 est prévu sur la conduite auxiliaire 77, si bien que la commande d'accélération peut, si on le désire,être rendue inac- tive. Ce robinet peut être actionné de toute manière convena- ble, soit automatiquement, soit autrement, et il peut être agencé de façon que sa position dépende de la vitesse de rota- tion du moteur, de manière à être fermé lorsqu'une vitesse de
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rotation du moteur choisie d'avance est atteinte ou lorsqu'un rapport de compression prédéterminé est atteint dans le com- presseur, ou encore, manuellement.
Si, par exemple, le robinet 97 doit être fermé à une vitesse du moteur choisie d'avance, il peut être relié à un régulateur centrifuge ou il peut être relié à l'armature d'un dispositif électromagnétique dont le circuit est fermé ou ouvert lorsque la vitesse monte au-dessus ou descend en dessous de la vitesse du moteur choisie d'avance.
Si la commande doit être rendue inactive lorsqu'un rapport de compression prédéterminé est atteint dans le compresseur du moteur, le robinet peut être fonctionnellement relié à un dis- positif répondant aux pressions de prise d'air et de refoule- ment du moteur, comprenant, par exemple, une paire de capsules à vide soumises respectivement à ces pressions et agencées pour actionner, par exemple, un bras basculant pour fermer des contacts électriques complétant le circuit d'un dispositif électromagnétique destiné à actionner le robinet 97.
Le régulateur 53 est représenté monté dans un corps 98, dans lequel est prévu également un robinet d'arrêt 99 qui est entièrement ouvert pendant le fonctionnement du moteur.
Si l'on se réfère maintenant à la figure 3, il y est illustré une variante de la méthode pour charger le levier 75 en fonction de la pression absolue de refoulement du compres- seur. Dans "cet arrangement, la chambre 72 est reliée, par une conduite 100, à l'entrée d'un dispositif à Venturi 101, dont l'entrée 102 est en communication avec le conduit de re- foulement du compresseur. Le dispositif à Venturi 101 est agencé de manière à arriver à l'état critique pendant le fonctionnement normal du moteur et la gorge du Venturi 101 est reliée, par une conduite 103, à une chambre 104, qui est séparée de la chambre 72 par le diaphragme 79.
Comme on le comprend bien, lorsque le Venturi est à l'état critique, la pression à la gorge du Venturi est en relation constante avec la pression absolue à l'entrée du Venturi, si bien que la charge exercée
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sur le diaphragme 79 est toujours proportionnelle à la pres- sion absolue de refoulement du compresseur.
Si l'on se réfère maintenant aux figures 4 et 5, il y est illustré un arrangement dans lequel la commande à pres- sion atmosphérique 21 est combinée, en tant qu'unité, avec la commande d'accélération 22. Les deux unités fonctionnent indé- pendamment et sont essentiellement similaires, en ce qui concer- ne leur construction, aux dispositifs correspondants représen- tés à la figure 2.
Dans cette construction, le régulateur 53 est, comme indiqué à la figure 2, situé dans un corps 98. qui loge aussi un robinet d'arrêt 99. Dans cette construction, le corps 98 comprend aussi une soupape 105 de surpression, qu'un ressort pousse vers son siège 106 et qui commande l'écoulement du com- bustible dans la conduite principale 107 menant au jet princi- pal d'un brûleur à double jet d'une forme bien connue.
Pendant la marche au ralenti, le combustible passe uniquement par la conduite 107a, vers le jet de marche au ralenti du brûleur, et lorsque la pression de refoulement du combustible au niveau des brûleurs 14 augmente jusqu'à une valeur prédéterminée, la soupape 105 est soulevée de son siège 106 pour permettre au combustible de passer vers les jets principaux des brûleurs 14. Un tel arrangement ne constitue pas une partie essentielle de l'invention.
Dans la construction illustrée à la figure 4, au lieu que la commande à pression atmosphérique commande la pression de refoulement du combustible immédiatement en amont du régula- teur 53, son agencement est tel qu'elle commande la chute de pression à travers le régulateur 53.
Dans ce but, une paire de conduites auxiliaires 108, 109 sont reliées à la conduite principale du combustible 28 des deux côtés du régulateur 53, leurs autres extrémités étant reliées à une chambre contenant un diaphragme 110.de façon à
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déboucher de part et d'autre du diaphragme. Le diaphragme 110 est, par conséquent, chargé en fonction de la chute de pres- sion à travers le régulateur 53 et cette charge est transmise par un mentonnet 110a à un levier 148, qui correspond au levier 48 du dispositif 21 montré à la figure 2. Le levier 148 est chargé par une capsule barométrique 156, logée dans une chambre 146, et par un ressort 151, logé dans une chambre 111, la char- ge du ressort étant transmise au levier 148 par un mentonnet 112.
La chambre 111 est reliée par une conduite 113 à la con- duite auxiliaire 109 afin de compenser la différence des sur- faces effectives des côtés du diaphragme 110. Le levier 148, dans les conditions de marche constantes, commande le courant du combustible quittant le côté chargé de ressort du piston 29, par la conduite de soutirage 49 en agissant sur une soupape de soutirage qui est représentée de façon plus détaillée à la figure 5.
La soupape de soutirage comprend un levier basculant 114, portant une demi-bille 115, qui obture l'orifice de sortie de la conduite de soutirage 49, le levier 114 étant normale- ment sollicité par un ressort 116, vers une position dans la- quelle la demi-bille 115 obture l'orifice de sortie de la con- duite de soutirage 49.
Le levier 114 est pourvu d'une partie ayant la forme d'une tablette 114a, avec laquelle vient en contact un doigt porté par l'extrémité du levier 148, afin de faire basculer le levier 114.
La commande à pression atmosphérique fonctionne d'une manière semblable à celle qui a été décrite avec référence à la figure 2, afin de réduire la chute de pression maximum possi- ble à travers le régulateur 53 à mesure que la pression atmos- phérique décroît, faisant ainsi face aux modifications de la consommation du combustible accompagnant les modifications de la pression atmosphérique.
L'unité de commande d'accélération comprend un levier
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175, porté par le diaphragme 174, séparant les deux moitiés d'une chambre 173, qui sont en communication par les ouvertu- res 174a pratiquées dans le diaphragme.
Le levier 175 est agencé de manière à être chargé en fonction de la chute de pression à travers le corps de soupape 60 au moyen d'un diaphragme 185 contenu dans une chambre 117, un côté du diaphragme étant chargé par la pression régnant en amont du corps de soupape 60 par la conduite 83, et l'autre côté du diaphragme étant chargé par la pression régnant en aval du corps de soupape par la conduite auxiliaire 108, la chambre située d'un côté du diaphragme 110 et la conduite de liaison 118. La charge est transmise du diaphragme 185 au levier 175 par un mentonnet 184.
Le levier 175 est aussi chargé par un ressort 190 par l'intermédiaire d'un mentonnet 188, le ressort étant logé dans une chambre 186, qui est reliée, par une conduite 119, au côté supérieur du diaphragme 185, cet arrangement étant adopté pour compenser la différence des aires effectives des côtés du diaphragme 185.
Le levier 175 est aussi chargé en fonction de la pression absolue de refoulement du compresseur, en reliant un côté du diaphragme 179, par une conduite 78, avec le côté re- foulement du compresseur, le diaphragme étant relié à une cap- sule à vide 182. La chambre 173 est reliée, par une conduite 192, au côté aspiration de la pompe à combustible principale 20, et l'aire effective de la capsule 182 est choisie égale à l'aire effective des côtés du diaphragme 179.
Si on le désire, les ouvertures 174a peuvent être supprimées et la chambre contenant la capsule 182, râiée à la pression atmosphérique. Dans ce cas, si les aires effectives de la capsule 182 et du diaphragme 179 sont égales, la charge sur le levier 175 dépendra uniquement de la pression absolue de refoulement du compresseur tandis que si les aires effecti- ves sont inégales, la charge dépendra de la pression absolue
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de refoulement du compresseur et de la pression atmosphérique.
Le levier 175 est agencé de façon à venir en contact avec la partie en forme de tablette 114a du levier 114 pendant l'accélération, afin de commander l'écoulement du combustible sortant de la conduite de soutirage 49 pendant l'accélération et de dominer ainsi la commande à pression atmosphérique pen- dant l'accélération.
Ainsi qu'il est évident, les charges qui s'exercent sur le levier 175 et qui sont dues au ressort 190 et à la pression de refoulement du compresseur, agissent dans le sens où la soupape 115 est tenue obturée, et la charge s'exer- çant sur le levier 175 et due à la chute de pression entre les deux côtés du corps de soupape 60 agit dans le sens opposé pour tendre à ouvrir la soupape 115, et la commande d'accéléra- tion agit ainsi de la même manière que celle qui a été décrite avec référence à la figure 2, donnant des caractéristiques de débit de combustible F en fonction de la pression de refoule- ment du compresseur CDP semblables à celles qui sont repré- sentées en 95, 96, 93a et 195, aux figures 8 et 9.
Dans certaines circonstances, il peut être désirable de prévoir une commande additionnelle dans le système à com- bustible comme décrit ci-dessus. Par exemple, si les caracté- ristiques de la commande d'accélération sont choisies de façon à donner des conditions d'accélération satisfaisantes jusqu'à ce que le rapport de compression dans le compresseur du moteur atteigne la valeur de 3:1, il peut arriver, à haute altitude et pour des vitesses de rotation du moteur élevées, que, pen- dant l'accélération, il y ait tendance à la sous-alimentation du moteur en combustible.
Pour vaincre cette difficulté, les systèmes à combus- tible décrits ci-dessus peuvent être modifiés en prévoyant une commande qui, lorsqu'un certain rapport de compression est atteint dans le compresseur, augmente la charge effective exer- cée sur le levier basculant de la commande d'accélération et due à la pression absolue de refoulement du compresseur, si
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bien qu'une plus grande chute de pression est nécessaire à travers leocorps de soupape 60, avant que la commande d'accé- lération commence à fonctionner afin de soutirer du combusti- ble d'en-dessous du côté chargé de ressort du piston 29. Par suite de cela lorsque le rapport de compression prédéterminé est atteint, des débits de combustible plus grands peuvent s'écouler vers le moteur.
Un arrangement destiné à réaliser cette commande est illustré à la figure 6, dans une application au système à combustible décrit avec référence à la figure 4.
Si l'on se réfère à la figure 6, il y est représenté une turbine à gaz similaire à celle qui est montrée à la figu- re 1, ayant des conduites de soutirage 81 et 78 menant de la prise d'air et du conduit de refoulement du compresseur 10 du moteur. Cette figure représente aussi la partie à commande d'accélération de l'unité combinée groupant la commande à pres- sion atmosphérique et la commande d'accélération. A cette fi- gure, les chiffres de référence employés sont les mêmes que ceux des figures 1 et 4, pour les éléments qui ne sont pas mo- difiés.
Le diaphragme 179 auquel est appliquée la pression de refoulement du compresseur par la conduite de soutirage 78 subit aussi l'action d'un mentonnet 200, reliant le diaphragme 179 à un autre diaphragme 201 situé dans une chambre 202. La partie supérieure du diaphragme 201, comme on le voit au des- sin, est agencée de façon à être soumise à la pression d'admis- sion du compresseur par l'intermédiaire d'une conduite auxi- liamre 203 branchée sur la conduite de soutirage 8l. Le côté inférieur du diaphragme 201 est relié, par une conduite 204, à une soupape permutatrice 205, dont l'organe 206 de soupape ayant la forme d'un piston est relié à l'armature 207 d'un dis- positif électromagnétique 208.
Lorsque le piston 206 est dans la position montrée à la figure 6, position qui correspond à l'état du dispositif électromagnétique 208 avec le circuit coupé,
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la conduite 204 est reliée par la soupape permutatrice 205 à la conduite de soutirage 81 et , de cette façon, à la prise d'air du compresseur, de sorte que les charges agissant sur le diaphragme 201 sont équilibrées, si bien que, par consé- quent, il n'y a pas de charge appliquée par le diaphragme 201 par l'intermédiaire du mentonnet 200 au diaphragme 179. Par conséquent, dans ces conditions, la commande d'accélération fonctionne exactement de la manière décrite avec référence à la figure 4.
Si, toutefois, l'organe de soupape en forme de piston 206 se déplace vers la droite, comme on le voit au dessin, lors de la fermeture du circuit du dispositif électro- magnétique 208, la communication entre la conduite de soutirage 80 et la conduite 204 est interrompue et la conduite 204 est reliée à une conduite auxiliaire 209 branchée sur la conduite 78, si bien que le c8té inférieur du diaphragme 201 est en communication avec le conduit de refoulement du compresseur.
La charge agissant sur le levier 175 et due au diaphragme 179 est ainsi augmentée de la charge résultante qui s'exerce sur le diaphragme 201, laquelle est transmise au diaphragme 179 par le mentonnet 200.
La permutation de l'organe de soupape en forme de piston 206 est effectuée de la manière suivante. Le disposi- tif électromagnétique 208 est connecté dans un circuit électri- que 210, comprenant une paire de contacts 211, 212 dont le contact 211 est un contact fixe et dont le contact 212 est porté par un arbre basculant ou levier 213. Le levier pivote autour d'un point de sa longueur tel que le rapport de la longueur de ses bras égale le rapport de compression pour le- quel on désire augmenter le débit du combustible vers le moteur afin d'éviter la sous-alimentation à grandes vitesses et à hau- te altitude.
Le bras le plus court du levier 213 est relié par articulation à une capsule à vide 214 ayant une butée réglable 215, la capsule étant située dans une chambre 216 qui est en
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communication par la conduite 217 avec la conduite de souti- rage 78, et, par suite, avec le conduit de refoulement du compresseur. Le long bras du levier 213 est relié par articula- tion à une autre capsule 218, ayant une butée réglable 219, laquelle capsule est logée dans une chambre 220 reliée à la conduite 203 et, par suite, à la conduite de soutirage 81 et à la prise d'air du compresseur 10a.
En fonctionnement, la pression à l'intérieur de la chambre 220 reste sensiblement constante dans des conditions atmosphériques constantes, tan- dis que la pression régnant dans la chambre 216 augmente avec le rapport de compression du compresseur, si bien qu'à mesure que le rapport de compression augmente, la capsule 214 incline graduellement le levier basculant 213 autour de son pivot et approche graduellement le contact mobile 212 du contact 211.
Lorsque le rapport de compression dans le compresseur atteint la valeur choisie d'avance, le contact 212 entre en contact avec le contact 211, fermant le circuit du dispositif électro- magnétique 208, par suite de quoi l'armature 207 de ce der- nier est attirée vers la droite, comme on le voit au dessin; la communication entre la conduite 204 et la conduite de sou- tirage 81 est coupée et une communication est établie entre la conduite 204 et la conduite 209 et la conduite de soutirage 78.
L'effet de cette commande est illustré graphiquement aux figures 8 et 9. A la figure 8, le prolongement en pointillé 221 de la caractéristique en ligne droite 95 illustre l'effet qui serait obtenu dans les conditions régnant au niveau du sol avec n'importe lequel des systèmes à combustible décrits avec référence aux figures 2 et 4, la soupape de by-pass 67 étant tenue en permanence sur son siège.
L'effet d'accroître la char- ge exercée sur la commande d'accélération et due à la pression de refoulement du compresseur, à une valeur prédéterminée du rapport de compression, introduit une discontinuité dans la caractéristique du débit du combustible exprimé en fonction de la pression de refoulement du compresseur, comme il est
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indiqué en 221a, et donne ainsi lieu à un débit augmenté, représenté par la caractéristique en pointillé 221b pour les pressions de refoulement du compresseur supérieures à celle où la permutation a lieu.
Tomtefois, par suite des grands débits de combustible ayant lieu dans les conditions régnant au niveau du sol, la soupape de by-pass 67 s'ouvre, rendant la commande d'accélération inactive avant que le rapport de com- pression dans le compresseur n'atteigne la valeur prédéter- minée, si bien qu'il est évident qu'à de basses altitudes, la commande permutatrice illustrée et décrite avec référence à la figure 6 n'a pas d'effet sur le débit du combustible s'é- coulant vers le moteur.
En se rapportant maintenant à la figure 9, on voit que, par suite du fait que la consommation de combustible par le moteur est beaucoup moindre, le débit du combustible pour lequel la soupape de by-pass 67 s'ouvre n'est pas atteint, et ainsi, lorsque le rapport de compression prédéterminé est atteint dans le compresseur du moteur, le mécanisme de permu- tation devient actif et des débits de combustible plus élevés peuvent s'écouler vers le moteur, comme il est indiqué par la caractéristique en pointillé 222.
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"Improvements made or relating to fuel systems for gas turbine engines II *
The present invention relates to fuel systems for gas turbine engines. Such engines normally comprise a compressor system forcing air into a combustion apparatus in which liquid fuel is injected by means of fuel injection nozzles, the products of combustion passing through a turbine system to. activate the compressor. Such a motor can be used for
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jet propulsion of aircraft and / or shaft power for use externally can be obtained from the turbine system, for example, to drive a propeller.
Although the invention applies firstly to fuel systems for gas turbine engines for aircraft, it also finds application to gas turbine engines employed for other purposes.
Known forms of fuel systems intended for such engines comprise a pump delivering liquid fuel under pressure to the fuel injectors, via a regulating device arranged to modify the pressure of the fuel at the level. fuel injectors and thus to control the fuel flow rate according to the position of the regulating device.
A difficulty has arisen with such fuel systems in that the fuel supply to the engine under transient conditions, during acceleration, may be excessive due to the rapidity of the opening of the regulator device during acceleration. comparison of the relative slowness of engine acceleration. The excess fuel during acceleration gives rise to undesirable phenomena, for example, overheating of the components of the combustion apparatus and the turbine and it can also cause the combustion to be extinguished if the mixture air-fuel becomes too rich. In addition, with some engines, excessive combustion temperatures occurring during acceleration can cause the compressor to "choke".
Note also that, in the case of aviation gas turbine engines, the degree of supercharging during acceleration may increase at high altitudes as a result of the reduction in the available power which can be developed for acceleration. of the motor rotor under conditions where the ambient air density is reduced.
It is therefore desirable to provide in the fuel system a gas turbine engine such as those
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used for the propulsion of aircraft, a device which, during engine acceleration, maintains the fuel supply within defined limits, so that the above-mentioned undesirable phenomena are avoided.
It has been proposed to provide a device designed for this purpose, comprising a device limiting the pressure of the fuel at the level of the injection nozzles during the existence of the transient conditions by establishing a balance between the fuel pressure at the level of the nozzles. injection pressure and the instantaneous discharge pressure of the engine compressor.
In this arrangement, the characteristics of the controller depend on the pressurized flow characteristics of the injection nozzles employed in the fuel system, and in some cases this proves to be disadvantageous; furthermore, this arrangement does not allow easy selection of the characteristics of the control so as to cope with different acceleration characteristics of various motors.
According to the present invention, a gas turbine engine fuel system comprising a fuel pump, fuel injectors, a continuously operated device for controlling the flow of fuel to the fuel injectors at a selected rate. constant running gear and a speed determining mechanism for selecting the speed, comprises an acceleration control device for controlling the flow of fuel through the fuel injectors during engine acceleration, which control device acceleration control comprises a fuel flow restriction device located in a pipe through which the effective flow of fuel flowing to the fuel injectors passes,
and having an effective throttle that is not directly affected by the speed-determining mechanism, a first pressure sensitive device subjected to the pressure drop between the two sides of the throttle device, and a second device sensitive to
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subjected to the pressure / discharge pressure of the compressor system or to a part thereof, and a device for modifying the flow of the fuel, the pressure sensitive devices acting to exert opposing loads on the device modifying the flow of fuel to thereby limit the effective flow of fuel based on the discharge pressure of the compressor.
In the present description, the term "atmospheric pressure" includes the static atmospheric pressure and the static atmospheric pressure modified by the dynamic barometric height due to the movement of the aircraft forwards or by the conditions prevailing in the intake. air from the engine compressor or both by the forward movement and the conditions in the air intake.
Preferably, the second pressure sensitive device is subjected to the absolute discharge pressure of the compressor system or a part thereof or a combination of the absolute discharge pressure and the atmospheric pressure. The speed determining device can, for example, comprise a hand regulator placed on the fuel delivery line, or the speed determining device can be arranged to choose a temperature at a point of the engine or a rotational speed of the engine, and the constant-running device, intended to control the flow of fuel to the injectors, can be arranged so as to maintain the selected temperature or rotational speed,
the acceleration control device coming to dominate the function of the latter during the duration of the transient conditions of acceleration.
The choice of the invention makes it possible to make the operation of the acceleration control device independent of the pressure flow characteristics of the fuel injectors, the acceleration control device acting as a function of the flow. actual fuel to
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the injectors.
Preferably, a device is provided to deactivate the acceleration control device, either automatically or manually. Thus, according to another feature of the invention, the acceleration control device can be made inactive in the event that an engine running condition selected in advance, or a condition depending on the first, for example, a pre-selected engine rotational speed, a selected advance compression ratio of the compressor system, or a selected advance condition of fuel flow in the engine.
Alternatively or additionally, a hand control may be provided to disable the acceleration control device under certain conditions.
In one form of the invention in which the acceleration control device is made inactive when a predetermined value of the effective rate of flow of fuel to the fuel injectors is reached, the throttle device flow comprises a combination of the latter device (the section of which may vary according to the flow passing through it) and of a valve intended to bypass the flow restriction device, which valve becomes active when establishing a pre-selected rate,
as a result the pressure drop between the two sides of the throttle device varies as a chosen function of the flow rate up to a selected value in advance of the flow rate where the bypass valve opens to maintain the flow. substantially constant pressure drop for flow rates greater than said value. In this way, the acceleration control can be used to control the flow of fuel through the fuel injectors up to the rate at which the bypass valve opens, while for flow rates greater than this rate, the control becomes inactive.
Since the bypass valve opens through
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output from a selected rate of fuel flowing to the engine and since the rate of fuel required to maintain a selected engine speed decreases with increasing altitude (or decreasing atmospheric pressure), the speed of the engine at which throttle control becomes inactive increases with increasing altitude so that the engine speed limit above which the control is active increases with increasing altitude .
In such an arrangement, the characteristic of the flow restrictor, apart from the bypass control, can be arranged to give a linear relationship between pressure drop and flow rate, for example, in. providing a spring-loaded choke which is actuated according to the flow passing therein so as to increase the effective section of the throttle orifice when the fuel flow rate is increased.
In a variant, the acceleration control can be made inactive at a selected engine speed by means of a centrifugal governor device which can, for example, isolate the device controlling the flow of fuel by in relation to the action of pressure sensitive devices.
Thus, in an application of the invention in which the fuel system is of the known species and comprises a variable stroke pump, the stroke determining device of which is controlled by a hydraulic servo system comprising a controlled valve. by pressure sensitive devices, an isolation valve may be provided to cut off communication with the servo system at a predetermined rotational speed, thereby rendering the throttle control inactive on the speed-determining device. fuel pump stroke. In yet another arrangement, such an isolation valve can be actuated at a predetermined value of the engine compression ratio.
Additionally or alternatively, such an isolation valve may be manually operated, so that the
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The acceleration command can be made inactive, under certain conditions, for example, during the take-off of the aircraft.
Preferably, and especially in the application of the invention to the fuel systems of gas turbine engines employed for the propulsion of aircraft, the acceleration control according to the invention is used in combination with a device controlling the pressure of. discharge of the fuel pump according to the ambient atmospheric pressure, the discharge pressure being reduced when the atmospheric pressure decreases, as occurs during an increase in altitude, in a manner suitable to keep constant the speed of the engine or the power of the engine, during variations in atmospheric pressure, without actuating the regulator or an equivalent speed determining device.
Some embodiments of the gas turbine fuel system of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings where: Figure 1 is a schematic illustration of a simple gas turbine engine; Figure 2 schematically illustrates a fuel system arrangement suitable for use with the gas turbine engine of Figure 1, Figure 3 illustrates a variation of part of Figure 2, Figure 4 schematically illustrates a second dis - fuel system position suitable for use with the gas turbine engine of figure 1, figure 5 illustrates a detail of part of figure 4 and constitutes a section along line 5-5 of figure 4, figure 6 illustrates a variant of the arrangement of the fuel system of figure 4,
Fig. 7 is a graph showing how the pressure drop varies between the two sides of a par-
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part of the fuel system illustrated as a function of the fuel flow through this portion, and Figures 8 and 9 are graphical representations of the fuel flow rate to the engine during acceleration as a function of the pressure of. compressor discharge from the engine.
Referring to Figure 1, the gas turbine engine, which is of known construction, comprises a compressor 10, shown as an axial compressor, a combustion apparatus (not shown) housed in a casing 11, a turbo - Bine 12 and an exhaust device 13. As usual, the compressed air coming from the compressor 10 passes into the combustion device to serve for the combustion of the fuel and the heated air passes through the turbine and actuates it. . Turbine 12 powers compressor 10 and the exhaust gases pass through the exhaust assembly and from there to an exhaust nozzle (not shown).
The fuel is supplied to the combustion apparatus by a number of injection devices 14 fed by lines 15 from a manifold 16 to which the fuel is supplied under the control and by the fuel system 17. , in a manner described in more detail below.
The engine is shown housed in a nacelle 18.
The fuel systems described below are of the type which comprises a known fuel pump 20, of the variable capacity type, and a control system by which a pressure difference of the fuel system is controlled so as to vary. the flow rate of the returned fuel according to the atmospheric pressure, which may be the static atmospheric pressure or the static pressure modified by the dynamic barometric height due to the movement of the aircraft forwards or by the conditions prevailing in the air intake 10a of the compressor 10 or else in
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both by the forward movement and the conditions in the air intake 10a. Atmospheric pressure control is generally indicated in 21.
Each fuel system also includes an acceleration control, generally indicated at 22, by which control during engine acceleration is prevented that the fuel flow rate to the engine exceeds a value. chosen in advance to be a function of an instantaneous operating condition, which makes it possible to avoid overfeeding the engine with fuel.
In the arrangement of the fuel system shown in Figure 2, the throttle control 22 is arranged as a separate unit from the atmospheric pressure control. In the arrangement shown in Figure 4, the two controls are combined in a single unit.
In both constructions, the fuel pump is shown as a pump of the variable capacity type, having a rotor 23 having a number of substantially axial cylinders containing plungers 24 whose stroke in the cylinders, when of the rotation of the rotor 23, is determined by the angle of inclination of a mechanism 25 with an inclined stopper plate. The fuel arrives at the suction port of the pump via a line 26 and, as usual, an overload pump 27 is provided to withdraw the fuel from the fuel tank (not shown) and to discharge it. to the main fuel pump suction port 20.
The main fuel pump 20 delivers fuel through a line 28, past various control members described below, to a manifold 16 and the fuel injectors 14 of the engine.
The angle of inclination of the inclined stopper mechanism 25 is determined by the position of the piston 29 in a cylinder 30. The piston 29 is loaded by a spring 31 which tends to bias the inclined plate mechanism 25 towards a higher angle.
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position; wherein the plungers operate at full stroke and the piston is arranged to be subjected to fluid pressure on both sides. For this purpose, cylinder 30 is connected at each end by a passage 32 to the discharge side of the main fuel pump 20, the flow of fluid to the spring loaded side of the piston passing through a constriction 33. draw-offs are provided from the spring loaded side of the piston.
In operation, when there is no fuel stream passing through the draw-off passages, the fluid pressures acting on piston 29 are the same and the spring acts to move the piston to a position. corresponding to the full stroke of the divers. However, when flow occurs through the draw-off passages, the fluid pressure acting on the spring loaded side of the piston 29 drops, so that the piston is moved against the action of the spring 31, reducing the stroke of the plungers. 24.
The main fuel pump 20 comprises, as shown, a speed regulator of known type in which the pump rotor 23 acts as a centrifugal pump rotor. For this purpose, the rotor 23 has a central passage 34 which communicates at one end with the suction side of the pump and at the other end with a series of radial passages 35 so that during the rotation of the rotor 23, the fuel is sucked by the rotor through the passage 34 and discharged into the space 36, at an increased pressure depending on the speed of rotation of the rotor 23, which subjects the diaphragm 37 at a certain thrust.
When the thrust exerted on the diaphragm 37 reaches a selected value, determined by the resistance of a tension spring 38 connected to the diaphragm, a chin 39, carried by the diaphragm, engages a rocking lever 40 to do so. tilt and cause it to open a half-ball valve 41, which allows fluid to flow at a low rate from the loaded side
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piston 29 through passage 42. Fluid withdrawn through passage 42 returns to the suction side of main fuel pump 20 through passage 43.
As is well known, a gas turbine engine requires less fuel to maintain a given engine speed under constant running conditions at high altitude than it does at low levels and hence the system at Fuel, as noted above, includes a known atmospheric pressure control which acts to reduce the rate of fuel supply to the engine as atmospheric pressure decreases.
Referring to Figure 2, the atmospheric pressure control 21 comprises a body 44 divided into two chambers 45 and 46 by a diaphragm 47. The diaphragm carries a lever 48, one end of which projects into the chamber. chamber 45 and the other end of which projects into chamber 46. Chamber 45 is connected with the spring loaded side of piston 29 by a draw-off line 49 and the current passing through the draw-off line is controlled by a valve 50 to half-ball, carried by the end of the lever 48 projecting into the chamber 45. This end of the lever 48 is loaded by a spring 51. The chamber 45 is connected by a pipe 52 to the suction side of the main fuel pump 20.
The lever 48 is also arranged so as to be loaded as a function of the delivery pressure of the fuel, which, in this case, is the pressure difference between the pressure prevailing immediately upstream of the hand regulator 53 and the pressure prevailing. on the suction side of the main fuel pump 20. For this purpose, an auxiliary line 54 leads - from the fuel delivery line 28 to a small cylinder formed in the body of the unit 21, so that the pressure immediately prevailing upstream of the regulator 53 acts on the head of the chin bar 55. It is obvious that when the pressure prevailing immediately upstream of the regulator 53 increases,
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the load exerted on the lever 48 by the chin bar 55 increases proportionally.
The end of the lever 48 projecting into the chamber 46 is subjected to the action of a vacuum expandable capsule 56 and the chamber 46 is in communication, via a pipe 57, or with a point of the aircraft where the pressure prevails. static, either with a Pitot tube device, as shown at 58 in FIG. 1, or with a point of the air intake of the compressor 10 of the engine. Thus, when atmospheric pressure drops, the capsule 56 expands increasing its effective thrust on the lever 48.
It can be seen that the thrusts exerted by the capsule 56 and the chin 55 act in the opposite direction to that of the thrust exerted on the lever 48 by the spring 51. Thus, under stable atmospheric conditions, if the fuel pressure immediately prevailing upstream of the hand regulator 53 increases above a selected value, the combined thrusts of the capsule 56 and the chin 55 will overcome the thrust of the spring 51 and the valve 50 will open, drawing off fuel on the spring loaded side of piston 29 and allowing the pump stroke to be reduced, in order to reduce the fuel pressure to a selected value.
Likewise, upon a change in atmospheric pressure, for example, upon a drop in atmospheric pressure, the capsule 56 expands, increasing the load on the lever 48 so that the combined loads of the capsule 56 and of the chin bar 55 overcome the action of the spring, allowing the fuel to flow at a low rate from the spring loaded side of the piston 29, so that the fuel pressure prevailing immediately upstream of the hand regulator 53 falls until equilibrium conditions are reached again. In other words, upon a change in atmospheric pressure, the atmospheric pressure control 21 acts to modify the discharge pressure of the fuel from the fuel tank.
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desired way.
With a fuel system as heretofore has been described with reference to Figure 2, difficulties can arise in the operation of a gas turbine engine during acceleration, due to the fact that excess fuel is supplied to the engine. For example, if excess fuel is supplied to the engine during acceleration, overheating of the combustion apparatus and turbine components may occur, with consequent damage, and, in addition, the air-fuel mixture becomes too rich, which can lead to the extinction of the combustion. In addition, with some engines, excessive combustion temperatures during acceleration can cause the compressor to "choke".
The present invention overcomes these difficulties by providing the throttle control 22 which will be described later, which control limits the amount of fuel that can be supplied to the engine, depending on the increase in pressure in the engine compressor.
The throttle control 22 comprises a valve located on line 28, the valve comprising a valve body 60, through which the fuel flowing in line 28 passes, a valve seat 61 provided around an opening of the valve. a passage of the valve body connecting the inlet to the valve body 60 and the outlet thereof, and a valve member 62 loaded by a spring 63 to close the opening. The flow of fuel through the valve body 21 causes the opening of the valve member 62 which suitably has a conical head, which creates a pressure drop between the two sides of the valve body.
The shape of the head 62a of the valve member 62 and the force of the spring 63 are chosen such that there is a substantially linear relationship between the pressure drop across the valve and the flow of fuel therein. past. Referring to figure 7, a graph shows the characteristics of
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the valve 62 and in this graph, the fuel flow rates F passing through the valve are plotted on the abscissa and the corresponding pressure drops between the two sides of the valve are plotted on the ordinate. As shown by line 64, the pressure drop between the two sides of the valve is a linear function of the flow rate.
The valve body 60 also includes a second valve seat 65 surrounding an opening of the passage 66 bypassing the valve member 62. The opening surrounded by the seat 65 is normally closed by a valve member 67 which is held on. the seat 65 by a spring 68. The dimensions of the valve member 67 and the force of the spring 68 are chosen so that when the pressure drop between the two sides of the opening controlled by the valve member valve 62 reaches a predetermined value, the valve opens and the pressure drop between the inlet side and the outlet side of the valve body 60 remains substantially constant, independent of a subsequent increase in fuel flow .
This effect is represented in the curve of FIG. 7, by the horizontal line 69, the point 70 being the point where the bypass valve 67 opens.
The throttle control also comprises a unit having a body 71 divided into two chambers 72 and 73 by a diaphragm 74. The diaphragm carries a lever 75, the ends of which project into the chambers 72 and 73, respectively. The lever 75 bears on its end projecting into chamber 73 a half-ball valve 76 controlling the flow of fuel through an auxiliary line 77 from the draw-off line 49, and thereby controlling the flow of fuel from the spring loaded side of the piston 29.
The lever 75 is controlled for its rocking movement by the application of the following three thrusts: (a) a thrust which depends, at least in part, on the absolute discharge pressure of the compressor,
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(b) a thrust dependent on the pressure drop across the valve body 60, and (c) a thrust due to a spring.
The thrust dependent on the absolute discharge pressure of the compressor is applied by placing the chamber 72 in communication, through a line 78, with the discharge side of the compressor 10 (FIG. 1) and providing, as part of it. the wall of the chamber 72, a diaphragm 79 separating it from another chamber 80, where the pressure is atmospheric pressure, which, in the construction illustrated, is the pressure prevailing in the air intake of the compressor , the communication between the chamber 80 and the air intake 10a being established by the pipe 81. The diaphragm 79 is connected to a vacuum capsule 82 housed in the chamber 80, and a spring 62a housed inside the chamber. capsule 82, urges the diaphragm towards the lever 75 and, by means of a point 79a, exerts on the lever a thrust which tends to open the valve 76.
In operation, if the effective areas of diaphragm 79 and capsule 82 are chosen to be equal, the thrust applied to the lever by the spring 82a is progressively reduced, as the absolute discharge pressure of the compressor increases. a value proportional to the absolute compressor discharge pressure. If the effective surfaces of diaphragm 79 and capsule '$ 2 are unequal, the decrease in spring thrust applied to lever 75 is partly determined by the absolute discharge pressure of the compressor and partly by the pressure. atmospheric.
Therefore, the arrangement is such that as the absolute compressor discharge pressure increases, the thrust tending to open valve 76 applied to lever 75 decreases, or, in other words, the pressure to open valve 76. The discharge of the compressor acts in the sense that it contributes to plugging the valve 76.
The thrust proportional to the pressure drop at
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through the valve body 60 is applied to the lever by connecting, by a pipe 83, the valve body 60 upstream of the opening controlled by the valve member 62 to a cylinder containing the head of a chin 84 , similar to the chin 55 of the atmospheric pressure control 21 and also to the lower side of a diaphragm 85, contained in an auxiliary chamber 86, one of which the opposite side is connected, by / pipe 87, to the downstream side of the body valve 60. The diaphragm is urged towards the lever 75 by a spring 90 and the movements of the diaphragm 85 due to changes in pressure drop are communicated to the lever 75 by a chin 88 located between the diaphragm and the lever.
The arrangement of these members is such that the spring 90 tends to keep the valve 76 closed and that the thrusts exerted on the diaphragm 85 and the chin 84 and due to the pressure drop between the two sides of the body. valve 60 tend to open the half-ball valve 76. The pressure drop thus acts in the sense that it contributes to opening the valve 76, that is to say in a direction opposite to that of the discharge pressure of the compressor.
The third thrust, that is to say the spring thrust, is due to the combined effects of the spring 82a and the spring 90, the latter spring resting on one side on the diaphragm 85 and the spring. another, on a plate which itself rests on an adjusting screw 91. The effective thrust due to the springs is such that it tends to keep the half-ball valve 76 closed.
The operation of the device takes place as follows.
As the compressor discharge pressure increases, the effective thrust exerted on the lever 75, applied through the tip 79a, decreases, so that the thrust due to the pressure drop across the valve body 60 must increase in order for the half-ball valve 76 to be opened against spring thrust. Thus, during acceleration, for each discharge pressure of the compressor, the flow rate through valve 62 can increase only.
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until the valve 76 opens, when a flow of tapping fuel is established through the tapping line 49 and the auxiliary line 77, back to the suction side of the pump, through a return line 92, causing the stroke of the main fuel pump 20 to be reduced.
Thus, during acceleration, the effective flow rate of the fuel flowing to the fuel injectors 14 is limited as a function of the instantaneous discharge pressure of the compressor and, as the engine accelerates and, therefore, as the engine accelerates. As the compressor discharge pressure increases, the maximum allowable pressure drop across the valve body 60 and the maximum allowable effective fuel flow rate increases.
As stated above, when the flow rate passing through the valve body 60 reaches a predetermined value, the valve member 67 leaves its seat and, thereafter, the pressure drop remains constant.
The effect of the throttle control on the relationship between the actual fuel flow rate and the compressor discharge pressure is illustrated graphically in Figures Ô and 9, in which the fuel flow rate F is shown in function of the discharge pressure of the CDP compressor. Referring to Figure 8, the curve 93 indicates the maximum discharge rate of the fuel pump for various discharge pressures of the compressor. Dashed line 94 represents the engine's fuel requirements under constant running conditions and line 95 represents the actual fuel flow rate during acceleration when the compressor discharge pressure increases.
All these curves relate to the conditions prevailing at the ground level. It can be seen that as the discharge pressure of the compressor increases, the fuel flow rate F increases proportionally until point 96 is reached, which point represents the point at which the valve member 67 opens.
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After that, the fuel flow becomes the maximum discharge flow rate of the fuel pump, as indicated by the reinforced part 93a of line 93. Point 96 is chosen according to the characteristics of the engine which may be such that the engine is able to cope with the full delivery rate of fuel at higher engine speeds, as a result of proper choice of spring thrust 68.
Referring to Figure 9, similar curves are shown for the conditions at high altitudes, the curves corresponding to curves 93, 94 and 95 being denoted by 193, 194 and 195, respectively. Fuel flow rates at high altitude are much smaller than those at ground level, the valve member 67 does not leave its seat until high speeds are reached, so the fuel flow F is always proportional to the discharge pressure of the CDP compressor.
In other words, the choice of the change point where the valve 67 leaves its seat and deactivates the throttle control ensures, based on the flow rate, that the rotational speed at which the control The acceleration becomes inactive and increases with increasing altitude and that in high altitude conditions, the throttle control is active over the full range of acceleration. This is desirable because the power which can be developed for acceleration of the motor rotor decreases with increasing altitude, while the rotor inertia remains constant.
Referring again to Figure 2, a valve 97 is provided on the auxiliary line 77 so that the throttle control can, if desired, be made inactive. This valve can be actuated in any suitable manner, either automatically or otherwise, and it can be arranged so that its position depends on the rotational speed of the motor, so as to be closed when a speed of
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engine rotation selected in advance is reached or when a predetermined compression ratio is reached in the compressor, or manually.
If, for example, valve 97 is to be closed at a pre-selected engine speed, it can be connected to a centrifugal governor or it can be connected to the armature of an electromagnetic device whose circuit is closed or open. when the speed rises above or falls below the selected engine speed.
If the control is to be made inactive when a predetermined compression ratio is reached in the engine compressor, the valve may be operatively connected to a device responsive to engine intake and discharge pressures, comprising , for example, a pair of vacuum capsules subjected respectively to these pressures and arranged to actuate, for example, a rocking arm to close electrical contacts completing the circuit of an electromagnetic device intended to actuate the valve 97.
The regulator 53 is shown mounted in a body 98, also having a shut-off valve 99 which is fully open during engine operation.
Referring now to FIG. 3, there is illustrated a variant of the method for loading the lever 75 as a function of the absolute discharge pressure of the compressor. In this arrangement, the chamber 72 is connected, by a pipe 100, to the inlet of a Venturi device 101, the inlet 102 of which is in communication with the discharge duct of the compressor. The Venturi device 101 is arranged so as to reach the critical state during normal operation of the engine and the throat of the Venturi 101 is connected, by a pipe 103, to a chamber 104, which is separated from the chamber 72 by the diaphragm 79.
As can be understood, when the Venturi is in the critical state, the pressure at the throat of the Venturi is in constant relation with the absolute pressure at the inlet of the Venturi, so that the load exerted
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on the diaphragm 79 is always proportional to the absolute discharge pressure of the compressor.
Referring now to Figures 4 and 5, there is illustrated an arrangement in which the atmospheric pressure control 21 is combined, as a unit, with the acceleration control 22. Both units operate. independently and are essentially similar, as regards their construction, to the corresponding devices shown in FIG. 2.
In this construction, the regulator 53 is, as shown in Figure 2, located in a body 98 which also houses a shut-off valve 99. In this construction, the body 98 also includes a pressure relief valve 105, which is also included in this construction. spring pushes towards its seat 106 and which controls the flow of fuel in main line 107 leading to the main jet of a double jet burner of a well known form.
During idling, fuel passes only through line 107a, to the burner idling jet, and when the fuel delivery pressure at the burners 14 increases to a predetermined value, the valve 105 is turned on. raised from its seat 106 to allow the fuel to pass to the main jets of the burners 14. Such an arrangement does not constitute an essential part of the invention.
In the construction shown in Figure 4, instead of the atmospheric pressure control controlling the delivery pressure of the fuel immediately upstream of regulator 53, its arrangement is such as to control the pressure drop across regulator 53. .
For this purpose, a pair of auxiliary lines 108, 109 are connected to the main fuel line 28 on both sides of the regulator 53, their other ends being connected to a chamber containing a diaphragm 110.
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open on either side of the diaphragm. The diaphragm 110 is therefore loaded as a function of the pressure drop across the regulator 53 and this load is transmitted by a chin 110a to a lever 148, which corresponds to the lever 48 of the device 21 shown in FIG. 2. The lever 148 is loaded by a barometric capsule 156, housed in a chamber 146, and by a spring 151, housed in a chamber 111, the load of the spring being transmitted to the lever 148 by a chin bar 112.
The chamber 111 is connected by a line 113 to the auxiliary line 109 in order to compensate for the difference in the effective surfaces of the sides of the diaphragm 110. The lever 148, under constant operating conditions, controls the flow of fuel leaving the chamber. the spring loaded side of the piston 29, through the draw-off line 49 by acting on a draw-off valve which is shown in more detail in Figure 5.
The draw-off valve comprises a rocking lever 114, carrying a half-ball 115, which closes the outlet of the draw-off line 49, the lever 114 being normally biased by a spring 116, towards a position in the- which the half-ball 115 blocks the outlet opening of the withdrawal pipe 49.
The lever 114 is provided with a portion in the form of a tablet 114a, with which comes into contact a finger carried by the end of the lever 148, in order to tilt the lever 114.
The atmospheric pressure control operates in a manner similar to that which has been described with reference to Figure 2, in order to reduce the maximum possible pressure drop across the regulator 53 as the atmospheric pressure decreases, thus coping with changes in fuel consumption accompanying changes in atmospheric pressure.
The throttle control unit includes a lever
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175, carried by the diaphragm 174, separating the two halves of a chamber 173, which are in communication through the openings 174a made in the diaphragm.
The lever 175 is arranged to be loaded as a function of the pressure drop across the valve body 60 by means of a diaphragm 185 contained in a chamber 117, one side of the diaphragm being loaded by the pressure prevailing upstream of the valve. valve body 60 via line 83, and the other side of the diaphragm being loaded by the pressure prevailing downstream of the valve body via auxiliary line 108, the chamber located on one side of diaphragm 110 and connecting line 118 The load is transmitted from the diaphragm 185 to the lever 175 by a chin 184.
The lever 175 is also loaded by a spring 190 through a chin 188, the spring being housed in a chamber 186, which is connected, by a pipe 119, to the upper side of the diaphragm 185, this arrangement being adopted for compensate for the difference in the effective areas of the sides of the diaphragm 185.
The lever 175 is also loaded as a function of the absolute discharge pressure of the compressor, by connecting one side of the diaphragm 179, by a pipe 78, with the discharge side of the compressor, the diaphragm being connected to a vacuum capsule. 182. The chamber 173 is connected, by a pipe 192, to the suction side of the main fuel pump 20, and the effective area of the capsule 182 is chosen equal to the effective area of the sides of the diaphragm 179.
If desired, the openings 174a can be omitted and the chamber containing the capsule 182, vented to atmospheric pressure. In this case, if the effective areas of capsule 182 and diaphragm 179 are equal, the load on lever 175 will depend only on the absolute discharge pressure of the compressor, while if the effective areas are unequal, the load will depend on absolute pressure
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discharge pressure of the compressor and atmospheric pressure.
The lever 175 is arranged to come into contact with the tablet-shaped portion 114a of the lever 114 during acceleration, in order to control the flow of fuel exiting the take-off line 49 during acceleration and thus dominate. control at atmospheric pressure during acceleration.
As is evident, the loads which are exerted on the lever 175 and which are due to the spring 190 and to the discharge pressure of the compressor, act in the direction that the valve 115 is held closed, and the load s' exerting on the lever 175 and due to the pressure drop between the two sides of the valve body 60 acts in the opposite direction to tend to open the valve 115, and the throttle control thus acts in the same way than that which has been described with reference to FIG. 2, giving characteristics of fuel flow rate F as a function of the discharge pressure of the compressor CDP similar to those which are represented at 95, 96, 93a and 195, in Figures 8 and 9.
In certain circumstances, it may be desirable to provide additional control in the fuel system as described above. For example, if the characteristics of the throttle control are chosen to give satisfactory acceleration conditions until the compression ratio in the engine compressor reaches the value of 3: 1, it can happen, at high altitude and for high engine rotation speeds, that, during acceleration, there is a tendency for the engine to be underfed with fuel.
To overcome this difficulty, the fuel systems described above can be modified by providing a control which, when a certain compression ratio is reached in the compressor, increases the effective load exerted on the rocking lever of the compressor. acceleration command and due to the absolute discharge pressure of the compressor, if
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although a greater pressure drop is required across the valve body 60, before the throttle control begins to operate in order to draw fuel from below the spring loaded side of the piston 29 As a result, when the predetermined compression ratio is reached, higher fuel flow rates can flow to the engine.
An arrangement intended to achieve this control is illustrated in Figure 6, in an application to the fuel system described with reference to Figure 4.
Referring to Figure 6, there is shown a gas turbine similar to that shown in Figure 1, having draw-off lines 81 and 78 leading from the air intake and the duct. discharge of the compressor 10 of the engine. This figure also shows the acceleration control part of the combination unit grouping the atmospheric pressure control and the acceleration control. In this figure, the reference figures used are the same as those of Figures 1 and 4, for the elements which are not modified.
The diaphragm 179 to which the discharge pressure of the compressor is applied via the withdrawal line 78 also undergoes the action of a chin 200, connecting the diaphragm 179 to another diaphragm 201 located in a chamber 202. The upper part of the diaphragm 201 , as can be seen in the drawing, is arranged so as to be subjected to the inlet pressure of the compressor via an auxiliary pipe 203 connected to the withdrawal pipe 81. The lower side of the diaphragm 201 is connected, by a pipe 204, to a changeover valve 205, of which the valve member 206 in the form of a piston is connected to the armature 207 of an electromagnetic device 208.
When the piston 206 is in the position shown in FIG. 6, a position which corresponds to the state of the electromagnetic device 208 with the circuit cut off,
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the line 204 is connected by the changeover valve 205 to the draw-off line 81 and, in this way, to the air intake of the compressor, so that the loads acting on the diaphragm 201 are balanced, so that, therefore, - however, there is no load applied by the diaphragm 201 through the chin 200 to the diaphragm 179. Therefore, under these conditions, the throttle control operates exactly as described with reference to the figure. 4.
If, however, the piston-shaped valve member 206 moves to the right, as shown in the drawing, upon closing the circuit of the electromagnetic device 208, the communication between the draw-off line 80 and the Line 204 is interrupted and line 204 is connected to an auxiliary line 209 connected to line 78, so that the lower side of diaphragm 201 is in communication with the compressor discharge line.
The load acting on the lever 175 and due to the diaphragm 179 is thus increased by the resulting load exerted on the diaphragm 201, which is transmitted to the diaphragm 179 by the chin 200.
The changeover of the piston-shaped valve member 206 is effected as follows. The electromagnetic device 208 is connected in an electrical circuit 210, comprising a pair of contacts 211, 212 whose contact 211 is a fixed contact and whose contact 212 is carried by a tilting shaft or lever 213. The lever pivots. around a point of its length such that the ratio of the length of its arms equals the compression ratio for which it is desired to increase the flow of fuel to the engine in order to avoid underfeeding at high speeds and at high altitude.
The shorter arm of the lever 213 is hingedly connected to a vacuum capsule 214 having an adjustable stopper 215, the capsule being located in a chamber 216 which is in.
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communication via line 217 with the withdrawal line 78, and therefore with the discharge line of the compressor. The long arm of lever 213 is hingedly connected to another capsule 218, having an adjustable stopper 219, which capsule is housed in a chamber 220 connected to line 203 and, therefore, to draw-off line 81 and to the compressor air intake 10a.
In operation, the pressure within chamber 220 remains substantially constant under constant atmospheric conditions, while the pressure in chamber 216 increases with the compression ratio of the compressor, so that as the pressure increases. The compression ratio increases, the capsule 214 gradually inclines the rocking lever 213 around its pivot and gradually approaches the movable contact 212 of the contact 211.
When the compression ratio in the compressor reaches the value selected in advance, the contact 212 comes into contact with the contact 211, closing the circuit of the electromagnetic device 208, as a result of which the armature 207 of the latter. is attracted to the right, as seen in the drawing; the communication between the line 204 and the withdrawal line 81 is cut and communication is established between the line 204 and the line 209 and the withdrawal line 78.
The effect of this control is illustrated graphically in Figures 8 and 9. In Figure 8, the dotted extension 221 of the straight line feature 95 illustrates the effect that would be obtained under conditions at ground level with n ' any of the fuel systems described with reference to Figures 2 and 4, the bypass valve 67 being held permanently in its seat.
The effect of increasing the load exerted on the throttle control due to the discharge pressure of the compressor, at a predetermined value of the compression ratio, introduces a discontinuity in the characteristic of the fuel flow rate expressed as a function of the discharge pressure of the compressor, as it is
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indicated at 221a, and thus gives rise to an increased flow rate, represented by the dotted characteristic 221b for the discharge pressures of the compressor higher than that where the changeover takes place.
Sometimes, as a result of the large fuel flows taking place under ground level conditions, bypass valve 67 opens, rendering the throttle control inactive before the compression ratio in the compressor n. 'reaches the predetermined value so that it is evident that at low altitudes the changeover control illustrated and described with reference to FIG. 6 has no effect on the fuel flow rate. flowing to the engine.
Referring now to Figure 9, it can be seen that, owing to the fact that the fuel consumption by the engine is much lower, the fuel flow rate for which the bypass valve 67 opens is not reached. , and thus, when the predetermined compression ratio is reached in the engine compressor, the changeover mechanism becomes active and higher fuel flow rates can flow to the engine, as indicated by the dotted characteristic 222.