<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS RELATIFS A DES SYSTEMES A COMBUSTIBLE DE MOTEURS A
TURBINE A GAZ-
La présente invention a trait à des ;systèmes à combustible de mo- teurs à turbine à gaz et concerne particulièrement le type de systèmes à combus- tible (ci-dessous appelé systèmes à combustible du type spécifié) comprenant une pompe à débit variable, apte à refouler le combustible, 'à travers un dispo- sitif à vanne régulatrice ou un dispositif équivalent de régulation du débit, vers les dispositifs d'injection du combustible situés dans l'appareil de com- bustion du moteur -et où le débit de la pompe est réglé par un dispositif à pis- ton et cylindre ou un dispositif sensible à la pression équivalente agencé de manière à être sensible à la pression d'un servo-fluie.
La présente invention a entre autres pour objets de présenter un dispositif perfectionné destiné à régler la pression du servo-fluide à laquel- le est sensible le dispositif à piston et cylindre ou le dispositif équivalent sensible à la pression et ce, dans le but de contrôler le moteur d'une manière désirable
Selon la présente invention, un système à combustible de moteur à turbine à gaz du type spécifié comprend la combinaison d'un dispositif destiné à effectuer un premier apport de servo-fluide, sous une pression contrôlée, à un espace à pression dudit dispositif à piston et cylindre ou du-dit dispositif sensible à la pression équivalent, et d'un dispositif à soupape contrôlable, destiné à admettre un second apport de servo-fluide audit espace à pression,
afin d'augmenter la servo-pression agissant dans l'espace à pression jusqu'à une valeur dépassant la pression contrôlée. Le dispositif à soupape contrôla- ble peut être contrôlé à la main ou=peut être actionné automatiquement, lorsque une condition choisie, liée à la marche du moteur, se trouve réalisée.
Le dispositif à soupape contrôlable peut être actionné d'après di- verses conditions, lesquelles sont, de préférence, des conditions prédéterminées, liées à la marche du moteur. Par exemple, dans un arrangement préféré, le dis- positif à soupape contrôlable est actionné de manière à admettre un supplément de fluide sous pression dans l'espace à pression, afin d'augmenter ainsi la ser- vo-pression et à tendre à augmenter la course de la pompe, de façon à maintenir
<Desc/Clms Page number 2>
un débit minimum prédéterminé du combustible vers le moteur.
Une application de l'invention concerne les systèmes à combustible des moteurs à turbine à gaz du type spécifiée où ledit dispositif comprend, pour effectuer le premier apport de servo-fluide, un dispositif à orifice étranglé relié à l'orifice de refoulement de la pompe à combustible, un dispositif de mesure du débit de sortie, disposé en série avec ledit dispositif à orifice é- tranglé, de manière que le combustible s'écoulant depuis l'orifice de refoule- ment de la pompe, par ledit dispositif à orifice étranglée s'écoule également par ledit dispositif de mesure du de'bit de sortie et une commande destinée à régler ledit dispositif de mesure du débit de sortie,
de manière que la pression régnant entre ledit dispositif à orifice étranglé et ledit dispositif de mesure du débit de sortie soit inférieure à la pression de refoulement du combustible et dépende des étranglements relatifs présentés par lesdits dispositif à orifi- ce étranglé et dispositif de mesure du débit., ledit espaceà pression étant branché entre lesdits dispositif à orifice étrangle et dispositif de mesure du débit de sortie.
En appliquant l'invention à un tel système à combustible, le dispositif à soupape contrôlable peut être agencé. de manière à relier ledit es- pace à pression à une source de combustible sous pression dont la pression soit supérieure à la pression régnant entre lesdits dispositif-à orifice étranglé et dispositif de mesure du débit de sortie, afin d'accroître ainsi la servo pression régnant dans ledit espace à pression.
Dans une telle application de l'invention, si un accroissement de la servo-pression régnant dans ledit espa- ce à pression entraine l'accroissement du refoulement de la pompe à combusti- ble, l'introduction du fluide sous pression supplémentaire par le dispositif à soupape contrôlable dans l'espace à pression fait croître le refoulement de la pompe, pour une vitesse de rotation donnée de la pompe, jusqu'à ce qu'il at- teigne une valeur supérieure à celle qui aurait été admise en fonctionnement normal par lesdits dispositif à orifice étrangle et dispositif de mesure de débit de sortie.
Quelques agencements selon la présente invention seront maintenant décrits dans leur application à un système à combustible de moteur à turbine à gaz simple de propulsion par réaction.
La description se réfère aux dessins schématiques annexés, où : la figure 1 illustre schématiquement un moteur à turbine à gaz sim- ple et son système à combustible ; la figure 2 illustre, de façon plus détaillée une réalisation de système à combustible; la figure 3 illustre une variante du système à combustible ; la figure 4 illustre une autre réalisation du système à combustible et la figure 5 illustre une autre variante encore du système à combus- tible.
En se référant à la figure 1, on y voit, illustré, un moteur à tur- bine à gaz 10 convenant à la propulsion d'un avion par réaction et comprenant un compresseur 11, illustré comme un compresseur axial, un appareil de combus- tion, comprenant un certain nombre de chambres de combustion séparées 12, les- quelles chambres de combustion sont branchées de manière à recevoir l'air com- primé du compresseur 11, une turbine 13 branchée de manière à recevoir les gaz chauds venant des chambres de combustion 12 et agencée de manière à mener le compresseur 11, et un assemblage d'échappement 14, auquel peut être relié un tube de jet muni d'un bec de jet de propulsion (non représentés).
Le combustible est brûlé dans l'air comprimé refoulé dans les cham- bres de combustion 12 et le combustible est introduit dans les chambres de com- bustion par les dispositifs d'injection 15, qui peuvent être de toute espèce convenable et qui peuvent être, comme il est montré, alimentés en combustible par un collecteur 16.
Le système à combustible destiné à alimenter en combustible le col- lecteur 16 est du type comprenant une pompe 17, débit variable, menée par le moteur et agencée de manière à aspirer le combustible par un tuyau d'aspiration
<Desc/Clms Page number 3>
18, d'un réservoir (non représenté) età le refouler dans une conduite 19, me- nant à une vanne régulatrice 20. Le côté sortie de la vanne régulatrice 20 est relié, par une conduite, à un robinet 22, dont le côté sortie est branché au collecteur 16. Le robinet 22 est entièrement ouvert pendant la marche du moteur et est fermé lorsque le moteur ne marche pas.
En se référant à la figure 2, on voit que la pompe à débit variable y est représentée comme une pompe du type de pompes comprenant un rotor 23, com- portant une série de trous cylindriques 23a, sensiblement axiaux, dans lesquels des plongeurs 24 exécutent un mouvement alternatif, a l'encontre de l'action de ressorts 25, gràce à un mécanisme 26 à plateau incliné.
La course des plon- geurs 24 dans les trous 23a et, par suite, la capacité volumétrique de la pom- pe sont déterminées par l'inclinaison du mécanisme à plateau, incliné sur l'axe de rotation du rotor 23 et, dans l'arrangement illustré, l'inclinaison du méca- nisme à plateau incliné 26 est contrôlée par un servo-mécanisme dont le fonction- nement est contrôlé par un dispositif 27, connu sous le nom de "commande baro- métrique du débita qui sert à modifier l'apport du combustible au moteur., de la manière voulue, selon les variations de la pression atmosphérique de l'air et fonctionnant également pour une pression de l'air atmosphérique donnée pour maintenir la différence des pressions de fluide des deux côtés de la vanne ré- gulatrice 20,à une valeur prédéterminée.
Le servo-mécanisme est¯également contrôlé par un mécanisme 128, qui fonctionne pour empêcher que la vitesse de rotation du moteur ne dépasse une valeur prédéterminée. La construction et le fonctionnement de ce mécanisme 128 sont bien connus et ne constituent pas une partie essentielle du mécanisme de contrôle selon la présente invention.
Le servo-mécanisme, destiné à contrôler l'angle d'inclinaison du mécanisme à plateau incliné 26, comprend un piston 28 divisant un cylindre en deux chambres 29 et 30. La chambre 29 est reliée, par une conduite 31, au cô- té refoulement de la pompe 17, si bien que la pression régnant dans la chambre 29 est la pression de refoulement du combustible régnant dans la conduite 19.
La chambre 30 est aussi reliée au refoulement de la pompe à combustible 17,par une conduite 31; toutefois, entre la conduite 31 et la chambre 30, il est pré- vu un étranglement 32 de l'écoulement. Un ressort 33 est logé dans la chambre 30 et sollicite le piston 28 dans le sens d'un déplacement vers la gauche, com- me on le voit aux dessins, c'est-à-dire dans le sens de l'augmentation de la course des plongeurs 24 et, par suite, de la capacité volumétrique de la pompe à combustible 17. La chambre 30 est également reliée à une conduite de souti- rage 34, par laquelle le fluide peut s'écouler hors de la chambre 30.
Gomme on le sait lorsque le fluide s'écoule de la chambre 30, par la conduite de sou- tirage 34, la pression du fluide dans la chambre 30 tombe (par suite de la pré- sence de l'étranglement d'écoulement 32) au-dessous de la pression régnant dans la chambre 29, si bien que le piston tend à se déplacer vers la droite, comme on le voit aux dessins, sous l'action de la pression de fluide régnant dans la chambre 29. Lorsqu'il n'y a pas écoulement de soutirage par la conduite de sou- tirage 34, les pressions de fluide régnant dans les chambres 29 et 30 tendent à s'égaliser et le piston 28 tend à se déplacer, sous l'action du ressort 33, vers la position de course maximum des plongeurs 24,
L'écoulement du fluide de la chambre 30, par la conduite de souti- rage 34, est contrôlé par la commande barométrique du débit 27.
La commande barométrique du débit comprend, dans'l'agencement illus- tré, un corps 35, divisé en deux chambres 36, 37 au moyen d'un diaphragme sou- ple 38, portant un levier basculant 39, dont les extrémités s'étendent respec- tivement dans les deux chambres 36 et 37. L'extrémité du levier 39 saillissant dans la chambre 36 porte un élément de soupape à demi-bille 40,agencé de maniè- re à venir en prise avec un siège entourant la sortie de la conduite de souti- rage 34 dans la chambre 36, laquelle chambre est reliée, par une conduite 41, au tuyau d'aspiration 18 de la pompe à combustible 17.
Lorsque les charges a- gissant sur le levier sont telles que l'élément de soupape à demi-bille 40 soit fermement appuyé sur son siège, il n'y a pas de fuite de combustible par la con- duite de soutirage 34 et la course de la pompe 17 augmente, et, lorsque les chargés agissant sur le levier 39 tendent à soulever l'élément de soupape à de- mi-bille 41 de son siège, le fluide s'écoule de la chambre 30, par la conduite
<Desc/Clms Page number 4>
de soutirage 34, réduisant ainsi la course des plongeurs 24 de la pompe à com- bustible 17. '
Le levier 39 est agencé de manière à être contrôlé par trois char- ges principales, comme suit :
a) Une charge dépendant de la pression atmosphérique de l'air et qui est appliquée au levier 39 au moyen d'une capsule à vide 42, logée dans la chambre 37, laquelle est reliée par une conduite 43 à un point d'air quelconque de l'avion. Lorsque la pression atmosphérique de l'air diminue, la capsule se dilate et accroît la charge qu'elle exerce sur le levier 39. La charge appli- quée par la capsule 42 l'est dans le sens où l'élément de soupape à demi-bille 40 tend à être soulevé de son siège. b) Une charge dépendant de la différence des pressions du combusti- ble régnant dans les conduites 19 et 21, de part et d'autre de la vanne régula- trice 20.
Cette charge est appliquée au levier 39 dans le même sens que la charge appliquée par la capsule 42 et l'est par l'intermédiaire d'un taquet 44, porté par un diaphragme 45, séparant une paire de chambres 46 et 47, la chambre 46 étant reliée, par une conduite 48, à la conduite 21, entre la vanne régula- trice 20 et le robinet 22, et la chambre 47 étant reliée, par une conduite 49, à la conduite de refoulement 19, juste en amont de la vanne régulatrice 20, de sorte que le diaphragme est chargé selon la chute de pression entre les deux côtés de la vanne régulatrice 20. c) Une charge par ressort., qui s'oppose aux charges dues à la cap- sule 42 et au diaphragme 44.
Cette charge de ressort est appliquée au levier 39 par l'intermédiaire d'un taquet 50-, dont une extrémité s'étend dans la cham- bre 36 et dont l'autre extrémité s'étend dans une chambre 51, logeant un ressort 52, dont une extrémité 52a s'appuie sur le taquet 50 et dont l'autre extrémité 52 b s'appuie sur une vis de pression de réglage 53. La chambre 51 est reliée par une conduite 48a à la conduite 48, cet agencement étant adopté afin de com- penser la différence des aires effectives des côtés du diaphragme 45.
Le fonctionnement de la commande barométrique du débit 27 est bien compréhensible et peut-être décrit brièvement comme suit. Dans des conditions de pression atmosphérique stables, une augmentation de la chute de pression en- tre les deux côtés de la vanne régulatrice 20 provoque une augmentation de la charge appliquée au levier 39 par le taquet 44, soulevant par là la soupape à demi-bille 40 de son siège, pour permettre au fluide de s'écouler, par la con- duite de soutirage 334, hors de la chambre 30 ce qui provoque une réduction de la course de la pompe et de la quantité du fluide refoulé vers le moteur. La réduction du débit du combustible est telle que la chute de pression entre les deux côtés de la vanne régulatrice 20 décroît jusqu'à ce que les influences des charges agissant sur le levier 39 s'équilibrent.
Réciproquement, lors d'une diminution de la chute de pression entre les deux côtés de la vanne régulatri- ce 20, la charge appliquée par le taquet 44 sur le levier 39 diminue, permettant que l'élément de soupape à demi-bille 40 soit appliqué plus fermement contre son siège et empêchant l'écoulement du fluide hors de la chambre 30 de sorte que la course de la pompe augmente jusqu'à ce que la chute de pression entre les deux côtés de la vanne régulatrice 20 soit de nouveau telle que les influen- ces des charges agissant sur le levier 39 s'équilibrent.
Lors d'une diminution de la pression atmosphérique de l'air, la char- ge exercée sur le levier 39 par la capsule 42 augmente, soulevant l'élément de soupape à demi-bille 40 de son siège et produisant une réduction de la course de la pompe à combustible. Réciproquement, une augmentation de la pression at- mosphérique provoque une réduction de la charge appliquée sur le levier 39 par la capsule 42 et une augmentation de la course de la pompe à combustible et du débit du combustible vers le moteur.
Avec un système à combustible de la classe qui vient d'être décri- te, il peut être désirable, dans certaines conditions de fonctionnement, de do- miner l'effet de commande de la commande barométrique du débit 27 et, dans ce but, il est prévu, selon la présente invention, que lorsque certaines conditions existent ou lorsqu'on désire dominer l'effet de la commande barométrique du dé- bit, la chambre 30 reçoit un apport de fluide à une pression plus élevée que
<Desc/Clms Page number 5>
la pression existant dans la chambre 30 grâce à l'apport de fluide sous pres- sion par la conduite 3le l'étranglement d'écoulement 32 et la conduite de sou- tirage 34.
Par exemple, dans certains circonstances, il est désirable de domi- ner l'effet de la commande barométrique du débit 27 afin d'éviter que le débit du combustible vers le moteur soit réduit à une valeur inférieure à une valeur minimum prédéterminée, de manière que la possibilité de l'extinction de la flam- me dans les chambres de combustion du moteur, spécialement à une certaine alti- tude, soit évitée. En d'autres termes;, dans certaines circonstances, il est désirable d'empêcher la pression du servo-fluide régnant dans la chambre 30 de descendre au niveau auquel elle serait autrement réduite par la commande baro- métrique du débit 27.
Afin d'écarter la difficulté mentionnée ci-dessus, l'agencement sui- vant est adopté. Un dispositif 55 est prévu, au moyen duquel, lorsque le débit du combustible provenant de la pompe 17 et se dirigeant, par la conduite 19, vers la vanne régulatrice 20, tombe à une valeur prédéterminée, une soupape est ouverte afin d'admettre le fluide sous pression par la conduite de soutirage.
34 vers la chambre 30, fluide dont la pression dépasse celle qui existerait au- trement dans la chambre 30 par suite de la présence de la commande barométrique du débit 27.
Le dispositif 55 comprend un élément de soupape 56, coopérant avec un orifice 57 et agencé de manière à être chargé contre la charge due à la pres- sion du fluide qui agit sur lui, par un ressort 58 qui tend à déplacer l'élément de soupape 56 de manière qu'il ferme l'orifice 57. La tête 56a de l'élément de soupape 56 a une forme telle et le ressort 58 a un coefficient tel que la différence des pressions régnant dans la conduite 19, des deux côtés du dispo- sitif 55, soit proportionnelle au débit du combustible à travers le dispositif.
Le dispositif 55 comprend aussi un élément de soupape 59 contrôlant le débit du fluide sous pression passant d'une chambre 61 (laquelle est reliée, par une conduite 60,à la conduite de refoulement du combustible 19, en amont du dispositif 55), par un orifice 63, dans une chambre 62, faisant partie de la conduite de soutirage 34. L'élément de soupape 59 est porté par un diaphrag- me souple 64 qui sépare la chambre 61 d'une autre chambre 65 reliée par une . conduite 66 à la conduite 49 et, par conséquent, à la conduite de refoulement du combustible 19, juste en aval du dispositif 55.
Le diaphragme est chargé par un ressort 67, dans le sens où l'élément de soupape 59 tend à se déplacer, de manière à permettre que le fluide sous pression s'écoule par l'orifice 63, de la conduite de refoulement 19, dans la chambre 62, à l'effet d'augmenter la pression existant dans la chambre 30.
On voit que le diaphragme 64 est soumis à une charge dépendant du débit du combustible dans la conduite 19 et un choix convenable de là force du ressort 67 peut assurer que l'élément de soupape 59 ferme normalement l'orifice 63 mais que, lorsque le débit du combustible dans la conduite de refoulement 19 tombe à une valeur prédéterminée, la soupape 63 s'ouvre pour admettre le fluide sous pression dans la chambre 30, directement depuis la conduite de refoulement 19 (dominant ainsi l'effet de la commande barométrique du débit) et provoquant une augmentation du refoulement du combus- tible.
Ainsi;, avec l'agencement qui vient d'être décrit, dans des condi- tions de marche normales, le débit du combustible dans la conduite de refoule- ment 19 sera tel que la charge appliquée au diaphragme 64 soit suffisante pour vaincre la résistance du ressort 67 et maintenir la soupape 59 dans une position où l'orifice 63 est fermé, si bien que la commande barométrique du débit 27 fonc- tionne pour contrôler le refoulement de la pompe 17.
Toutefois;, lorsque le re- foulement du combustible tombe à une valeur prédéterminée, par exemple dans les conditions régnant pendant une marche au ralenti, spécialement à une certaine altitude, la chute de pression entre les deux côtés du dispositif 55 au point que l'élément de soupape 59 soit déplacé sous la commande du ressort 67 pour ouvrir l'orifice 63 et admettre le fluide sous pression dans la chambre 30, sur- chargeant ainsi, en fait, la pression régnant dans cette chambre. Lorsque cela arrive, le piston 28 se déplace vers la gauche,comme on le voit au dessin, aug- mentant la course des plongeurs 24 de la pompe 17, augmentant le refoulement
<Desc/Clms Page number 6>
de la pompe 17 et augmentant la chute de pression entre les deux côtés du dis- positif 55.
De cette manière, le débit du combustible vers le moteur tend à se stabiliser à la valeur minimum prédéterminée.
Puisque, dans le cas où l'effet de la commande barométrique du dé- bit se trouve dominé, la chute de pression entre les deux côtés du diaphragme
45 charge le levier 39 de manière à lui faire ouvrir la soupape 40, il est né- cessaire, si la commande destinée à dominer l'effet de la commande barométrique du débit doit fonctionner comme il est décrit, que l'aire effective de la sou- pape 40 soit limitée pour qu'il ne s'écoule pas, hors du servo-système, par la soupape 40, plus de combustible qu'il n'en peut pénétrer dans le servo-système par l'orifice 63.
En se référant maintenant à la figure 3, on y voit, représenté, un agencement dans lequel du fluide supplémentaire sous pression est admis dans la chambre 62 du dispositif 55 au moyen d'un élément de soupape 359, lequel est commandé à la main. Dans cet agencement, l'élément de soupape 359 est porté par un organe 70, qu'une came 71 peut déplacer contre l'action d'un ressort 72.
La came 71 est portée par un arbre 73, commandé à la main.
Un tel agencement peut être utile pour maintenir une servo-pression active dans la chambre 30, en dépit de la défaillance de quelque autre partie de l'appareil à servo-pression normal, par exemple, lors d'un engorgement de l'étranglement d'écoulement 32.
Avec un tel agencement,le mécanisme à soupapes 56, 56a, 57 et 58 peut être supprimé.
Un autre agencement est montré à la figure 4 et dans cet agencement, le dispositif 55 est prévu de manière à maintenir la servo-pression dans la cham- bre 30, de façon à empêcher la pression régnant dans le collecteur 16 de tomber au-dessous d'une valeur prédéterminée. A cet effet, le dispositif 55 comprend un élément de soupape 459 contrôlant l'écoulement du fluide sous pression hors d'une chambre 75,par l'orifice 63, vers la chambre 62. L'élément de soupape
459 est porté par une capsule à vide 76 et la chambre 75 est reliée, par -une conduite 77, soit au collecteur à combustible 16, soit à la conduite de combus- ' tible 21 reliant la vanne régulatrice 20 au robinet 22, la pression régnant dans cette conduite 21 étant sensiblement égale à la pression régnant dans le collec- teur 16.
En fonctionnement, lorsque la pression du fluide se trouvant dans la chambre 75, c'est-à-dire la pression régnant dans les brûleurs de combusti- ble, dépasse une valeur minimum prédéterminée dépendant du taux de la capsule 76, la soupape 459 est fermée, mais lorsque la pression des brûleurs de com- bustible tend à tomber au-dessous de la valeur prédéterminée, la capsule 76 se dilate, ce qui provoque l'ouverture de l'orifice 63 par l'élément de soupape
459 et permet que le fluide sous pression pénètre dans la chambre 62 et domine l'effet de la commande barométrique du débit 27.
En se reportant maintenant à la figure 5, on y voit, illustré, un agencement dans lequel le dispositif 55, chargé de dominer l'effet de la comman- de barométrique du débit 27, est agencé de manière à fonctionner lorsque la vi- tesse de rotation du moteur tend à tomber au-dessous d'une valeur prédéterminée.
Dans cette construction, le dispositif 55 comprend un élément de soupape 559, commandant l'orifice 63, reliant les chambres 61 et 62, et l'élé- ment de soupape 559 est contrôlé par un régulateur centrifuge 78, agencé de ma- nière à être mené depuis le moteur par l'arbre 79 et de manière à déplacer l'é- lément de soupape 559 contre l'action d'un ressort 80, dans un sens où il ferme l'orifice 63, lorsque la vitesse du moteur augmente.- Lorsque la vitesse du mo- teur atteint une valeur prédéterminée, l'orifice 63 est entièrement fermé par l'élément de soupape 559, si bien que la commande barométrique du débit fonc- tionne normalement.
Lorsque, toutefois, la vitesse de rotation du moteur a tendance à tomber au-dessous de la valeur prédéterminée,, l'élément de soupape
559 ouvre l'orifice 63 et permet que le fluide sous pression s'écoule depuis la conduite 19, par la conduite 60 et la chambre 6le dans la chambre 62 et do- mine ainsi l'effet de la commande barométrique du débit 27.