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REGULATEUR D'ADMISSION DE COMBUSTIBLE LIQUIDE A UN MOTEUR A TURBINE A GAZ.
Cette invention concerne un régulateur d'admission de combustible liquide à un moteur à turbine à gaz du type comportant une pompe à débit constant entraînée par le moteur et dont le débit effectif est réglé par un plongeur sensible à la pression, sans aucun ressort, qui sert de soupape d'écoulement et sur une face duquel la pression effective de refoulement est appliquée tandis que l'extrémité opposée de la chambre dans laquelle se déplace le plongeur est reliée à l'extrémité à laquelle la pression ef- fective de refoulement est amenée par un orifice rétréci et elle est aussi en communication avec un canal de passage (appelé ci-après passage de régla- ge) dans lequel la pression peut être réglée d'après les conditions de fonc- tionnement. Pour augmenter le débit effectif, il faut augmenter la pression dans le passage de réglage.
-Cette pompe est pourvue d'un dispositif de réglage du débit de combustible à une vitesse maximum prédéterminée du moteur afin d'éviter l'em- ballement du moteur, ce dispositif agissant sur la pression existant dans le passage de réglage ou un autre passage de réglage monté en parallèle avec le premier.
Le but principal de l'invention est d'empêcher l'étouffement du moteur par excès de combustible, lorsqu'on ouvre rapidement la commande d'admission. -
L'invention comprend la combinaison d'un régulateur du type spé- cifié dans le premier paragraphe de ce mémoire et d'un appareil à rapport air/combustible par lequel passe le débit effectif de la pompe, cet appareil comportant un étrangleur variable destiné à créer une différence de pression entre le côté entrée et le côté sortie de l'étranglement sans que celui-ci soit affecté par cette différence de pression qui est appliquée de manière à actionner une valve dans le passage de réglage ou un autre passage de réglage
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en parallèle avec le premier, l'étrangleur étant commandé en fonction de la pression de refoulement du compresseur du moteur.
Dans les dessins : la figure 1 montre schématiquement une forme d'appareil comportant l'invention; la figure 2 est un graphique illustrant les conditions de fonction- nement correspondantes; la figure 3 montre schématiquement un-appareil modifié et la figure 4 est un graphique illustrant les conditions de fonc- tionnement de l'appareil de la figure 3.- la figure 1 montre une pompe à débit constant entraînée par le moteur, indiquée d'une manière générale par A, etun appareil à rapport air/ combustible B.
La pompe a un rotor 11 fixé concentriquement sur un arbre entraî- né 12, les deux pièces étant fabriquées séparément mais étant assemblées par des dents 13 qui les bloquent ensemble. L'alésage du rotor, également concen- trique sur l'arbre, est monté sur palier dans un noyau 14 fixé à une extrémi- té sur le corps de la pompe 15. Le rotor a des alésages radiaux 16 dans les- quels se déplacent des pistons 17 pourvus, à leur tête, de glissières 18 se déplaçant sur des tiges transversales 19 des pistons et sont en contact à frot- tement dans un alésage 20 du corps de pompe, cet alésage étant excentré par rapport à l'arbre. Par conséquent, lorsque l'arbre 12 tourne, les glissières en se déplaçant dans l'alésage 20, impriment aux pistons un mouvement alterna- tif dans les alésages radiaux 16 du rotor.
Le combustible est amené par le tuyau 21 dans un conduit 22 dans le noyau et de là il est dirigé par les ouvertures 23 vers les alésages ra- diaux 16 au moment où les pistons se trouvent dans leur position radiale ex- trême et la rotation du rotor refoule le combustible qui se trouve dans les alésages 16 par la course de retour des pistons, à travers d'autres orifices 24a vers un conduit 24 dans le noyau et de là à un tuyau sous pression 25.
A l'intérieur du corps de pompe se trouve un conduit 26 qui com- munique avec le conduit de refoulement 24 et qui contient un piston-valve 27 qui est repoussé par un ressort 28 contre la pression de refoulement. Quand la pression de refoulement de la pompe atteint une valeur prédéterminée, la valve 27 s'ouvre pour laisser passer le combustible par une ouverture laté- rale et celui-ci réagit alors sur une paroi axiale d'extrémité 29 d'une rai- nure périphérique dans la pièce mobile d'une soupape de trop-plein.
Le con- duit de refoulement 24 communique aussi par un conduit 31 ayant un étranglement 32 avec un conduit 33 aboutissant à la face d'extrémité opposée 34 de la piè- ce 30 de la soupape de trop-plein, ce qui fait que lorsque la pression dans le conduit de refoulement 24 dépasse une valeur prédéterminée, la chute de pression dans l'étranglement force la pièce 30 de la soupape de trop-plein à découvrir l'orifice latéral communiquant avec le conduit d'admission 22.
La pièce 30 peut donc avoir une extrémité creuse avec des crans en V 35 dont les intervalles établissent la communication entre les conduits 24 et 22 lors- que la pièce 30 est déplacée de manière appropriée.
La pompe débite par le tuyau 25 dans une chambre 36 de l'appareil à rapport air/combustible. Cette chambre est en communication avec un tuyau 37 qui alimente les' brûleurs de la chambre de combustion du moteur, par un étranglement 38 qui est norinalement ouvert jusqu'à un certain point sous la commande d'une soupape 39 qui se déplace sous une impulsion fonction de la pression de refoulement du compresseur. La soupape 39 est cylindrique dans l'ensemble et peut coulisser dans l'étranglement 38; elle est fendue du côté
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opposé pour former les parties courbes 39a dont la position axiale dans l'é- tranglement règle la section effective de passage dans celui-ci, l'étrangle- ment 33 et la soupape 39 constituant ainsi un étrangleur variable.
La fente dans la soupape 39 bifurque à la partie supérieure où un axe 40 qui réunit les bras formés par la bifurcation sert d'ancrage à une extrémité d'un ressort 41 dont l'autre extrémité est fixée à un levier 42 qui sera décrit plus-tard. La soupape 39 est solidaire d'un piston 43 se déplaçant dans un cylindre 44 formé dans le corps 45 de l'appareil à rapport air/combustible et le piston a un petit passage de fuite indiqué en 46. Le déplacement du piston 43 force la soupape 39 à se déplacer dans le rétrécis- sement 38 et à modifier par conséquent la section effective de l'étranglement et par suite la chute de pression de la chambre 36 à la tuyauterie 37 (bien que cette chute de pression soit rétablie ultérieurement comme il sera expli- qué ci-dessous).
Le combustible qui traverse le passage de fuite 46 remplit le cy- lindre 44 et ce dernier possède un canal d'échappement 47 qui communique, par un orifice 48 commandé par une soupape (qui sera décria plus tard), avec le tuyau 37.
La différence de pression dans l'étranglement 38 est appliquée par les conduits 49 et 50 sur les côtés opposés d'un piston 51 se déplaçant dans un cylindre 52 en forme d'anneau. Le piston 51 est solidaire d'un diaphragme élastique 53 qui est prisonnier entre l'extrémité adjacente du cylindre 52 et un rebord périphérique interrompu 54 d'une pièce en forme de godet 55 fixée au corps 45 et le piston 51 est repoussé par un ressort 56 qui équilibre la différence de pression lorsqu'elle atteint une valeur prédé- terminée.
Si on ouvre brusquement la commande d'admission du moteur (non représentée) pour l'accélérer, il y a danger de noyer le mo teur et de l'étouf- fer. Pour éviter ceci, on s'arrange pour que l'arrivée du combustible au mo- teur, après une ouverture brusque de la commm de d'admission, soit sous le contrôle d'un appareil fonctionnant suivant la pression de refoulement du com- presseur.
On y arrive, comme le montre schématiquement la figure 1, en ame- nant la pression de refoulement du compresseur par un conduit 57 à la chambre 58 dans laquelle se trouve une capsule manométrique 59. Ainsi, lorsque le dé- bit du compresseur commence à augmenter par suite de l'ouverture de la comman- de d'admission, la capsule est comprimée ce qui fait basculer le levier 42 autour de son pivot 60 dans le corps 45 et augmente l'espace compris entre la soupape hémisphérique 61 et le siège 48. Il en résulte une diminution de pression dans 1a chambré 44, ce qui permet au piston 43 de s'enfoncer sous l'action de la pression règnant dans la chambre 36 malgré l'action antago- niste du ressort 41.
Ce mouvement de descente du piston 43 déplace la sou- pape 39 et augmente la section effective de l'étranglement 38 en concordance avec l'augmentation de la pression de refoulement du compresseur.
Le! mouvement de descente du piston 43 augmente la tension du ressort 41 et applique donc une force sur le levier 42 destinée à rétablir l'intervalle antérieur entre la soupape hémisphérique 61 et son siège 48, mais avec la soupape 39 dans une nouvelle position dans laquelle la section effective de l'étranglement 38 est augmentée.
En même temps, cette nouvelle ouverture de l'étranglement diminue la chute de pression de part'et d'autre de celui-ci et cette nouvelle chute de pression est appliquée'par les conduits 49 et 50 pour forcer le piston 51 à déplacer par l'intermédiaire d'un poussoir 62 un bras 63 pivotant en 64 sur la pièce 55 en forme.de godet pour fermer une soupape hémisphérique 65.
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Le bras 63 subit aussi l'action d'un ressort 66 qui, grâce à une vis 67, permet de régler l'effort du ressort 56.
Lorsque le bras déplace la soupape hémisphérique 65 dans le sens de la fermeture, il resserre partiellement un orifice de soupape 68 pour cou- per un.passage de fuite par un canal 100, du dessous de la pièce mobile 30 de la soupape de trop-plein jusqu'à la tuyauterie 21 d'alimentation de la pom- pe. La pression en dessous de la soupape de trop-plein 30 est ainsi augmentée ce qui la fait se mouvoir dans le sens d'une réduction du passage de fuite du- conduit 26 à l'admission de la pompe.
De cette manière, une plus grande pro- portion du débit de la pompe est refoulée par le tuyau 25 vers les brûleurs de combustible, ce qui rétablit la différence de pression prédéterminée de part et d'autre de l'étranglement 38, permettant ainsi au piston 51 de repren- dre sa place et à la soupape hémisphérique 65 de prendre une position,-par rapport au siège 68, maintenant le débit de combustible de la pompe à une valeur qui rétablit la différence de pression de part et d'autre de l'étran- glement 38.
Pendant la période d'accélération du moteur, l'augmentation du débit du compresseur tend à ouvrir la soupape 48, 61, ce qui permet au piston 43 de se déplacer dans le sens d'une ouverture plus grande de l'étranglement 38. La chute de différence de pression résultant temporairement de part et d'autre de l'étranglement 38 est cependant appliquée au piston 51 pour dimi- nuer le retour du combustible par l'orifice 68 du tuyau 100 au tuyau 21, ce qui force la pompe à fournir une plus grande partie de son débit dans le tuyau 25 pour rétablir la chute de pression à travers l'étranglement 38. Dans ces conditions, le débit de combustible dans le tuyau 37 est augmenté pour mainte- nir un rapport air/combustible qui est en tout temps en dessous de la caracté- ristique d'étouffement du moteur.
Le levier 42, outre qu'il est poussé vers le bas par le ressort 41, est aussi poussé vers le haut par un ressort 70 dont l'attache 71 est ré- glable ce qui permet de régler l'effort du ressort 41.
Ces conditions de fonctionnement sont illustrées par la figure 2 sur laquelle le débit de combustible en gallons par heure (1 gallon = 4,54 litres) est porté en fonction de la pression de refoulement du compresseur qui, évidemment, à toute altitude donnée, est fonction de la vitesse du moteur.
Les courbes C et D représentent respectivement les courbes de fonctionnement du moteur et d'étouffement au niveau de la mer et on remarquera que lorsque le moteur tourne régulièrement dans la zone de petites vitesses, une ouvertu- re brusque de la commande d'admission pourrait provoquer une arrivée de com- bustible suffisante pour étouffer le moteur avant que celui-ci n'ait pu accé- lérer suffisamment pour augmenter de façon adéquate le débit du compresseur de manière à brûler le supplément de combustible. Le réglage exercé par le dispositif de l'invention est représenté par la courbe E qui permet de voir que l'augmentation du débit du combustible résultant d'une ouverture brusque de l'admission de combustible, est limitée à une valeur inférieure à celle pour laquelle il y a danger d'étouffer le moteur.
A partir des vitesses moyennes du moteur, la courbe d'étouffement s'élève rapidement et pour qu'on puisse atteindre des accélérations élevées à partir de ces vitesses, on s'arrange pour que la soupape 39 se trouve, dans cette gamme de vitesses, dans une position telle que l'étranglement 38 offre un minimum de résistance au courant de combustible dans le tuyau 37 et ceci est représenté par la partie plus raide de la courbe E.
Pour éviter d'amener aux brûleurs plus de combustible que le moteur n'en demande à une vitesse maximum prédéterminée, on a prévu un dis- que 72 qui est rendu solidaire de l'arbre 12 de la pompe par des billes 73 espacées angulairement et qui pénètrent dans des rainures longitudinales dans l'arbre et dans le disque. L'espace compris entre les billes 73 commu- nique par un conduit 74 avec le tuyau d'arrivée 21 à la pompe, la communica-
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tion étant établie par une chambre à diaphragme 75, un intervalle 76, une chambre 77 et un conduit 78. Le disque 72 possède des canaux radiaux 79 dans lesquels une pression centrifuge se développe et se transmet, par une galerie annulaire 80 dans le corps 15 et un conduit 81, à une chambre à dia- phragme opposé 82.
Le diaphragme 83 séparant les chambres 77 et 82 est soumis à l'ac- tion d'un ressort de tension 84 dont l'attache 85 est réglable. Un ressort de compression 86 repousse un levier 87 qui pivote en 88 pour fermer une sou- pape 89 placée dans un conduit 90 reliant le conduit 31 à l'étranglement 32 .
Dès que le moteur a tendance à dépasser sa vitesse limite et que la diffé- rence de pression entre les chambres 77 et 82 dépasse une valeur prédéter- minée, réglée par le ressort 84, une tige 91 en contact avec le diaphragme 83 fait basculer le levier 87 qui soulève la soupape 89 de son siège permet- tant ainsi à une certaine quantité de fluide du tuyau 33 de retourner au tuyau d'arrivée par la chambre 77 et le conduit 78. La pression sous la sou- pape de trop-plein 30 est ainsi réduite ce qui permet de bi-passer une plus grande proportion du débit de la pompe vers le tuyau d'arrivée. Dans ces cir- constances, le débit de combustible dépend par conséquent uniquement de la vitesse de la pompe et échappe au contrôle de l'appareil, à rapport air/com- bustible.
Le contrôle d'accélération décrit antérieurement et fonctionnant uniquement suivant la pression de refoulement du compresseur ne fonctionne pas d'une manière satisfaisante à haute altitude à cause de l'appareil de con- trôle du rapport air/combustible qui limite la vitesse maximum du moteur.
Ce fait est illustré par la figure 4 sur laquelle les courbes Dl et Cl cor- respondant aux courbes D et C à l'altitude élevée considérée. On verra que la courbe Cl est recoupée par la ligne E, ce qui signifie que la vitesse du moteur ne peut être supérieure à celle correspondant au point d'intersection.
Par conséquent, lorsque l'altitude augmente, il est nécessaire de modifier la courbe E en amenant sa partie s'élevant fortement plus près de l'origine de manière à cequ'elle se trouve entre les courbes Dl et Cl comme elles sont représentées. On peut y arriver grâce à l'appareil sensible à la pression représenté sur la-figure 3, qui permet au contrôle du rapport air/combustiblè de fonctionner suivant le rapport de compression du compresseur.
L'appareil sensible à la pression représenté par la figure 3 com- porte une capsule manométrique 120 qui a une paroi commune 121 avec une se- conde capsule plus petite 122 qui est vide d'air. La paroi 121 porte un cla- pet mobile 123 qui, pour un rapport de compression prédéterminé, ferme l'ori- fice d'un tube venturi 124 qui autrement établit une communication entre l'in- térieur de la capsule 120.et la sortie du compresseur par un conduit 125.
L'étranglement du tube venturi est en communication avec un anneau 126 qui à son tour communique par.un conduit 128 avec la chambre 58. Donc,lorsque le clapet 123 est ouvert, la pression statique dans l'étranglement du ventu- ri est transmise à la chambre 58 et lorsque le clapet 123 est fermé, la pres- sion de refoulement du compresseur est transmise à la chambre 58.
La pression dans le tuyau 125 est aussi amenée par une valve à pointeau réglable 127 à l'extérieur des capsules 120 et 122, la pression dans la chambre entourant les capsules agissant sur l'ensemble des capsules dans le sens de la fermeture du clapet 123. L'air qui a franchi la valve à poin- teau 127 passe aussi à l'intérieur de la capsule 120 par un étranglement 129; l'intérieur de la capsule 120 communiquant par un conduit 130 avec l'as- piration du compresseur.
Au cours d'une'accélération rapide du moteur, le rapport de pres- sions du compresseur augmente avec la vitesse et tant que le clapet 123 reste ouvert, une pression inférieure à la pression de refoulement du compresseur. est transmise à la chambre 58 depuis l'étranglement du venturi 124. Cette pres- sion inférieure est destinée à commander un débit de combustible vers le mo- teur en tous temps inférieur à la courbe d'étouffement du moteur. En même temps,
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une valeur réduite de la pression de refoulement du compresseur agit aussi sur l'extérieur de l'ensemble des capsules 120 et 122 et pour une valeur du rapport de pressions du compresseur pour laquelle une brusque augmentation du débit de combustible ne risque pas d'étouffer le moteur, cette pression ferme le clapet 123.
Puisque le clapet 123 se ferme d'après le rapport de pressions du compresseur, qui à son tour dépend de la vitesse du moteur, la relation entre l'aentation brusque de l'arrivée du combustible et la courbe d'étouf- fement du moteur ne varie pas quelle que soit l'altitude.
Pour adapter l'appareil de contrôle du rapport air/combustible à un moteur déterminé, la valve à pointeau 127 peut être réglée pour assurer la fermeture du clapet 123 pour un rapport approprié de pressions du compres- seur.