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If CIRCUITS DE COMBUSTIBLE DES MOTEURS A TURBINE A GAZ il
La présente invention concerne les circuits de combustible des moteurs à turbines à gaz et à pour but de réaliser un régulateur de'vitesse agencé pour régler le mo- t eur d'une façon avantageuse. Suivant la présente invention, dans un circuit de combustible d'un .moteur à turbines à gaz . comprenant un régulateur de vitesse qui est disposé pour em- pêcher la vitesse dompteur de dépasser un certain maximum prédéterminé, le dit système de régulateur de vitesse com- prend une pompe du type à capacité volumétrique constante, qui est entraînée à une vitesse proportionnelle à la
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vitesse de rotation du moteur et envoie un liquide à travers un dispositif d'orifice étranglé,
dont la section est.réglée d'après la température de l'air entrant dans le compresseur du moteur à turbine à gaz, la différence de pression de part et d'autre de cet orifice étant appliquée à un dispositif sensible à la pression et agissant pour régler le débit de combustible fourni au moteur, grâce à quoi on ne dépasse pas une valeur prédéterminée de N/V T, en désignant par N la vitesse réelle de rotation du moteur et par T la température à l'entrée du circuit du compresseur du moteur.
La présente invention est appliquée de préférence à des circuits de combustible de moteurs à turbines à gaz du type bien connu, dans lequel une pompe à capacité volumétrique variable, par exemple une pompe du type à plateau comprend un système d'asservissement à pression de fluide qui règle le débit de la pompe, par exemple en commandant l'obliquité du plateau. Jusqu'ici, on a utilisé couramment un dispositif sensible à la pression, par exemple un diaphragme supportant la pression d'un fluide qui est elle-même fonction de la vi- tesse réelle N de rotation du moteur, ce diaphragme étant chargé par un ressort.
La disposition adoptée est telle que lorsqu'une certaine valeur prédéterminée de la vitesse de ro-. tation N du moteur est'atteinte, le diaphragme se déplace pour commander un dispositif de soupape-qui commande lui- même la pression de fluide du système d'asservissement de la pompe, pour réduire ainsi le débit de combustible refoulé par la pompe.
Dans l'application de la présente invention à ce système connu, dans une forme de réalisation de l'invention, on fait varier la charge du ressort qui agit sur le dia- phragme ou organe équivalent au moyen d'un système de piston
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auquel il est relié par une extrémité, ce système de piston pouvant se déplacer sous l'effet d'un asservissement à pres- sion de fluide commandé par un dispositif de soupape action- né par le système sensible à la pression et supportant la dif- férence des pressions qui agissent de part et d'autre de l'o- rifice, différence qui varie d'âpres la température d'admis- sion T dans le compresseur.
Dans une autre forme de réalisation, la pompe com- prend une @ommande barométrique dans laquelle un dispositif d'asservissement à pression de fluide commande le débit de la pompe d'après la pression atmosphérique, une soupape qui est placée dans le circuit d'asservissement étant placée sous la dépendance du dispositif barométrique. Ladite soupape peut également être commandée par un système d'asservissement dont la pression est commandée par une soupape, à son tour commandée par un dispositif sensible à la pression et sup- portant la différence existant entre les pressions des deux côtés de l'orifice qui varie d'après la température d'ad- mission du compresseur.
On a illustré deux exemples de réalisations de l'in- vention aux dessins annexés, dans lesquels : . la figure 1 est un schéma de la première forme de réalisation de l'invention; la figure 2 est un schéma analogue de la deuxième forme de réalisation.
Le moteur à turbines à gaz est représenté dans l'en- semble par 20 aux figures 1 et 2; il comprend un compresseur 20b recevant l'air atmosphérique par l'admission 20a et en- voyant l'air comprimé à l'installation de combustion 20c, où le combustible est brûlé dans cet air.
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Les produits de la combustion passent dans une tur- bine 20d dont le rotor entraîne le compresseur. Après avoir quitté la turbine les gaz d'échappement sont envoyés dans l'atmosphère avec une grande vitesse, à travers la tuyère propulsive 20e, ce qui produit la poussée propulsive agissant sur le moteur.
Le circuit de combustible est d'un principe bien connu. Il comprend un réservoir à combustible 50 qui débite le combustible à travers un surpresseur 51 et un tuyautage 15, pour l'envoyer dans une pompe 53 à capacité variable, du type à plateau, qui est entraînée par le moteur.
La pompe comprend un plateau inclinable 54 dont l'obliquité détermine la coursé des plongeurs 55 de la pompe, qui sont montés dans le rotor de pompe 56 et qui exécutent des mouvements alternatifs sous l'effet du plateau 54 agis- sant en liaison avec des ressorts 57 pour aspirer du combus- tible à.travers la canalisation d'admission 58 aboutissant dans le carter de la pompe, et pour refouler ce combustible par la canalisation de refoulement 59.
. Un piston 60 situe dans un cylindre 61 est relié à une tige 62 et à une bielle 63 pour faire varier l'obliqui- té du plateau 54. Ce piston .est poussé par le ressort 61a pour faire croître'la course de la pompe.
L'espace 64a qui se trouve d'un côté du piston 60 communique avec le refoulement de la pompe par une canalisa- tion 65. L'espace 64b qui se trouve de l'autre côté du piston communique avec le refoulement de la pompe par la canalisa- tion 65 et l'étranglement 66. Le combustible est prélevé d'une façon réglable dans cet espace au moyen d'une canalisation 10 commandée par une soupape hémisphérique.
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On @e rend compte que lorsqu'on diminue l'étrangle- ment de l'écoulement à travers le tuyau 10 en ouvrant la sou- pape Hémisphérique, la pression qui règne dans l'espace 64a te id à être plus forte que le ressort 61a et à déplacer le piston 60 dans une direction tendant à réduire l'obliquité du plateau et le débit de la pompe.
Lorsque l'étranglement de l'écoulement dans le tuyau 10 subit une augmentation, la pression monte dans l'espace 64b, et cette pression, ainsi que la force du res- sort 61a ont tendance à déplacer le piston dans une direction qui impose une augmentation de l'obliquité du plateau, et augmente ainsi le débit de la pompe.
Le rotor de pompe 56 est entraîné par un pignon 69 à partir du rotor principal 70 du moteur par des pignons cô- niques 71. La pompe refoule par la canalisation 59 dans un dispositif 73 de commande du combustible. Par la canalisation 72, ce débit est envoyé ensuite à l'équipement de combustion 20c du moteur.
Dans le dispositif de la figure 1, le rotor de pom- pe 56 fonctionne également comme un rotor centrifuge,grâce à un alésage intérieur axial 67 en regard de la canalisation d'admission 58 de la pompe et à des passages radiaux 66 qui partent de cet alésage 67.
La rotation du rotor de pompé créé ainsi à l'inté- rieur du carter de la pompe 53 une,,pression qui sera une fonc- tion de la vitesse de rotation de la pompe, et par suite également du moteur.
La pression à l'intérieur du carter de la pompe 53 est transmise par un tuyau 14 à une face d'un diaphragme 13, dont l'autre face est en communication avec l'admission de la
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po@que la canalisation 15.
Le diaphragme 13 porte une tige de diaphragme 75 qui appuie contre une pointe 76 d'un levier 77. Celui-ci peut tourner sur un support 78 et porte à son autre extrémité une soupape hémisphérique 11 qui est appuyée par un ressort 79 sur son siège à l'extrémité du tuyau 10.
Le diaphragme 13 est chargé par un ressort de trac- tion 16 et les organes fonctionnent de façon telle que lorsque la vitesse de rotation N du moteur dépasse une valeur prédéterminée, la pression produite par les passages 68 dans le rotor de pompe 56, et transmise par le tuyau.14: à la face de droite du diaphragme 13, surmonte l'action du ressort 16.
X1 en résulte que le diaphragme se déplace pour soulever la soupape Il au-dessus de son siège.
Les organes qui ont été décrits jusqu'ici illus- trent le mode de fonctionnement d'une forme connue de dis- positif d'alimentation de combustible et de régulateur. Dans de système, l'extrémité droite du ressort 16 possède un point fixe d'attache.
Suivant une modification du système connu qui a été décrit jusqu'ici et conformément à une forme de réalisation préférée de la présente invention, le ressort 16 est fixé sur un piston mobile et différentiel 17, grâce à quoi la position du piston 17 détermine la charge du ressort.
On commande comme suit le 'réglage du piston 17 : une pompe à capacité volumétrique fixe, par exemple une pompe à engrenage 18, est entraînée à une vitesse pro-. portionnelle à la vitesse de rotation du moteur et refoule dans la canalisation 19 qui contient un orifice 201 dont la section est variable et peut être ajustée au moyen d'un bulbe trcumemétrique 21 placé sur l'admission du compresseur du
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moteur à turbine à gaz et d'un tube manométrique de Bourdon
21 A relié au bulbe 21 et portant une soupape aiguille 21 B qui commande l'orifice E aval de l'orifice 20', la canalisa- tion 19 revient à l'admission 23 de la pompe 18, cette con- nexion 23 partant du tuyautage 15.
Le diaphragme 24 qui est sensible à la pression subit la pression qui agit dans la canalisation 19 en amont et en aval de l'orifice 20', par l'intermédiaire des canalisa tions 24 A et 24 B. Le diaphragme 24 supporte la soupape hémisphérique 25 commandant le débit du fluide d'asservisse- ment sous pression qui provient d'une canalisation 26. Cette canalisation 26 est reliée au refoulement 59 de la pompe à combustible 53 et contient un orifice d'étranglement 27. Une connexion 28 part de la canalisation 26 en aval de l'étrangle- ment 27 et aboutit à l'espace 29 où se trouve la face de gran- de section du piston 17. La connexion 28 contient un étrangle- ment supplémentaire 30, et une connexion 31 part de la cana- lisation 26 en amont de l'étranglement 27 et aboutit dans l'espace 21A sur la petite face du piston 17.
Sur une surface égale à la différence des deux surfaces mentionnées ci-dessus, le piston subit donc une pression qui est une fonction de la vitesse de rotation du moteur. Mais cette pression est faible comparativement aux pressions existant dans la canalisation 26,- et on peut la négliger.
Une butée réglable 32 limite le déplacement du piston 17 dans un sens. Un ressort 33 sollicite la soupape hémisphéri- que 25 vers sa position d'ouverture.
On Démarquera que si la soupape 25 est fermée, la pression de l'espace 29 augmente jusqu'à devenir égale à celle
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de l'aspece Sli st le piston 17 se déplace alors vers la gauche sous l'effet de la différence des aires des deux facee du piston, ce-qui a pour effet de réduire la charge appliquee sur le diaphragme 13 par le ressort 16.
Si la souple 25 s'ouvre, les fuites du liquide d'asservissement qui provien- nent de l'espace 29 pennettent au piston 17 de se déplacer vers la droite sous la charge produite par le liquide d'a@@@@@ vissèrent à haute pression qui agit dans l'espace cylindrique et annulaire 31A. De cette façon, la charge produite par le ressort 16 est augmentée.
Dans les applications des moteurs à turbines à gaz à la propulsion aéronautique, la diminution de la température de l'air extérieur à haute altitude peut provoquer un dépasse ment de la valeur permise de N/V T, de sorte que la pression. de refoulement du compresseur du moteur devient excessive.
Dans le système décrit, le régulateur normal de vitesse ma- ximum qui fonctionne à une vitesse de rotation donnée et réelle N du moteur, peut intervenir au sol et à basse alti- tude, le piston 17 reposant contre la butée réglable 32 du fait que la soupape 25 est ouverte par l'action du ressort 33.
Néanmoins, lorsque le régulateur hydraulique qui comprend la -pompe 18 et 11 orifice 20' provoque une chute de pression de valeur prédéterminée, la soupape 25 se ferme graduellement en surmontant la charge du ressort 33. Il en résulte que le piston 17 se déplace vers la gauche jusqu'à une position qui dépend de la chute de pression dans l'orifice 201.De cette façon, la valeur de réglage à laquelle fonctionne le régulateur de vitesse se trouve modifiée, car la charge du ressort 16, qui détermine la vitesse réelle de fonctionnement du régulateur, varie en fonction de la chute de pression dane
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l'orifice 20', qui est elle-même une fonction de N/ V T.
On peut donc agencer le dispositif de façon qu'à haute altitude il empêche de dépasser une certaine valeur prédéterminée de
N/ V T.
Dans la disposition de la figure 2, on peut pré- voir si on le désire un régulateur de vitesse maximum de forme connue, qui comprend la soupape hémisphérique 11 et le diaphragme 13. On a également prévu un système de réglage à pression barométrique, qui est par lui-même d'une forme connue.
Le système de réglage à pression barométrique com- prend un levier oscillant 89 qui est placé dans un boîtier 90 de façon à diviser ce boîtier en deux chambres. Le levier 89 porte la pièce de fermeture 92 d'une soupape hémisphérique à l'intérieur d'une chambre 93, et un ressort 94 est prévu pour charger le levier dans le sens de la fermeture de la soupape hémisphérique. Un tuyautage .de vidange ou purge 95 part de cette chambre pour retourner au réservoir à combus- tible 50, et la pression agissant sur un piston 96 charge le levier dans le sens de l'ouverture de la soupape hémis- phérique. L'autre chambre 97 est reliée à la pression atmosphe rique et contient une capsule barométrique 98 qui appuie sur le levier dans le sens qui tend à augmenter la charge de ce levier, pour ouvrir la soupape hémisphérique lorsque la pression atmosphérique diminue.
Par des tuyautages 80 et 83, le diaphragme 81 sensible à la pression supporte la pression qui existe dans la canalisation 19, en amont et en aval de l'orifice 20'. Le diaphragme 81 supporte une soupape hémisphérique 84 qui règle la pression du fluide d'asservissement provenant d'une ca- nalisation 88. Cette canalisation 88 est reliée au
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refoul @ent 39 de la pompe à combustible 53 et contient un étranglement Une connexion 87 part de le canalisation 88 en aval de l'étranglement 89 et aboutit à la chambre cylindri- que du piston 96.
Un ressort 85 sollicite la soupape hémisphérique 84 vers la position d'ouverture. Après avoir traversé la soupape hémisphérique 84, le fluide d'asservissement est renvoyé à la canalisation 15 par la canalisation 83.
La soupape hémisphérique 92 règle le débit sortant de la canalisation 10, qui communique avec l'espace 64b du cylindre 61 contenant le piston 60 dont le déplacement ajuste la pompe à plateau 53.
La soupape hémisphérique 84 est normalement ouverte, et le liquide refoulé par la pompe 53 revient par les con- @ duits 88, 83 et 15 à l'admission de la pompe. On choisit la section du piston 96 de façon à réaliser la relation désirée entre la pression de refoulement de la pompe et la pression atmosphérique dans ces conditions. Lorsqu'une valeur détermi- née d'avance de N/V T est atteinte, la soupape hémisphérique 84 commence à se fermer, et la pression produite par la pompe augmente dans la canalisation 87, agit sur le piston 96 et soulève la soupape .hémisphérique 92 sur son siégé.
Comme dans le dispositif précédent, cela provoque une diminution de la pression dans l'espace 64b de façon à ajuster l'obliquité du plateau et à réduire le débit de la pompe.
On peut ainsi s'arranger non seulement de façon à ne pas dépasser la valeur prédéterminée de N/V T ,ce qui est désirable pour empêcher par exemple que la pression de re- foulement du compresseur devienne excessive, mais encore de
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façon que le régulateur à vitesse maximum (s'il existe) em- pêche le moteur de tourner à une vitesse excessive, que l'on pourrait atteindre par une journée chaude (c'est-à-dire lors- que la température est élevée à l'admission du compresseur) et qui pourrait provoquer des efforts centrifuges excessifs dans le moteur.
R é s um é
Circuit de combustible pour moteurs à turbines à gaz comprenant un dispositif de régulateur empêchant la vitesse du moteur de dépasser un maximum prédéterminé, ce circuit étant caractérisé par les points suivants,isolément ou en combinaisons :
1 - le dispositif de régulateur de vitesse comprend une pompe du type à capacité volumétrique fixe qui est entrai- née à une vitesse proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur et qui envoie un liquide à travers un dispositif d'orifice étranglé dont l'aire de la,section est réglée d'a- près la température de l'air entrant dans le compresseur du moteur,
la différence existant entre les pressions qui agis- sent sur les deux côtés dudit étranglement étant appliquée' à un dispositif sensible à la pression et réglant le débit de combustible envoyé au .moteur , grâce à quoi l'installa- tion ne dépasse pas une valeur prédéterminée de N/V T, en désignant par N la vitesse réelle de rotation du moteur et par T la température d'admission dans le circuit du compres- seur du moteur;
2 - le circuit de combustible comprend une pompe à capacité variable et un dispositif d'asservissement par flui- de sous pression qui règle le débit refoulé par la pompe;
le- dit dispositif d'asservissement comprend un organe sensible à la pression et soumis à une pression de fluide qui est fonc- tion de la vitesse réelle de rotation du moteur, ledit
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organe étant charge par un ressort et la charge du ressort étant réglée par un piston relié à une extrémité du ressort;
ledit piston peut être déplacé par un système d'asservisse- ment à pression de fluide qui est commandé par un système de soupape actionné par un organe sensible à la pression sup- portant la différence entre les pressions qui agissent sur les deux côtés d'un orifice qui a une section variable d'a- près la température d'admission d'un compresseur et qui est traversé par un fluide envoyé par une pompe du type à cap a- cité volumétrique fixe, entraînée à une vitesse proportion- nelle à la vitesse de rotation du moteur;
3 - le piston a une forme comportant deux sections différentes et fonctionne dans un cylindre à diamètres éche- lonnés ;
une canalisation comporte deux étranglements en sé- rie, l'étranglement amont ayant une aire de section fixe et l'étranglement aval une aire de section variable; un tuyautage part de ladite canalisation entre le.s deux étranglements précédents et aboutit à la chambre contenant la grande face du piston, et un deuxième tuyautage part de la canalisation en amont des étranglements précédents et aboutit à une chambre contenant la petite face du piston;
un dispositif élastique tend à déplacer une soupape pour accroître l'aire de passage de l'étranglement aval, et un dispositif suppor- tant la différence entre les pressions qui agissent sur les côtés de l'orifice à section variable commande ladite soupape de façon à réduire l'aire de l'étranglement aval lorsque la- dite différence de pression augmente, cette réduction de sec- tion ayant pour effet d'augmenter la pression qui agit sur la grande face du piston pour déplacer celui-ci de façon 4 réduire la force produite par le ressort qui charge l'organe sensible à la pression appartenant au système d'asservisse- ment de la pompe ;
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46- l'organe sensible à la pression dans le système d'asservissement de la pompe est un diaphragme, et un ressort de traction relie ce diaphragme au piston à sections diffé- @entes, une augmentation de la pression agissant sur la grande face du piston tendant à déplacer celui-ci de façon à réduire la force produite par le ressort de traction;
5 - le circuit de combustible comprend une pompe à capacité variabl,e et un système d'asservissement à pression de fluide qui règle le débit de la pompe et qui comprend lui-même un système de réglage barométrique avec dispositif de soupape qui règle le débit de la pompe d'après la pres- sion atmosphérique et qui est influencé par la pression agis- sant dans un système d'asservissement commandé par un organe - sensible à la pression et supportant la différence existant entre les pressions qui agissent sur-les deux côtés d'un orifice qui a une section variable d'après la température d'admission dans le compresseur et qui est traversé par le combustible débité par une pompe du type à capacité volumé- trique fixe entraînée à une vitesse proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur;
'6µ- le réglage barométrique précité comprend une soupape de fermeture portée par,un levier oscillant influencé par une capsule barométrique de façon à ouvrir la soupape quand la pression atmosphérique diminue et par un ressort de façon à fermer la soupape, la pression dudit système d'asser- vissement agissant sur un piston qui porte ledit levier de façon à ouvrir ladite soupape lorsque la pression du système d'asservissement augmente;
7 - la pression précitée du système d'asservissement qui agit sur la soupape précitée est la différence de pression
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existant entre un étranglement et une soupape de débit placée dans une canalisation dont l'entrée est connectée au refou- lement de la pompe, la soupape de débit étant commandée par un diaphragme qui supporte la différence existant entre les pressions existant sur les deux côtés dudit orifice à section variable.