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La présente invention se rapporte aux pompes à refoulement positif entraînées par une turbine,et elle a pour objet un dispositif perfectionné utilisable pour commander la vitesse de la turbine dans les conditions de charge variables d'un système hydraulique alimenté directement par la pompe.
Le dispositif de commande que prévoit l'invention comprend une pompe auxiliaire (qui peut être un compresseur) entraînée par la turbine, et un élément sensible à la pression sur lequel la pression engendrée par la pompe à refoulement positif agit en opposition à la pression de la pompe auxiliaire, qui augmente la puissance admise à l'entrée de la turbine quand la pression engendrée par la pompe à refoulement positif croit et (ou) quand la vitesse de la turbine décroît, et qui réduit cette puissance admise dans le cas inverse. Le liquide fourni par la pompe auxiliaire peut être utilisé à d'autres fins, outre son action sur l'élément de commande.
Suivant une particularité de l'invention, la turbine peut être une turbine à combustion interne, et la pompe auxiliaire peut être utilisée comme pompe à carburant, en vue de fournir le carburant liquide à une chambre de combustion alimentant la turbine, tandis que la pompe à refoulement positif est de préférence une pompe à engrenage, une pompe du type Roots, ou une autre pompe rotative à refoulement positif, capable de travailler à des vitesses élevées.
Suivant un mode de réalisation de l'objet de l'invention, la pompe auxiliaire est d'un type fonctionnant par effet aérodynamique ou hydrodynamique, afin de fournir une pression de liquide variant selon la vites- se de la turbine ; est constituée par exemple par une pompe centrifu- ge. Dans ce cas, la pompe auxiliaire peut être utilisée comme pompe à carburant pour alimenter la turbine si l'élément sensible à la pression commande une vanne prévue dans le conduit d'arrivée du carburant et qui est fermée progressivement au fur et à mesure que la pression engendrée par la pompe auxiliaire augmente pour une vitesse croissante de la turbine.
Suivant un autre mode de réalisation de l'objet de l'invention, on utilise une pompe auxiliaire du type à refoulement fournissant un volume de liquide sensiblement constant par tour, la pression de refoulement variant selon la résistance qui s'oppose à l'écoulement du liquide. Cette pompe fournit, dans un orifioe ou ajutage de dosage, une chute de pression qui varie en fonction de la vitesse de la turbine. On peut l'utiliser comme pompe à carburant pour alimenter la turbine si l'élément sensible à la pression commande une vanne de dérivation ou de déversement renvoyant le carburant en excès au réservoir, et qui est ouverte progressivement pour augmenter le débit de vidange ou de déversement quand la vitesse de la turbine tend à croître.
L'invention permet de maintenir la vitesse de la turbine à une valeur sensiblement constante dans des conditions de charge variables du système hydraulique, en combinant l'élément sensible à la pression avec un élément élastique judicieusement dimensionné, limitant le déplacement de l'élément sensible à la pression, à partir de sa position normale, à une quantité prédéterminée qui est fonction de la valeur de la différence de pression.
On décrira ci-après en détails, en regard du dessin annexé donné à titre non limitatif, deux modes de réalisation particuliers selon lesquels l'invention est appliquée à un groupe énergétique compact destiné à fournir un liquide à un système de circulation, par exemple avec un débit constant et sous une pression qui varie en fonction de la charge.
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La figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation.
La figure 2 montre de même une variante.
Si l'on se reporte à la figure 1, on voit que le système comprend une chambre de combustion 2 à laquelle un carburant liquide est fourni (avant ou après sa vaporisation) par une pompe centrifuge 3, et qui envoie un courant de gaz de combustion à une turbine à gaz 1 laquelle entraîne à la fois la pompe centrifuge 3 et une pompe à engrenage 4 branchée entre un conduit d'admission 6 et un conduit de refoulement ou de distribution 5 destiné à être relié au système hydraulique en charge (non représenté).
Une vanne 8 de commande du débit est interposée entre les tronçons 12 et 13 d'un conduit reliant la pompe centrifuge 3 à la chambre de combustion 2.
Cette vanne comprend un clapet 8a en forme de cône ou pointeau qui est mobile axialement dans un siège, afin de faire varier la section droite effective d'écoulement du liquide en fonction de la position de ce clapet.
Le clapet 8a est relié positivement à un soufflet élastique extensible 9 qui est monté dans une chambre 10. Cette chambre communique avec l'ouïe de refoulement de la pompe centrifuge 3 et forme une partie du conduit par lequel le carburant est envoyé de cette pompe 3 vers la vanne 8. Le clapet 8a est porté par une tige 8b fixée sur l'extrémité du soufflet 9; il commande le débit du liquide quittant la chambre 10, ce qui évite ainsi le montage d'un joint à huile autour de la tige. L'intérieur du soufflet 9 communique avec l'ouïe de refoulement de la pompe à engrenage 4 par un conduit 7. La référence 11 désigne un ressort, qui est représenté sous la forme d'un élément séparé mais qui peut, dans la pratique, être remplacé par la caractéristique d'élasticité du soufflet 9.
Dans le second mode de réalisation que montre la figure 2, les éléments qui n'ont pas été modifiés par rapport à la construction représentée sur la figure 1 sont désignés par les mêmes références que sur cette figure. Ce second mode de réalisation diffère cependant de celui qui est représenté sur la figure 1 par le fait que la pompe à carburant est une pompe du type à refoulement ou pompe volume trique 3a, représentée ici par une pompe à engrenage, et que la vanne actionnée par le soufflet 9 et commandant le débit du liquide vers le conduit 13 aboutissant à la chambre de combustion 2 est une vanne de déversement 18.
Le conduit 13 de distribution du carburant sert ainsi d'orifice de dosage puisque la pression régnant dans la chambre de commande 10a qui remplace la chambre de commande 10 représentée sur la figure 1, varie selon la quantité de liquide passant par le conduit 13o Cette vanne de déversement comprend un clapet 18a actionné par le soufflet 9 par l'intermédiaire d'une tige 18b, et qui commande le débit du liquide vers un conduit de déversement 17 par lequel le carburant en excès est renvoyé au réservoir (non représenté).
Pendant le fonctionnement du système, si la vitesse de la turbine augmente, la pompe à engrenage 3a refoule une plus grande quantité de carburant vers la chambre 10a En conséquence, si la position du clapet 18a nest pas modifiée, il en résulte un accroissement du débit de refoulement à travers le conduit 13. La chute de pression dans ce conduit augmente alors, et la pression résultante accrue qu'on obtient dans la chambre 10a provoque l'ouverture de la vanne 18, en permettant ainsi à une partie du carburant refoulée par le conduit 12 d'être renvoyée au réservoir par le conduit de déversement 17.
D'autres particularités du fonctionnement du système se comprendront aisément à la lecture de la description faite en regard de la figure 1. Ainsi, une chute de la pression de refoulement de la pompe à engre-
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nage 4 telle que celle qui se produit quand un réservoir de liquide sous pression est complètement rempli et que la pompe 4 est par suite déchargée provoque une ouverture totale de la vanne 18, en permettant ainsi un déversement maximum et en réduisant la quantité de carburant acheminé par le conduit 13 à la valeur minimum qui est nécessaire pour entretenir la combustion et le fonctionnement de la turbine dans des conditions de marche à vide.
Bien que l'on ait décrit ici deux modes de réalisation possibles de l'objet de l'invention, on comprendra que celle-ci n'y est pas limitée, et que des modifications peuvent y être apportées dans le domaine des équivalences techniques. Ainsi, bien que l'on ait supposée dans la description faite en regard de la figure 2, que la résistance capillaire du conduit de refoulement 13 est utilisée pour produire la chute de pression correspondant au débit de refoulement du carburant vers la chambre de combustion 2, un ajutage de faible section ou un orifice étranglé peut être prévu par exemple au point de jonction entre le conduit 13 et la chambre 10a afin de fournir une chute de pression réalisant un dosage.
REVENDICATIONS.
1. Pompe à refoulement positif entraînée par une turbine, combinée à des organes servant à commander automatiquement la vitesse de la turbine dans des conditions de charge variables d'un système hydraulique alimenté par la pompe, caractérisée en ce que ces organes de commande comprennent une pompe auxiliaire entraînée par la turbine et un élément sensible à la pression sur lequel la pression engendrée par la pompe à refoulement positif agit en opposition à la pression de la pompe auxiliaire, ces organes de commande agissant de manière à augmenter la puissance admise à l'entrée de la turbine quand la pression engendrée par la pompe à refoulement positif croît et (ou) quand la vitesse de la turbine décroît, et à réduire au contraire cette puissance admise dans le cas inverse.
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The present invention relates to positive discharge pumps driven by a turbine, and it relates to an improved device usable for controlling the speed of the turbine under the varying load conditions of a hydraulic system supplied directly by the pump.
The control device provided for by the invention comprises an auxiliary pump (which may be a compressor) driven by the turbine, and a pressure sensitive element on which the pressure generated by the positive discharge pump acts in opposition to the pressure of the auxiliary pump, which increases the power admitted to the inlet of the turbine when the pressure generated by the positive delivery pump increases and (or) when the speed of the turbine decreases, and which reduces this admitted power in the opposite case. The liquid supplied by the auxiliary pump can be used for other purposes besides its action on the control element.
According to a particular feature of the invention, the turbine can be an internal combustion turbine, and the auxiliary pump can be used as a fuel pump, with a view to supplying the liquid fuel to a combustion chamber supplying the turbine, while the pump positive discharge is preferably a gear pump, a Roots type pump, or other positive discharge rotary pump, capable of operating at high speeds.
According to one embodiment of the object of the invention, the auxiliary pump is of a type operating by aerodynamic or hydrodynamic effect, in order to supply a liquid pressure varying according to the speed of the turbine; consists, for example, of a centrifugal pump. In this case, the auxiliary pump can be used as a fuel pump to supply the turbine if the pressure sensitive element controls a valve provided in the fuel inlet pipe and which is gradually closed as the pressure generated by the auxiliary pump increases with increasing turbine speed.
According to another embodiment of the object of the invention, an auxiliary pump of the discharge type is used providing a substantially constant volume of liquid per revolution, the discharge pressure varying according to the resistance which opposes the flow. some cash. This pump provides, in a orifioe or metering nozzle, a pressure drop which varies according to the speed of the turbine. It can be used as a fuel pump to power the turbine if the pressure sensitive element controls a bypass or dump valve returning excess fuel to the tank, and which is opened gradually to increase the drain or drain rate. discharge when the speed of the turbine tends to increase.
The invention makes it possible to maintain the speed of the turbine at a substantially constant value under varying load conditions of the hydraulic system, by combining the pressure sensitive element with a judiciously dimensioned elastic element, limiting the displacement of the sensitive element to the pressure, from its normal position, to a predetermined quantity which is a function of the value of the pressure difference.
Two particular embodiments according to which the invention is applied to a compact energy unit intended to supply a liquid to a circulation system, for example with a liquid to a circulation system, will be described in detail below with reference to the appended drawing given without limitation. a constant flow and under a pressure which varies according to the load.
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Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment.
FIG. 2 also shows a variant.
Referring to Figure 1, we see that the system comprises a combustion chamber 2 to which a liquid fuel is supplied (before or after its vaporization) by a centrifugal pump 3, and which sends a gas stream of combustion in a gas turbine 1 which drives both the centrifugal pump 3 and a gear pump 4 connected between an intake duct 6 and a delivery or distribution duct 5 intended to be connected to the hydraulic system under load (no represented).
A flow control valve 8 is interposed between the sections 12 and 13 of a duct connecting the centrifugal pump 3 to the combustion chamber 2.
This valve comprises a valve 8a in the form of a cone or needle which is movable axially in a seat, in order to vary the effective cross section of flow of the liquid as a function of the position of this valve.
The valve 8a is positively connected to an expandable elastic bellows 9 which is mounted in a chamber 10. This chamber communicates with the discharge outlet of the centrifugal pump 3 and forms part of the conduit through which the fuel is sent from this pump 3. towards the valve 8. The valve 8a is carried by a rod 8b fixed to the end of the bellows 9; it controls the flow of the liquid leaving the chamber 10, which thus avoids the fitting of an oil seal around the rod. The interior of the bellows 9 communicates with the discharge port of the gear pump 4 via a duct 7. Reference numeral 11 denotes a spring, which is shown as a separate element but which may in practice be used. be replaced by the elasticity characteristic of the bellows 9.
In the second embodiment shown in FIG. 2, the elements which have not been modified with respect to the construction shown in FIG. 1 are designated by the same references as in this figure. This second embodiment, however, differs from that shown in FIG. 1 in that the fuel pump is a pump of the delivery type or volume pump 3a, represented here by a gear pump, and that the actuated valve by the bellows 9 and controlling the flow of liquid to the duct 13 leading to the combustion chamber 2 is a discharge valve 18.
The fuel distribution pipe 13 thus serves as a metering orifice since the pressure prevailing in the control chamber 10a which replaces the control chamber 10 shown in FIG. 1, varies according to the quantity of liquid passing through the pipe 13o This valve discharge valve comprises a valve 18a actuated by bellows 9 via a rod 18b, and which controls the flow of liquid to a discharge conduit 17 through which the excess fuel is returned to the tank (not shown).
During the operation of the system, if the speed of the turbine increases, the gear pump 3a delivers more fuel to the chamber 10a Consequently, if the position of the valve 18a is not changed, the result is an increase in the flow rate. pressure drop through conduit 13. The pressure drop in this conduit then increases, and the resulting increased pressure that is obtained in chamber 10a causes valve 18 to open, thereby allowing some of the fuel to be discharged through. the conduit 12 to be returned to the reservoir via the discharge conduit 17.
Other peculiarities of the operation of the system will be easily understood on reading the description given with reference to FIG. 1. Thus, a drop in the discharge pressure of the gear pump.
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Swimming 4 such as that which occurs when a pressurized liquid tank is completely filled and the pump 4 is consequently unloaded causes a total opening of the valve 18, thus allowing maximum discharge and reducing the quantity of fuel delivered through line 13 to the minimum value which is necessary to maintain combustion and operation of the turbine under no-load conditions.
Although two possible embodiments of the subject of the invention have been described here, it will be understood that the latter is not limited thereto, and that modifications can be made thereto in the field of technical equivalences. Thus, although it has been assumed in the description given with reference to FIG. 2, that the capillary resistance of the delivery duct 13 is used to produce the pressure drop corresponding to the flow rate of the fuel to the combustion chamber 2 , a small section nozzle or a constricted orifice can be provided for example at the junction point between the duct 13 and the chamber 10a in order to provide a pressure drop carrying out a metering.
CLAIMS.
1. Positive discharge pump driven by a turbine, combined with members serving to automatically control the speed of the turbine under varying load conditions of a hydraulic system supplied by the pump, characterized in that these control members include a auxiliary pump driven by the turbine and a pressure sensitive element on which the pressure generated by the positive discharge pump acts in opposition to the pressure of the auxiliary pump, these control members acting in such a way as to increase the power admitted to the input of the turbine when the pressure generated by the positive delivery pump increases and (or) when the speed of the turbine decreases, and on the contrary to reduce this admitted power in the reverse case.